MONITORING THE GENETIC STRUCTURE OF CHUKCHI AND EVEN REINDEER POPULATIONS IN THE FAR NORTH OF THE FAR EAST OF RUSSIA

В арктических и субарктических регионах России в границах Крайнего Севера Дальнего Востока оленеводство имеет важное хозяйственное и социальное значение как отрасль занятости коренного населения. На территории Магаданской области и Чукотского автономного округа (ЧАО) разводят две породы северных оленей: эвенскую и чукотскую.

В 70-е годы породы северных оленей не были официально утверждены. Но, в ходе естественного и под влиянием искусственного отбора в различных природных зонах сформировались отличающиеся между собой два экотипа оленей – эвенский и чукотский, которые характеризуются резко отличающимися хозяйственно-полезными признаками. Эвенский – сформировался путём отбора животных с хорошими ездовыми качествами, чукотский – создавался под влиянием природно-климатических условий арктической тундры и народной селекции, направленной на улучшение мясных форм животных.

В настоящее время в административных границах Магаданской области распространена эвенская порода оленей численностью 2900 голов, которые приспособлены к пастбищному содержанию в условиях горно-таёжной и лесотундровой зоны (рис.1).

Рисунок 1 - Олени эвенской породы Магаданской области

DOI:10.60797/JAE.2024.49.15.1

В восьмидесятых годах прошлого столетия в 12-ти хозяйствах Магаданской области выпасалось 130 тысяч голов основного стада, а также существовал племенной репродуктор по разведению оленей основного стада «Рассохинский». В 90-е годы оленеводству Магаданской области нанесён непоправимый урон, поголовье сократилось в пятнадцать раз, утрачена собственная племенная база. Из-за снижения численности оленей эвенской породы до критического уровня необходимы меры по сохранению генофонда популяций, и в первую очередь изучение генетической структуры стада.

В Чукотском АО наиболее многочисленна чукотская порода (рис.2) с ареалом распространения 738 тыс. км2. В настоящее время в ЧАО разведением оленей занимаются 14 муниципальных сельхозпредприятий, крестьянско-фермерские и личные подсобные хозяйства.

Рисунок 2 - Чукотская порода северного оленя

DOI:10.60797/JAE.2024.49.15.2

Несмотря на принимаемые меры, поголовье оленей в регионе сокращается. Так, в 2010 году выпасались 195,4 тыс. голов, в 2018 г. – 154,9 тыс., в 2019 г. – 141,9 тыс., в 2020 г. – 132,4 тыс. Уменьшение численности животных требует особого внимания к состоянию генофонда, который к настоящему времени исследован недостаточно

[1]

.

Уникальность каждой популяции определяется генетической структурой, которую оценивают относительной частотой генотипов или частотой генов. Такая информация необходима для выбора селекционной стратегии по совершенствованию продуктивных качеств животных

Каждая популяция северных оленей имеет определённую генетическую структуру и генофонд – совокупность генов, которые имеют все особи популяции. Генетическая структура определяется концентрацией каждого гена (или его аллелей) в популяции, характером генотипов и частотой их распространения. В селекционной практике идентификация генетической структуры имеет существенное значение. Популяция может менять генетическую структуру под воздействием внешних и внутренних факторов. В то же время она способна сохранять структуру в ряде поколений, благодаря приспособленности особей, образующих популяцию

В настоящее время для изучения генетической дифференциации животных применяют ДНК-маркеры, полученные на основе метода полимеразной цепной реакции (ПЦР). Метод анализа полиморфизма межмикросателлитных участков ДНК позволяет охарактеризовать множественные локусы генома оленей и является эффективным инструментом оценки индивидуального, группового и популяционного разнообразия

Цель работы заключалась в выполнении многолетнего мониторинга генетической характеристики сельскохозяйственных популяций оленей эвенской и чукотской пород в северном домашнем оленеводстве Крайнего Севера Дальнего Востока России.

Исследования выполнялись в течение 2014-2023 гг. в сельскохозяйственных популяциях оленеводческих хозяйств Магаданской области – СХП «Ирбычан», Чукотского автономного округа – племенных хозяйствах МУП СХП «Хатырское», «Амгуэма». Общая численность оленей в хозяйствах составила 17356 голов (табл.1).

