Изучение митохондриальных геномов крупного рогатого скота из археологических находок на территории Ярославля (XIII–XIV вв.)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В ходе эволюционных процессов и селекционной работы сформировались разнообразные массивы местных популяций скота, приспособленных к конкретным природно-климатическим условиям. Повышение селекционного давления и концентрация на нескольких высокопродуктивных породах привели к эрозии генетических ресурсов по всему миру. Одним из эффективных подходов к оценке генетического разнообразия является исследование полиморфизма митохондриальной ДНК (мтДНК), которая демонстрирует высокий уровень изменчивости и характеризуется отсутствием рекомбинации, что позволяет исследовать генетические связи между породами и отслеживать как древние, так и относительно недавние эволюционные события. Изучение эволюции и демографической истории пород сельскохозяйственных животных становится возможным благодаря вовлечению в исследования исторических и археологических образцов. Цель нашей работы состояла в выявлении наиболее эффективного способа исследования мтДНК, извлеченной из археологических образцов, позволяющего проводить анализ популяционно-генетических параметров. В исследование включены образцы, датированные концом XIII–XIV вв., обнаруженные при раскопках центральной части средневекового кремля в границах современного Ярославля. Для исследования материнской изменчивости крупного рогатого скота, разводившегося в лесной зоне Русской равнины, использованы методы полногеномного секвенирования и секвенирования фрагментов мтДНК по Сэнгеру. Дендрограмма на основе генетических дистанций полной митохондриальной последовательности по методу Neighbor–Joining выявила кластеризацию археологических образцов в группах современного ярославского и холмогорского скота, что может указывать на общих предков всех трех популяций. При подробном рассмотрении некоторых областей митогенома обнаружено, что для археологических образцов успешно генотипированными оказались последовательности, незначительно перекрывающиеся между собой, в связи с чем была разработана система генотипирования гипервариабельного участка D-петли с помощью секвенирования целевого фрагмента по Сэнгеру. Проведенный анализ нуклеотидного и гаплотипического разнообразия выявил в группе археологических образцов минимальные значения этих показателей. Построенная медианная сеть гаплотипов позволила отнести археологические образцы к гаплогруппе Т3, наиболее распространенной в европейских породах скота. Анализ полученных данных позволяет предполагать происхождение изучаемых археологических образцов от особей местной группы скота, разводимой в окрестностях средневекового г. Ярославля в XIII–XIV вв.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. С. Абдельманова

Федеральный исследовательский центр животноводства – ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста

Автор, ответственный за переписку.
Email: abdelmanova@vij.ru
Россия, Московская область, пос. Дубровицы, 142132

М. С. Форнара

Федеральный исследовательский центр животноводства – ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста

Email: abdelmanova@vij.ru
Россия, Московская область, пос. Дубровицы, 142132

Н. Ф. Бакоев

Федеральный исследовательский центр животноводства – ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста

Email: abdelmanova@vij.ru
Россия, Московская область, пос. Дубровицы, 142132

Е. Е. Антипина

Федеральный исследовательский центр животноводства – ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста; Институт археологии Российской академии наук

Email: abdelmanova@vij.ru
Россия, Московская область, пос. Дубровицы, 142132; Москва, 117292

Л. В. Яворская

Федеральный исследовательский центр животноводства – ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста; Институт археологии Российской академии наук

Email: abdelmanova@vij.ru
Россия, Московская область, пос. Дубровицы, 142132; Москва, 117292

А. В. Доцев

Федеральный исследовательский центр животноводства – ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста

Email: abdelmanova@vij.ru
Россия, Московская область, пос. Дубровицы, 142132

Н. А. Зиновьева

Федеральный исследовательский центр животноводства – ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста

