Біоінформаційний аналіз поліморфізму гена MC4R та його зв’язок із господарськи цінними ознаками SUS SCROFA в умовах провідних підприємств України

Abstract

Об’єктом дослідження є філогенетичні відносини між ссавцями на підставі структури білка рецептора меланокортину 4 та гена MC4R, а також можливості використання його у маркер-залежній селекції при формуванні м’ясних та відгодівельних якостей свиней. Предметом досліджень є поліморфізм білка рецептора меланокортину 4 та гена MC4R свиней й у інших ссавців. Метою даної роботи був біоінформаційний аналіз білка рецептора меланокортину 4 та гена MC4R, а також можливості використання його у маркер-залежній селекції при формуванні м’ясних та відгодівельних якостей свиней. Для вирішення цієї мети перед нами були поставлені наступні завдання: - охарактеризувати будову і функції рецептора меланокортину 4 свиней та гена MC4R; - провести філогенетичний аналіз амінокислотних послідовностей рецептора меланокортину 4 свиней та інших ссавців; - визначити нуклеотидну структуру mRNA гена MC4R свиней та інших ссавців; - проаналізувати рівень генетичного поліморфізму MC4R c.1426 G>A в стадах свиней різних порід України; - провести мета-аналіз зв’язку поліморфізму MC4R c.1426 G>A із м’ясними та відгодівельними якостями свиней. Результати роботи та їх новизна: 1. В організмі людини і тварин ген MC4R підтримує гомеостаз шляхом регуляції енергетичного балансу і бере участь у механізмах контролю за харчовою поведінкою, тобто, опосередковано впливає на відчуття апетиту і насичення. Вважається, що в результаті мутації в гені МС4R відбувається порушення проведення гормонального сигналу лептину. У свиней у цьому гені відмічено однонуклеотидний поліморфізм MC4R/SNP с.1426 G>A, який призводить до заміщення аспарагінової кислоти на аспарагін у положенні 298 поліпептидного ланцюга. 2. Філогенетичне NJ-дерево, побудоване на підставі амінокислотного складу рецептора меланокортину 4 свині та інших ссавців, свідчить про формуваня трьох груп видів, що мають більш-менш подібну будову цього білка. В першу групу потрапили всі представники бичачих, у другу – вівці та кози, а у третю – свиня, кінь, людина та кроль. При цьому, два останніх види більш подібні між собою, ніж із конем або свинею. 3. При аналізі нуклеотидної структури mRNA гену MC4R серед представників родини Suidae (свиневі) було виявлено 13 поліморфних сайтів у порівнянні із референтною послідовністю (NM_214173.1_Sus_scrofa), що разом формувало чотири гаплотипи. Перші три відносилися до Sus scrofa, а четвертий – до Phacochoerus africanus. Оцінка гаплотипного (генного) різноманіття для аналізованих даних складала Hd = 0,900 ± 0,161, а відповідна оцінка нуклеотидного різноманіття – π = 0,00483 ± 0,00230. 4. Було встановлено, що має місце суттєва внутрішньо- та міжпородна мінливість у відношенні прояву поліморфізму MC4R c.1426 G>A в стадах свиней різних порід України. Середня частота алеля G серед тварин великої білої породи в межах досліджених популяцій складала 0,334 ± 0,042. Для тварин породи ландрас ця оцінка була майже в 2,5 рази вище (0,823 ± 0,079). І, нарешті, для тварин української м’ясної породи середня частота алеля G складала 0,479 ± 0,071. Таким чином, встановлено вірогідну відмінність у відношенні частоти алеля G серед тварин великої білої породи та породи ландрас (P < 0,001). Аналогічно, встановлено вірогідну відмінність у відношенні частоти алеля G серед тварин української м’ясної породи та породи ландрас (P < 0,01). 5. Серед 32 досліджених популяцій свиней лише в трьох випадках було встановлено вірогідне відхилення частот генотипів за поліморфізмом MC4R c.1426 G>A від стану рівноваги за Кастлом-Гарді-Вайнбергом. Для 32 досліджених популяцій свиней оцінка індексу генетичної диференціації (FST) складала +0,163, що свідчить про високу міжпопуляційну (та, відповідно, і міжвидову) відмінність за частотою генотипів. У межах найбільш представлених порід, відповідна оцінка генетичної диференціації була в 2…3 рази нижче. 6. Отримані результати мета-аналізу свідчать про наявність вірогідної асоціації між поліморфізмом MC4R c.1426 G>A та товщиною шпику. Доведено вірогідне переважання за товщиною шпику особин із генотипом AA над особинами з генотипом AG – в середньому на 0,92 ± 0,19 мм (із 95 % ДІ: від 0,54 до 1,30 мм). А також вірогідне переважання за товщиною шпику із генотипом AG над особинами з генотипом GG – в середньому на 1,33 ± 0,59 мм (із 95 % ДІ: від 0,17 до 2,50 мм). Отже, загальний вигляд має наступна асоціація генотипу та оцінкою товщини шпику свиней: AA > AG > GG. Ступінь впровадження. Отримані результати було апробовано на VIII-й Міжнародній студентській науковій конференції «Сучасні аспекти та перспективні напрямки розвитку науки» (м. Вінниця, 8 листопада 2024 р.) у вигляді доповіді на тему «Біоінформаційний аналіз білка рецептора меланокортину 4 та гена MC4R Sus scrofa».