В работе использовано 332 пробы тканей оленей – выщипов части ушной раковины. Животных отбирали рандомным методом разных половозрастных групп: важенки, третьяки и хоры, молодняк до года. Образцы ушных раковин консервировали этиловым спиртом. Аналитические работы проводились в лаборатории ДНК-технологий Всероссийского научно-исследовательского института племенного дела.

Статистическая обработка данных выполнена с помощью стандартных компьютерных программ «Genepop». Каждый фрагмент рассматривался как отдельный маркер, представляющий собой нуклеотидную последовательность, заключённую между двумя инвертированными микросателлитными повторами. Для расчётов использованы локусы ДНК, образующие фрагменты длиной от 180 до 1400 п. н., ясно различимые визуально и формирующие выраженные пики при компьютерном сканировании гелей. На основе частот встречаемости фрагментов ДНК определяли показатели, характеризующие генетическую структуру популяции.

С целью выполнения мониторинга генетической структуры популяций северных оленей эвенской и чукотской пород исследованиями охвачено 42.5% поголовья взрослых оленей в Магаданской области и 38.8%, пасущихся на территории Чукотского АО. Исследованы две популяции оленей Магаданской области: СХП «Ирбычан» (Пареньская и Гижигинская) и две популяции Чукотского АО: МУП СХП «Хатырское» и «Амгуэма» разных пастбищно-географических районов.

В выборке оленей Пареньской популяции эвенской породы, которая подверглась исследованию в 2017 году, все обнаруженные локусы ДНК являются полиморфными, наибольшее распространение имеют межмикросателлитные участки ДНК средней длины. У исследованных животных выявлен всего 551 фрагмент ДНК. Также в данной выборке оленей выявлено 11 маркерных фрагментов ДНК. Чаще других встречаются пять фрагментов ДНК: первый, третий, пятый, шестой и седьмой, их частота превышает 0,1 (табл. 2). У 100% исследованных животных присутствуют межмикросателлитные участки ДНК длиной около 300 п. н. (локус 3), 400 п. н. (локус 5) и 500 п. н. (локус 6), характерные для северных оленей. Локус 7, выявлен у 76% изучаемых животных. Анализ изменчивости фрагментов ДНК показал, что у каждой отдельной особи имеется от 1 до 9 фрагментов межмикросателлитной ДНК, а их среднее число на одно животное составляет 6.56 (табл.2).

Анализ частот встречаемости ISSR- фрагментов ДНК у особей эвенской породы по половозрастным группам показал, что в геноме быков фрагменты 1 и 8 представлены реже, чем у важенок и молодняка на 4,5%.

Фрагменты 4 и 7 встречаются чаще на 3,5 %, чем у маток, и на 4,8% в сравнении с молодняком.

Исследования показали, что наиболее распространенными у эвенской породы являются генотипы, имеющие в своём составе локусы 3, 5 ,6 ,7 и 9. Одинаковые генотипы встречаются у двух-пяти особей. Около 30% исследованной выборки животных имеют уникальные генотипы

В выборке оленей Гижигинской популяции эвенской породы, которая подверглась исследованию в 2023 году, для расчетов использовали локусы ДНК, формирующие фрагменты длиной от 180 до 700 п. н., ясно различимые визуально и формирующие выраженные пики при компьютерном сканировании гелей. В исследуемой группе 8 из 11 локусов ДНК являются полиморфными, наибольшее распространение имеют межмикросателлитные участки ДНК средней длины (табл.2).

У исследованных животных выявлен всего 361 фрагмент ДНК. Более часто встречаются пять фрагментов ДНК: первый, третий, пятый, шестой и седьмой, их частота превышает 0,1 (табл. 2).