Email: abdelmanova@vij.ru
Россия, Московская область, пос. Дубровицы, 142132

Список литературы

  1. Diamond J. Evolution, consequences and future of plant and animal domestication // Nature. 2002. V. 418. P. 700–707.
  2. Notter D. R. The importance of genetic diversity in livestock populations of the future // J. Anim. Sci. 1999. V. 77(1). P. 61–69. doi: 10.2527/1999.77161x
  3. Ajmone Mrsan P. A global view of livestock biodiversity and conservation – GLOBALDIV // Anim. Genet. 2010. V. 41(s1). P. 1–5. doi: 10.1111/j.1365- 2052.2010.02036.x
  4. The Second Report on the State of the World’s Animal Genetic Resources for Food and Agriculture / Eds edited by Scherf B. D.& Pilling D. FAO Commission on Genetic Resources for Food and Agriculture Assessments. Rome? 2015. (available at http://www.fao.org/3/a-i4787e/index.html).
  5. Loftus R.T., Scherf B. WorldWatchListfor Domestic Animal Diversity. FAO, Rome. 1993. P. 32–34.
  6. Groeneveld L.F., Lenstra J.A., Eding H. et al. Genetic diversity in farm animals – a review // Anim. Genet. 2010. V. 41. P. 6–31. doi: 10.1111/j.1365-2052.2010.02038.x
  7. Yang W., Kang X., Yang Q. et al. Review on the development of genotyping methods for assessing farm animal diversity // J. Anim. Sci. and Biotechnology. 2013. V. 4. P. 2–6. doi: 10.1186/2049-1891-4-2
  8. Сулимова Г. Е., Столповский Ю. А., Рузина М.Н., Захаров-Гезехус И. А. Мониторинг генофондов популяций животных в связи с задачами селекции и изучения филогении // Биоразнообразиe и динамика генофондов. М.: Наука, 2008. С. 211–214.
  9. Loftus R. T., MacHugh D. E., Bradley D. G. et al. Evidence for two independent domestications of cattle // PNAS USA. 1994. V. 91(7). P. 2757–2761. doi: 10.1073/pnas.91.7.2757
  10. Loftus R. T., MacHugh D. E., Ngere L. O. et al. Mitochondrial genetic variation in European, African and Indian cattle populations // Anim. Genet. 1994. V. 25. P. 265–271. doi: 10.1111/j.1365-2052.1994.tb00203.x
  11. Bradley D. G., MacHugh D. E., Cunningham P., Loftus R. T. Mitochondrial diversity and the origins of African and European cattle // PNAS USA. 1996. V. 93. P. 5131–5135. doi: 10.1073/pnas.93.10.5131
  12. Burger G., Gray M. W., Lang B. F. Mitochondrial genomes: Anything goes // Trends in Genetics. 2003/ V. 19. № 12. P. 709–716. doi.org/10.1016/j.tig.2003.10.012
  13. Frank K., Molnár J., Barta E., Marincs F. The full mitochondrial genomes of Mangalica pig breeds and their possible origin // Mitochondrial DNA Part B. 2017. P. 730–734. DOI.org/10.1080/23802359.2017.1390415
  14. Achilli A., Olivieri A., Pellecchia M. et al. Mitochondrial genomes of extinct aurochs survive in domestic cattle // Curr. Biol. 2008. V. 18(4). P. 157–158. doi: 10.1016/j.cub.2008.01.019
  15. Mannen H., Kohno M., Nagata Y. et al. Independent mitochondrial origin and historical genetic differentiation in North Eastern Asian cattle // Mol. Phylogenet. Evol. 2004. V. 32. P. 539–544. doi.org/10.1016/j.ympev.2004.01.010
  16. Troy C. S., MacHugh D. E., Bailey J. F. et al. Genetic evidence for Near-Eastern origins of European cattle // Nature. 2001. V. 410. P. 1088–1091. doi.org/10.1038/35074088
  17. Baig M., Beja-Pereira A., Mohammad R. et al. Phylogeography and origin of Indian domestic cattle // Curr. Science. 2005. V. 89(1). P. 38–40.
  18. Chen S. Y., Lin B. Z., Baig M. et al. Zebu cattle are an exclusive legacy of the South Asia Neolithic // Mol. Biol. Evol. 2010. V. 27. P. 1–6. doi.org/10.1093/molbev/msp213
