Estimation of genetic relationships of black-and-white cattle breeds with ancestral populations based of genome-wide SNP-genotyping of modern and museum samples | Оценка генетических взаимосвязей пород крупного рогатого скота черно-пестрого корня с предковыми популяциями на основе полногеномного SNP-генотипирования современных и музейных образцов

English. Kholmogor and Yaroslavl cattle are the most widespread among Russian local breeds. However, the history of their origin and development is still a matter of debate and requires clarification. The work aim was to analyze the genetic relationships between ancestral and modern populations of Black-and-White cattle, to estimate the proportion of ancestral components in modern breeds, to clarify the history of origin and development of the Kholmogor and Yaroslavl breeds of cattle based on genotyping data using a high-density DNA microarray. DNA extraction from museum samples was carried out using the COrDIS Extract Decalcine kit (GORDIZ LLC, Russia) with some modifications, namely increased lysis time and volume of reagents per sample, of the DNA extraction protocol recommended by the manufacturer. The obtained SNP-genotypes were used to generate a combined dataset including SNP-genotypes of 31 museum (Kholmogor breed, H_KHLM, n = 17; Yaroslavl breed, H_YRSL, n = 12; Great Russian cattle, H_GRUS, n = 1; East Friesian cattle, H_OFRZ, n = 1) and 132 modern samples (Yaroslavl, YRSL, n = 53; Kholmogor, KHLM, n = 26; Holstein, HLST, n = 54). The results of the studies indicate more significant changes in the gene pool of the Yaroslavl breed over the XX century compared to the Kholmogor breed, both due to the breeding process and using limited number of bull sires because of a decrease in the population. It was found that allelic diversity in ancestral populations of Kholmogor and Yaroslavl cattle was significantly higher compared to modern populations of these breeds: 1.959 vs. 1.936 and 1.981 vs. 1.917 for Kholmogor and Yaroslavl cattle, respectively. The H_KHLM and KHLM populations had greater genetic similarity to each other (FST = 0.040; D = 0.257) compared to their counterparts for H_YRSL and YRSL (FST = 0.099; D = 0.353). The results of introgression analysis using D- and F-statistics and TreeMix analysis confirmed the genetic relationships between H_GRUS and H_YRSL.

Russian. Среди российских локальных пород крупного рогатого скота наиболее распространены холмогорская и ярославская. Целью работы был анализ генетических взаимосвязей между предковыми и современными популяциями крупного рогатого скота черно-пестрого корня, оценка доли предковых компонентов в современных породах, уточнение истории происхождения и развития холмогорской и ярославской пород крупного рогатого скота на основании данных генотипирования с использованием ДНК-чипа высокой плотности. Выделение ДНК из музейных образцов проводили с использованием набора COrDIS Extract DECALCINE (ООО ГОРДИЗ, Россия) с некоторыми модификациями протокола выделения ДНК, рекомендуемого производителем (увеличено время лизиса и объем реактивов на один образец). Полученные SNP-генотипы использовали для формирования объединенного набора данных, включающего SNP-генотипы 31 музейного (холмогорская порода, H_KHLM, n = 17; ярославская порода, H_YRSL, n = 12; великоросский скот, H_GRUS, n = 1; остфризский скот, H_OFRZ, n = 1) и 132 современных образцов (ярославская, YRSL, n = 53; холмогорская, KHLM, n = 26; голштинская, HLST, n = 54). Результаты проведенных исследований указывают на более существенные изменения в генофонде ярославской породы за XX век по сравнению с холмогорской, как за счет селекционного процесса, так и вследствие использования ограниченного числа производителей в связи со значительным снижением поголовья. Установлено, что аллельное разнообразие в предковых популяциях холмогорского и ярославского скота было достоверно выше по сравнению с современными популяциями аналогичных пород: 1,959 против 1,936 и 1,981 против 1,917 для холмогорского и ярославского скота соответственно. Популяции H_KHLM и KHLM имели большее генетическое сходство между собой по сравнению с аналогичными показателями для H_YRSL и YRSL. Результаты анализа интрогрессии с помощью D- и F-статистики и анализа TreeMix подтвердили генетические связи между H_GRUS и H_YRSL.