ГЕНЕТИКА, 2008, том 44, № 6, с. 829-834
ГЕНЕТИКА ^^^^^^^^^^^^^^ ЖИВОТНЫХ
УДК 575.116.4+575.2:636.2
АНАЛИЗ РАСПОЛОЖЕНИЯ ЛОКУСОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ПОКАЗАТЕЛИ МОЛОКА, В ХРОМОСОМАХ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА
© 2008 г. М. Г. Смарагдов
Всероссийский научно-исследовательский институт генетики и разведения животных, Санкт-Петербург-Пушкин 196601; e-mail: smaragd@inbox.ru Поступила в редакцию 04.04.2007 г.
Для всестороннего понимания функционирования локусов, ответственных за количественные признаки (QTLs), необходимо выяснить паттерн их расположения в хромосомах. В хромосомах крупного рогатого скота было изучено расположение QTLs, определяющих показатели молока. Установлено, что размещение QTLs по хромосомам соответствует биномиальному распределению. В среднем QTLs распределены равномерно по хромосомам, за исключением QTLs для признака "количество соматических клеток", имеющих тенденцию к теломерной локализации. Однако встречались хромосомы как обогащенные, так и обедненные QTLs. Наиболее близкий паттерн распределения QTLs в хромосомах характерен для признаков удой (M) и белок молока (P), жир молока (F) и содержание жира в молоке (%F). Паттерн QTLs, влияющих на количество соматических клеток в молоке, выделяется среди других признаков. Показано, что наименьшее расстояние между QTLs контрастных признаков имеют M и P-QTLs, затем следуют М и %P-QTLs, M и %F-QTLs, что, по-видимому, обусловлено плейотропией QTLs - широко распространенным явлением у крупного рогатого скота.
Современные молочные породы крупного рогатого скота (КРС) возникли в результате доместикации и селекции на качественные показатели молока. При этом селекционеры руководствовались оценкой генетического вклада в фенотипи-ческую вариансу с помощью параметра коэффициента наследуемости в рамках статистических моделей, так как не знали, какие гены участвовали в отборе. За последние десять лет удалось картировать много локусов (ОТЪв), влияющих на качественные показатели молока [1], т.е. локусы хромосом, фланкированные молекулярными маркерами и ответственные за количественные признаки. Однако до сих пор "архитектура" их размещения на хромосомах КРС остается неизвестной. Теоретически можно ожидать расположение ОТЪв на хромосомах от дисперсного до кластерного. Если функционально близкие гены сгруппированы на хромосомах, то не исключена кластеризация ОТЪв. Такие случаи описаны в литературе. Например, у риса [2], моркови [3] и кукурузы [4]. У мышей половина ОТЬв, обусловливающих ожирение и влияющих на вес тела, картированы в шести хромосомах из 19 [5]. Более того, от 30 до 98% метаболических путей эукари-от имеют степень кластеризации генов выше, чем при случайном их расположении [6]. К сожалению, данные о взаимном расположении ОТЪв, влияющих на качественные показатели молока, отсутствуют. В настоящем исследовании был осуществлен анализ всех литературных источников, в которых сообщалось о картированных ОТЪв, обусловливающих показатели молока.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Основным источником информации о расположении QTLs в хромосомах КРС, отвечающих за показатели молока (удой (M), белок молока (P), содержание белка в молоке (%P), жир молока (F), содержание жира в молоке (%F), количество соматических клеток в молоке (SCS) и мастит (MST)), служил обзор [1]. Данные о локализации каждого QTL в сантиморганидах (сМ) либо брали из отдельной публикации, либо усредняли из ряда публикаций. При этом рассчитывалась ошибка, исходя из доверительного интервала, приведенного в соответствующей публикации. Предел варьирования ошибок составил 5-15 сМ для признаков M, P, %P, F, %F и 8-30 cM - для признаков SCS и мастит. Статистические расчеты осуществляли с помощью программ - STATISTICA 6.0 (StatSoft. Inc. 2001), Mathcad-11.0 (Mathsoft Enginearing & Education Inc. 2002) и MATHLAB-7.0 (The Math Works Inc. 2004). Среднее значение каждого показателя и дисперсию его распределений рассчитывали взвешенными на точность измерений по следующим формулам:
X
X = -1-
n
X W
n
Таблица 1. Распределение QTLs по хромосомам КРС
Показа- M, P %P F, %F SCS MST
тель
P 0.63 0.77 0.48 0.59 0.22
Pe 0.43 0.38 0.22 0.09 0.85
Pg 0.240 + - + - -
0.023 + - + + -
0.001 + + + + +
I
2 — 2 W2( А,- - X)
V =
(2)
I
W
где Ai - положение QTL;-ro на хромосоме в сМ, W, 1 (SE î - стандартная ошибка).
G(x|a, р) =
В В -1 - ax
a x e
Г(в) '
где а - параметр мас-
больше, чем расстояния между QTLs без участия признака SCS. Другими словами, показатели распределения с участием SCS могут служить контролем по отношению к показателям распределения без участия SCS (опыт). В качестве меры близости QTL рассчитывали следующий показатель (t):
t i =
А - B
SEa + SEB
:, где A, - положение QTL -го при-
Примечание. Р - вероятность события; Ре - вероятность согласия опытного распределения с биномиальным; Pg - вероятность совпадения эмпирических распределений; "+" - участие распределения в анализе.
знака А, Б1 - положение ближайшего к А1 ОТЦ-го
признака Б, соответствующие им ошибки БЕА. и ^.