У 100% исследованных животных присутствуют межмикросателлитные участки ДНК длиной около 240-330 п. н. (локус 3), характерный для северных оленей эвенской породы; 440-520 п. н. (локус 6) выявлен у 94% животных, локус 2 (220-230) – у 91% оленей, локус 5 (350-430) – у 86% исследуемых животных. Анализ изменчивости фрагментов ДНК показал, что у каждой отдельной особи имеется от 4 до 8 фрагментов межмикросателлитной ДНК, а их среднее число на одно животное составляет 6.22. Из 11 локусов 8 являются информативными для исследованного стада и имеют частоту встречаемости более 5%.

Исследования показали, что наиболее распространенными в Гижигинской популяции является генотип, имеющие в своём составе локусы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Частота встречаемости 24%. Генотип с локусами 1, 3, 5 ,6, 7 имеет частоту встречаемости 8%, а также генотип 1, 2, 3, 4, 5, 7 – 13%.

В 2014 году исследована популяция чукотской породы оленей Амгуэма, в которой обнаружено 9 маркерных фрагментов ДНК. Наиболее часто встречается 6 фрагментов: 1, 2, 3, 5, 6 и 7-й, частота каждого из них от 0.113 до 0.150 (табл. 2). У 99% оленей присутствует фрагмент длиной 240-330 п. н. (локус №3). Локусы №6 и №7 выявлены у 93% особей, локус №5 – у 95%. В результате анализа изменчивости фрагментов ДНК установлено, что у отдельной особи имеется от 1 до 9 фрагментов ДНК. Среднее число фрагментов у одного животного составило 6.61. Из 9 локусов 8 (88,9%) с частотой встречаемости, превышающей 5%, являются информативными. Наиболее распространены генотипы, имеющие в своем составе локусы №1, №2, №3, №5, №6, №7 (19% особей). Распределены генотипы равномерно (табл.2).

В 2020 году исследована популяция чукотской породы оленей Хатырская. Из 11 маркерных фрагментов ДНК, чаще других встречаются 4 фрагмента: 3, 5, 6, 7-й с частотой, превышающей 0.1. У 97% особей присутствуют локусы №3, 5, 6, а у 92% – локус №7. Для данной популяции 9 локусов из 11 (81.8%) являются информативными, поскольку частота встречаемости каждого локуса превышает 5%. Наиболее распространены в Хатырской популяции генотипы, имеющие в своем составе локусы №№3, 5, 6, 7, 8, распределение генотипов равномерное. Около 50% оленей данной выборки имеют уникальные генотипы (табл. 2).

В целом по чукотской породе реже других встречаются длинные фрагменты – локусы №10 и №11 (2.3-3.94%). Частота фрагментов №1, №2, №4, а также №8 и №9 находится в интервале 6.01-7.77%. Самые распространенные в чукотской породе фрагменты средней длины – локусы №3, 5, 6, 7 (15.38-13.17%).

На основании вышеизложенного можно сделать выводы о том, что распределение частот встречаемости маркерных фрагментов у оленей является характерным для домашних северных оленей эвенской и чукотской пород, а также по наиболее часто встречающимся локусам 3, 5, и 6 выявлено сходство у исследуемой группы животных эвенской породы со средними значениями по чукотской породе оленей. В то же время имеются различия по частоте встречаемости локусов исследуемой группы оленей эвенской породы от средних значений частот маркерных локусов у оленей чукотской породы: реже встречается локус 1 на 0,044, локус 7 на 0,028, локус 8 на 0,089; чаще выявляются локус 2 на 0,031, локус 4 на 0,027, локус 9 на 0,60, локус 10 на 0,034. Полученные значения частот генотипов свидетельствуют о достаточно высоком сходстве паттернов у отдельных особей, а, следовательно, и сайтов локализации микросателлитных последовательностей в геноме оленей.

Показатели генетического разнообразия популяций эвенской породы представлены в таблице №3. Среднее число аллелей на локус микросателлитов (µср), отражающее внутрипопуляционное разнообразие, по Пареньской популяции составило 9.950±0.112, по Гижигинской – 9.560±0.102 соответственно (Табл. 3).

Аналогичная закономерность наблюдалась и по числу действующих эффективных аллелей (Ne). Этот показательдает определенную характеристику структуры аллельного разнообразия популяции по соотношению частот наиболее редких и наиболее частых в выборке аллелей. При равномерном распределении частот аллелей hµ= 0, то есть редкие аллели отсутствуют, при неравномерном – всегда hµ>0. В популяциях эвенской породы по данному показателю отмечено умеренное разнообразие аллелей в выборках (табл. 3).

