Genome-wide identification of homozygosity segments in the population of Holstein cows in the Ural region | Полногеномная идентификация сегментов гомозиготности в популяции коров голштинской породы Уральского региона

English. The study was conducted to assess the level of inbreeding and genetic diversity of Holstein cattle in the Ural region by genome-wide analysis of homozygosity segments (ROH) and subsequent identification of genes potentially associated with stillbirth localized in the longest homozygosity segments to improve selection and breeding work and reduce reproductive losses in the population. Homozygosity segments were detected using the DetectRuns package in the RStudio software environment. The search for genes within the top 10 long ROHs was performed using the GALLO package, QTLs and SNPs associated with stillbirth, using the internet site https:// www.animalgenome.org/. A total of 67,218 ROHs classified by length (1-2 Mb, 2-4 Mb, 4-8 Mb, 8-16 Mb, more16 Mb) were analysed in the work. The highest concentration of ROH was found on chromosome 1 (6.56%), the lowest – on chromosome 28 (1.31%). The average inbreeding coefficient (FROH) was 0.117, indicating a moderate level of inbreeding in the population. Analysis of long ROH (more than 40 Mb) allowed to identify more than 1300 genes involved in various biological processes, including those associated with such critical biological processes as embryo development, fertility and disease resistance. SNPs associated with stillbirth were found, localized on chromosomes 1, 2, 4, 8, 9 and 20. Most of them are represented by intronic variants (40.85%), potentially affecting the regulation of gene expression. Among the key genes are CLDN1, GTDC1, MAGI2, GARS1, SEC63, PDE4D, SLC1A3, NPR3, RETREG1 and TRIO, mutations in which are associated with embryogenesis disorders, lethal pathologies and other reproductive risks.

Russian. Цель исследований - оценка уровня инбридинга и генетического разнообразия голштинской породы крупного рогатого скота Уральского региона путем полногеномного анализа сегментов гомозиготности (ROH) и последующего выявления генов, потенциально ассоциированных с мертворожденностью, локализованных в наиболее длинных сегментах гомозиготности, для совершенствования селекционно-племенной работы и снижения репродуктивных потерь в популяции. Сегменты гомозиготности обнаруживали с использованием пакета "DetectRuns" в программной среде RStudio. Поиск генов в пределах топ-10 длинных ROH выполняли с использованием пакета GALLO, QTL и SNP, ассоциированных с мертворожденностью, с использованием интернет-ресурса https://www.animalgenome.org/. В работе проанализировано 67218 ROH, классифицированных по длине (1…2 Мб, 2…4 Мб, 4…8 Мб, 8…16 Мб, более16 Мб). Наибольшая концентрация ROH выявлена на хромосоме 1 (6,56%), наименьшая — на хромосоме 28 (1,31%). Средний коэффициент инбридинга (FROH) составил 0,117, что свидетельствует об умеренном уровне инбридинга в популяции. Анализ длинных ROH (больше 40 Мб) позволил идентифицировать более 1300 генов, участвующих в различных биологических процессах, в том числе ассоциированных с такими критическими биологическими процессами как развитие эмбриона, фертильность и устойчивость к заболеваниям. Обнаружены SNP, связанные с мертворожденностью, локализованные на хромосомах 1, 2, 4, 8, 9 и 20. Большинство из них представлены интронными вариантами (40,85%), потенциально влияющими на регуляцию экспрессии генов. Среди ключевых генов выделены CLDN1, GTDC1, MAGI2, GARS1, SEC63, PDE4D, SLC1A3, NPR3, RETREG1 и TRIO, мутации в которых ассоциированы с нарушениями эмбриогенеза, летальными патологиями и другими репродуктивными рисками.