Как мутация от одного быка привела к потере полумиллиона телят по всему миру
Бык Pawnee Farm Arlinda Chief, один из самых продуктивных в истории разведения голштинской породы, также стал источником летального гена, ответственного за примерно полмиллиона спонтанных абортов по всему миру. Исследователи идентифицировали ответственную мутацию, что позволит фермерам тестировать и избегать её.
Рождённый в 1962 году, Chief стал отцом 16 000 дочерей, 500 000 внучек и более 2 миллионов правнучек. В результате хромосомы Chief составляют почти 14% генома современной популяции голштинских коров в США.
«Наше открытие мутации, ответственной за снижение фертильности, — это крупный шаг к устранению этого вредного аллеля из популяции молочных голштинов», — заявил старший автор исследования Харрис Левин. Результаты опубликованы в августовском выпуске Journal of Dairy Science.
В 2011 году учёные из USDA обратились к команде Левина с информацией о проблемном гаплотипе (группе генов, унаследованных от одного родителя) на хромосоме 5 у голштинских коров, связанном с низкой фертильностью и потерей эмбрионов. Этот гаплотип был прослежен до Chief.
«Менее чем за 24 часа, поскольку мы уже секвенировали Chief и его сына-носителя, мы смогли идентифицировать nonsense-мутацию на хромосоме 5. Это был момент эврики», — сказал Левин.
Мутация укорачивает критическую цепь аминокислот
Мутация, укорачивающая аминокислотную цепь, критическую для взаимодействия белок-белок, была обнаружена в гене APAF1 (apoptosis peptide activating factor 1).
Если телёнок голштинской породы наследует всего одну копию мутировавшего APAF1 от родителя, он становится носителем. Но если он наследует мутировавшие копии от обоих родителей, комбинация оказывается летальной. Команда не обнаружила ни одного животного с двумя копиями мутации среди 758 протестированных. Коммерческое тестирование более 246 000 голштинов показало те же результаты.
Исследование оценивает совокупное число потерь телят голштинской породы за 30-летний период более чем в 100 000 в США и около полумиллиона по всему миру.
Исследования на мышах показывают, что мутации, влияющие на функцию APAF1, вызывают смертность плода, воздействуя на развитие центральной нервной системы. Сильно укороченный пептид APAF1 делает ген нефункциональным.
«Мы очень уверены, что stop-gain мутация в APAF1 является причиной потери фертильности в линии Chief», — сказал Левин.
Тестирование и экономические последствия
Один аборт на среднем сроке может стоить молочной ферме около $800. Мировые потери от мутации APAF1 за последние 35 лет оцениваются примерно в $420 млн.
Молочный скот подвергается интенсивному отбору по признакам, таким как удой и жирность молока. Это привело к сильному использованию искусственного осеменения и увеличению инбридинга, что повышает частоту рецессивных летальных генов, подобных APAF1, в популяции.
Теперь селекционеры могут использовать диагностические тесты на мутацию APAF1, чтобы избегать спаривания двух носителей, сохраняя при этом полезный генетический вклад от Chief, который оценивается примерно в $30 млрд за счёт увеличения производства молока.
«Стоимость секвенирования упала до точки, где теперь дешевле секвенировать и интерпретировать целый геном, чем картировать признак традиционными методами. Так же, как быстрые и дешёвые генотипирование революционизировало разведение молочного скота, полногеномное секвенирование будет использоваться для повышения точности отбора производителей», — сказал Левин.