Высокая гетерозиготность Пареньской (0.882±0.013) и Гижигинской (0.883±0.035) популяции обосновывается тем, что её пастбища находятся на границе ареалов Приохотской и Камчатской популяций эвенской породы и имеет место обмена оленями-мигрантами.

Значительная гетерозиготность Гижигинской популяции связана с особенностями формирования генофонда в 1990-х годах, когда на территории Северо-Эвенского района существовали три хозяйства, то есть три сельскохозяйственные популяции оленей эвенской породы, отличавшихся генетически различным составом животных. В результате реструктуризации хозяйства эти три популяции соединили в одно муниципальное хозяйство: МУП СХП «Ирбычан».

Показатели генетического разнообразия популяций чукотской породы представлены в таблице №4. Среднее число аллелей на локус микросателлитов (µср), отражающее внутрипопуляционное разнообразие, в целом по чукотской породе оказалось равным 9.31. Наиболее высокие значения показателя установлены у оленей популяций: Хатырская (10.16±0.339), у особей популяции Амгуэма отмечено меньшее значение этого показателя (8.71±0.125).

Коэффициент гомозиготности (Ca) характеризует степень генетического единообразия (гомогенность) поголовья животных. Величина, обратная степени гомозиготности, представляет собой число действующих эффективных аллелей в популяции. Увеличение степени гомозиготности сопровождается уменьшением числа эффективных аллелей, снижением генетического и фенотипического разнообразия и приводит к повышению однородности популяции.

Параметры гомозиготности популяций Хатырская и Амгуэма составили 0.115±0.037 и 0.123±0.026 соответственно.

Уровень теоретической или ожидаемой гетерозиготности служит показателем аллельного разнообразия популяций и свидетельствует о значительном генетическом разнообразии соответствующих локусов генома в исследованном стаде оленей. С 2014 по 2020 годы в популяциях оленей Чукотки показатель ожидаемой гетерозиготности оказался на высоком уровне: 0.885±0.037 - 0.877±0.026.

В обследованных популяциях Чукотки данный генетический параметр внутрипопуляционного разнообразия достаточно высокий, что является следствием обмена племенным материалом между стадами и хозяйствами. В 2002 году в Камчатском крае и Якутии было куплено и влито в оленьи стада Чукотки 1325 голов неродственных групп чукотской породы. Значительный уровень гетерозиготности дает преимущество животным по адаптивным признакам и обеспечивает устойчивость популяции

Полученные результаты свидетельствуют о том, что распределение частот встречаемости маркерных фрагментов у оленей, принадлежащих СХП «Ирбычан» и МУП СХП «Хатырское», «Амгуэма» является характерным для домашних северных оленей эвенской и чукотской пород.

В результате проведённого многолетнего генетического мониторинга получена информация о генетической характеристике различных популяций эвенской и чукотской пород и в разные временные периоды. Частота ISSR-маркеров позволила определить параметры генеральной совокупности по эвенской и чукотской породам, для которых характерна полиморфность всех обнаруженных локусов. Частоты встречаемости ISSR-маркеров существенно варьируют от популяции к популяции и от маркера к маркеру.

Поскольку отдельные фрагменты ДНК присутствовали у оленей всех популяций, можно предположить, что для эвенской породы спектр из 3-х ампликонов №3, 5, 6, а для чукотской – из 4-х ампликонов: №3, №5, №6, №7 является типичным.

Генетическая изменчивость ISSR-маркеров в популяциях свидетельствует о значительном сходстве между ними по большинству аллельных частот, что подтверждает общность происхождения, хозяйственного и племенного использования оленей эвенской и чукотской породы.

Впервые получен значительный объем информации о генетических характеристиках популяций домашних северных оленей Магаданской области и Чукотки, имеющий актуальное научное и практическое значение для дальнейшего совершенствования селекционно-племенной работы в оленеводстве Крайнего Севера Дальнего Востока России.