Идентифицированы семь генов, связанных со скаковыми качествами лошадей

Конные скачки — один из древнейших видов спорта, который до сих пор остается популярным во многих странах. Именно популярностью обусловлено выведение ряда пород лошадей, фенотип которых ориентирован на максимальные результаты в скачках. Международная группа ученых идентифицировала семь генов, ассоциированных с таким скаковым фенотипом.

Основная часть исследования сосредоточилась на трех породах лошадей. Монгольская лошадь — одна из древнейших существующих пород, представители которой участвуют в скачках на 25–30 км. Арабская лошадь — еще одна древняя порода из другого региона, адаптированная к скачкам на выносливость на расстояниях 80–160 км. Чистокровная верховая лошадь — молодая порода, выведенная в течение последних трех веков для скачек на короткие расстояния — 1–3,2 км.

В первой части исследования ученые использовали набор из 36 767 однонуклеотидных полиморфизмов (SNP), полученный для 574 лошадей. Из них 90 относились к скаковым лошадям, а 483 — к другим типам пород. Анализ популяционной структуры показал минимальную гибридизацию с другими породами среди лошадей чистокровной породы. Среди лошадей монгольской и арабской пород наблюдалось до 50% примеси от других пород в отдельных особях.

Анализ селекционного сигнала при сравнении скаковых и нескаковых лошадей выявил 14 генетических регионов, дифференцирующих две группы. Идентифицированные регионы во многом совпадали с ранее опубликованными данными. При анализе отдельных пород 9 из 14 кластеров были идентифицированы у чистокровных лошадей, ученые также идентифицировали 6 регионов, уникальных для этой породы. У арабских лошадей присутствовали 7 из 14 «скаковых» кластеров и 11 уникальных для породы регионов. У монгольских лошадей были идентифицированы только 2 «скаковых» кластера, но также 15 уникальных породных регионов.

Точная идентификация на основе полученных данных генов, ассоциированных со скаковым фенотипов, затрудняется тем, что более половины выявленных генетических регионов имеют длину более 1 Мб, у наибольших 3–5 Мб. Для решения этой проблемы ученые использовали ранее опубликованные данные об изменении экспрессии генов во время тренировок у лошадей. Ученые сосредоточились на SNP, находившихся на расстоянии до 100 кб от генов, чья экспрессия изменялась при тренировках (DEG).

Авторы идентифицировали 4 DEG, находящихся в селекционных регионах (дифференцирующих скаковые и нескаковые породы). SNP, показывающие наиболее сильный селекционный сигнал для скакового фенотипа, находились в генах TBX15 (кодирует фактор транскрипции, участвующий в эмбриональном развитии) и PPP2R3A (кодирует фермент, контролирующий рост клеток).

В следующей части исследования ученые получили новые полногеномные данные для 70 лошадей, на основе которых осуществлялся дальнейший поиск генетических вариантов, ассоциированных со скаковым фенотипом. Ученые сосредоточились на регионах, идентифицированных первичным поиском ассоциаций, а также на регионах, содержащих DEG. Они идентифицировали 32 SNP-кандидата, находящихся в 27 генах. Из них 23 включили в генотипическую панель для дальнейшего анализа.

Генотипы по панели из 23 локусов были получены для 267 лошадей, относящихся к шести скаковым породам, и 249 лошадей, относящихся к 11 нескаковым породам. Для SNP в 9 генах была показана значимая ассоциация со скаковым фенотипом. Восемь из них представляли из себя миссенс-мутации, один, к удивлению ученых, образовывал новый стоп-кодон. Три из идентифицированных генов (TN1, MYLK2, и SYNDIG1) находились среди DEG в селекционных регионах, характерных для скаковых пород.

Анализ биологической функции идентифицированных генов показал, что два из них участвую в развитии мускулов: HDAC9 контролирует миогенез, развитие сердца и ассоциирован с поглощением кислорода при тренировках. MYLK2 кодирует киназу, участвующую в сокращении мышц и передаче сигнала от нервов к мышцам.

Четыре идентифицированных гена участвуют в метаболизме, при этом два из них (FASKD1 и G6PC2) находятся в одном регионе. Из них наибольший селекционный сигнал показал G6PC2, участвующий в регуляции уровней глюкозы. Третий, SLC16A1, участвующий в транспорте лактата и пирувата через клеточную мембрану, был ассоциирован со скаковыми качествами преимущественно у арабских лошадей. Для четвертого из ассоциированных с метаболизмом генов — GLB1 — была показана ассоциация со скаковым фенотипом только для монгольских лошадей.

Три последних идентифицированных гена (KTN1, NTM, SYNDIG1) участвуют в нейробиологических функциях. В частности, KTN1 экспрессируется преимущественно в регионах мозга, отвечающих за моторные функции. Ученые также показали, что SNP в генах MYLK2 и NTM ассоциированы со скаковыми качествами внутри чистокровной породы.

Таким образом, ученые идентифицировали генетические варианты, ассоциированные со скаковыми качествами лошадей. Они считают, что гены G6PC2, HDAC9, KTN1, MYLK2, NTM, SLC16A1 и SYNDIG1 играют ключевую роль в формировании скакового фенотипа, и этим генам нужно уделяться внимание при селекции лошадей для дальнейшего разведения.

Ответ на физические упражнения у людей обусловлен генетическими факторами