  19. Magee D. A., Mannen H., Bradley D. G. Duality in Bos indicus mtDNA diversity: Support for geographical complexity in zebu domestication // The Evolution and History of Human Populations in South Asia: Inter-Disciplinary Studies in Archaeology, Biological Anthropology, Linguistics, and Genetics. Dordrecht: Springer, 2007. P. 385–392. doi: 10.1007/1-4020-5562-5
  20. Bailey J. F., Richards M. B., Macaulay V. A. et al. Ancient DNA suggests a recent expansion of European cattle from a diverse wild progenitor species // Proc. Biol. Sci. 1996. V. 263. P. 1467–1473. doi.org/10.1098/rspb.1996.0214
  21. Edwards C. J., Bollongino R., Scheu A. et al. Mitochondrial DNA analysis shows a Near Eastern Neolithic origin for domestic cattle and no indication of domestication of European aurochs // Proc. Biol. Sci. 2007. V. 274. P. 1377–1385. doi.org/10.1098/rspb.2007.0020
  22. Stock F., Edwards C. J., Bollongino R. et al. Cytochrome b sequences of ancient cattle and wild ox support phylogenetic complexity in the ancient and modern bovine populations // Anim. Genet. 2009. V. 40. № 5. P. 694–700. doi.org/10.1111/j.1365-2052.2009.01905.x
  23. Dymova, M. A., Zadorozhny A. V., Mishukova O. V. et al. Mitochondrial DNA analysis of ancient sheep from Altai // Anim. Genet. 2017. V. 48. № 5. P. 615–618. doi: 10.1111/age.12569
  24. Meadows J. R., Cemal I., Karaca O. et al. Five ovine mitochondrial lineages identified from sheep breeds of the near East // Genetics. 2007. V. 175. № 3. P. 1371–1379. doi: 10.1534/genetics.106.068353
  25. Zinovieva N. A., Sermyagin A. A., Dotsev A. V. et al. Animal genetic resources: Developing the research of allele pool of Russian cattle breeds – minireview // Sel’skokhozyaistvennaya Biologiya [Agricultural Biology]. 2019. V. 54(4). P. 631–641. doi: 10.15389/agrobiology.2019.4.631eng
  26. Боронецкая О. И., Чикурова Е. А., Никифоров А. И. Возникновение и особенности породообразования, и практика сохранения белого паркового скота// Известия ТСХА. 2017. Т. 6. P. 68–84. doi: 10.26897/0021-342X-2017-6-68-84
  27. Bro-Jørgensen M. H., Carøe C., Vieira F. G. et al. Ancient DNA analysis of Scandinavian medieval drinking horns and the horn of the last aurochs bull // J. Archaeol. Sci. 2018. V. 99. 47–54. doi: 10.1016/j.jas.2018.09.001
  28. Delsol N., Stucky B. J., Oswald J. A. et al. Ancient DNA confirms diverse origins of early post-Columbian cattle in the Americas // Sci. Rep. 2023. V. 13(1). P. 12444. doi: 10.1038/s41598-023-39518-3
  29. Robin E. D., Wong R. Mitochondrial DNA molecules and virtual number of mitochondria per cell in mammalian cells // J. Cell. Physiol. 1988. V. 136(3). P. 507–513. doi: 10.1002/jcp.1041360316
  30. Цалкин В. И. Материалы для истории скотоводства и охоты в Древней Руси // Материалы и исследования по археологии СССР. № 51. М.: Наука, 1956. 183 c.
  31. Антипина Е. Е., Лебедева Е. Ю. Растения и животные. Глава 6 // Археология древнего Ярославля: загадки и открытия. 2-е изд., доп. и перераб. М.: ИА РАН, 2012. С. 144–229.
  32. Зиновьев А. В. Крупный рогатый скот и лошади средневековой Твери (XII–XVI) // Археология и история Пскова и Псковской земли. Семинар им. акад. В.В. Седова. Вып. 30. М.: ИА РАН; СПб.: Нестор-История, 2015. С. 240–244.