Нормированный и транспонированный в положительную четверть оси координат показатель II вычисляли согласно выражению:
Z =
SE, '
Для аппроксимации опытных распределений использовали гамма-распределение:
штаба и в - параметр формы гамма-распределения.
Для выяснения вида распределения QTL по длине хромосом каждое значение QTL в сМ нормировалось на длину хромосомы в сМ. Таким образом, все QTL располагались в интервале от 0 (центромера) до 1 (теломер).
Среднее расстояние и дисперсию распределения расстояний между ближайшими друг к другу QTLs рассчитывали по формулам (1) и (2), где
W, = —2 + -1Г- ; Ai = |QTL, - QTL, + i| - положе-
SE2 SE2+I ние на хромосоме в сМ QTLrro и QTL, + 1-го.
В качестве меры близости QTLs, принадлежащих к разным признакам, использовали расстояние между ближайшими QTLs этих признаков. При этом принималось, что чем меньше среднее расстояние между QTLs у контрастных признаков и больше концентрация плотности вероятности этого распределения в окрестности нуля, тем вероятнее явление плейотропии QTLs. A priori вероятность существования QTL с плейотропным влиянием на SCS и любой другой анализируемый нами признак, за исключением мастита, мала. В этом случае расстояния между SCS-QTLs и QTLs, относящимися к другим признакам, должны быть
10 • | t ,■ |
n
I ItJ
1
Функцию Z(t) получали путем разбиения интервала, включающего все значения Z;, на классы, с соответствующими им частотами. Для определения достоверной разницы между функциями Z(t) их интерполировали полиномами третьей степени с помощью команды Curve Fitting программы MATHLAB-7.0.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Данные о размещении QTLs в 29 хромосомах КРС представлены в табл. 1.
Встречались хромосомы без QTL, с одним QTL, двумя QTLs и тремя QTLs. Установлено, что распределение QTLs в хромосомах лучше всего согласуется с биномиальным. По мере увеличения картированных QTLs с 13 для мастита до 72 для %P средняя величина события размещения QTLs увеличивается с 6.38 ± 2.23 до 22.33 ± 2.26. Наиболее близкими распределениями были M, P и F, %F (Pg = 0.24), SCS распределение отличалось от них (Pg = 0.023). Следует отметить, что для SCS существует тенденция к преобладанию хромосом с двумя QTL , отражающаяся на меньшем согласии экспериментального распределения с теоретическим биномиальным (Pe = 0.09) (табл.1).
Данные о нормированном по отношению к длине индивидуальной хромосомы расположении QTL вдоль хромосом представлены в табл. 2. Для всех признаков, за исключением SCS, соответствующие им распределения хорошо описываются равномерным распределением. В случае SCS наблюдается тенденция к теломерному размещению QTL (коэффициент корреляции R = 0.43 ± 0.08).
n
Таблица 2. Распределение QTLs по длине хромосом КРС
Показатель M P %P F %F SCS MST
X ± SE* 0.54 ± 0.04 0.55 ± 0.03 0.49 ± 0.03 0.48 ± 0.04 0.48 ± 0.05 0.64 ± 0.04 0.51 ± 0.35
N 57 63 72 55 41 53 13
P 0.63 0.74 0.23 0.47 0.86 0.27 0.18
Примечание. * - среднее значение каждого признака и его ошибка; P - вероятность согласия опытного распределения с равномерным; N - число QTLs.
Таблица 3. Распределение расстояний между QTLs в хромосомах КРС
Показатель M P %P F %F SCS
X ± SE* 31.2 ± 2.8 29.3 ± 2.4 30.1 ± 2.0 28.8 ± 2.6 24.7 ± 2.6 37.5 ± 2.5
N 32 36 42 31 19 28
pg °.41 + + - - - -
0.31 + + + - - -
0.18 - - - - + +
<0.001 - - + - - +
0.002 + + + + + +
ß 3.45 2.90 5.76 4.30 6.44 8.30
а 0.11 0.10 0.19 0.15 0.26 0.22
Pg 0.97 0.75 0.93 0.2 0.83 0.32
Pn 0.14 0.60 0.03 0.14 0.27 0.20
Примечание. * - среднее значение каждого признака и его ошибка; - вероятность совпадения эмпирических распределений; Рс - вероятность согласия эмпирических распределений с гамма-распределением; PN - вероятность согласия эмпирических распределений с нормальным распределением; N - число QTLs.
Распределения расстояний между QTLs (отдельно для каждого признака), картированных в хромосомах КРС, объединены в табл. 3. Лучше всего они аппроксимируются гамма-распределением, хуже - нормальным распределением. В совокупности распределения различаются (Pg = 0.002). Тест на гомогенность (хи-квадрат-тест) позволил выделить наиболее совпадающие друг с другом распределения - M и P (Pg = 0.41) и M, P и %P (Pg = 0.31) (табл. 3) и наименее совпадающие со всеми другими распределениями - %P (Pg = 0.047), %F (Pg = 0.06) и SCS (Pg = 0.006) (в табл. 3 не указано). Следует отметить, что все отмеченные выше результаты подтверждаются непараметрическим тестом U Mann-Whitney.
Распределения расстояний между QTLs контрастных признаков (функция Z(t)) представлены в табл. 4. При расчетах использовали функцию Z(t), а не t, так как t-распределение значительно отличается от нормального, асимметрично относительно нуля, не имеет простого аналитического выражения и плохо аппроксимируется полиномами. В случае функции Z(t) все распределения достаточно хорошо аппроксимируются гамма-распределением. Следует обратить внимание на то,
что для признаков М-Р и М-%Р плотность вероятности гамма-распределений стремится к бесконечности при стремлении аргумента к нулю (так как в < 1). Следовате
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.