  33. Vasimuddin M., Misra S., Li H., Aluru S. Efficient architecture-aware acceleration of BWA-MEM for multicore systems // IEEE Parallel and Distributed Processing Symposium (IPDPS). 2019. doi: 10.1109/IPDPS.2019.00041
  34. Danecek P., Bonfield J. K., Liddle J. et al. Twelve years of SAMtools and BCFtools // Gigascience. 2021. V. 10(2). doi: 10.1093/gigascience/giab008
  35. Peng M. S., Fan L., Shi N. N. et al. DomeTree: A canonical toolkit for mitochondrial DNA analyses in domesticated animals // Mol. Ecol. Res. 2015. V. 15(5). P. 1238–1242. doi: 10.1111/1755-0998.12386
  36. Okonechnikov K., Golosova O., Fursov M. et al. Unipro UGENE: A unified bioinformatics toolkit // Bioinformatics. 2012. V. 28. № 8. P. 1166–1167. doi: 10.1093/bioinformatics/bts091
  37. Rozas J., Ferrer-Mata A., Sánchez-DelBarrio J. C. et al. DnaSP 6: DNA sequence polymorphism analysis of large data sets // Mol. Biol. Evol. 2017. V. 34 (12). P. 3299–3302. doi: 10.1093/molbev/msx248
  38. Lenstra J.A., Ajmone-Marsan P., Beja-Pereira A. et al. Meta-analysis of mitochondrial DNA reveals several population bottlenecks during worldwide migrations of cattle // Diversity. 2014. V. 6. P. 178–187. doi: 10.3390/d6010178
  39. Zhang N., Shao X., Guo Y. et al. Ancient mitochondrial genomes provide new clues to the origin of domestic cattle in China // Genes (Basel). 2023. V. 14(7). doi: 10.3390/genes14071313
  40. Xia X. T., Achilli A., Lenstra J. A. et al. Mitochondrial genomes from modern and ancient Turano-Mongolian cattle reveal an ancient diversity of taurine maternal lineages in East Asia // Heredity (Edinb). 2021. V. 126(6). P. 1000–1008. doi: 10.1038/s41437-021-00428-7
  41. Цалкин В. И. Древнейшие домашние животные Восточной Европы // Материалы и исследования по археологии СССР. № 161. М.: Наука, 1970. 280 c.
  42. Антипина Е. Е., Лебедева Е. Ю. Основные этапы развития комплексной производящей экономики в западной половине Евразии (от эпохи раннего металла до железного века) // Мегаструктура Евразийского мира: основные этапы формирования: материалы Всероссийской научной конференции. 2012. М.: ИА РАН, С. 72–76.
  43. Гак Е. И., Антипина Е. Е., Лебедева Е. Ю., Кайзер Э. Хозяйственная модель поселения среднедонской катакомбной культуры Рыкань-3 // Российская археология. 2019. Вып. 2. C. 19–34.
  44. Антипина Е. Е., Яворская Л. В. Археозоологические материалы из раскопок на территории Московского Кремля: хозяйственные и социальные аспекты повседневной жизни в XII–XVII вв. // Древности Московского Кремля. Т. 1. М.: ИА РАН, 2022. С. 309–325.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Дендрограмма Neighbor–Joining на основании генетических дистанций полной митохондриальной последовательности крупного рогатого скота. AR – археологические образцы; современные образцы: YR – ярославская порода, KH – холмогорская порода.

Скачать (200KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Взаимосвязь археологических и современных образцов ярославской и холмогорской пород на основании анализа полиморфизма D-петли последовательности мтДНК. AR – археологические образцы: современные образцы: YR – ярославская порода, KH – холмогорская порода.

Скачать (118KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Медианная сеть гаплотипов крупного рогатого скота на основании последовательности гипервариабельного участка D-петли.

Скачать (234KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024