RU2807575C1 - Способ определения генетической устойчивости крупного рогатого скота к вирусу лейкоза - Google Patents

Способ определения генетической устойчивости крупного рогатого скота к вирусу лейкоза Download PDF

Info

Publication number
RU2807575C1
RU2807575C1 RU2022128287A RU2022128287A RU2807575C1 RU 2807575 C1 RU2807575 C1 RU 2807575C1 RU 2022128287 A RU2022128287 A RU 2022128287A RU 2022128287 A RU2022128287 A RU 2022128287A RU 2807575 C1 RU2807575 C1 RU 2807575C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
resistance
leukemia
cattle
bola
alleles
Prior art date
Application number
RU2022128287A
Other languages
English (en)
Inventor
Алексей Александрович Чаицкий
Павел Олегович Щеголев
Ксения Дмитриевна Сабетова
Илья Андреевич Кофиади
Ирина Алексеевна Булушева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Костромская государственная сельскохозяйственная академия"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Костромская государственная сельскохозяйственная академия" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Костромская государственная сельскохозяйственная академия"
Application granted granted Critical
Publication of RU2807575C1 publication Critical patent/RU2807575C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к области биотехнологии и молекулярной генетики в сельском хозяйстве, и может быть использовано для определения генетической устойчивости крупного рогатого скота к вирусу лейкоза путем выявления аллеля *0902, ассоциированного с устойчивостью к лейкозу, и аллеля *1501, ассоциированного с восприимчивостью к данному заболеванию, методом полимеразной цепной реакции (ПЦР) с праймерами, ограничивающими фрагмент длиной 216 нуклеотидов в пределах второго экзона гена BOLA-DRB3 крупного рогатого скота, последующим секвенированием и компьютерным распознаванием с использованием референс-последовательностей. Предложенный метод включает программный сценарий BDRB32ex, созданный для компьютерного автоматического распознавания аллелей гена BOLA-DRB3 с использованием референс-последовательностей. Для проведения ПЦР используются праймеры ex2_for - 5'-GTGTCATTTCTTCAACGGGAC-3' и ex2_rev - 5'-CGACCCCGTAGTTGTGTCTG-3'. Продукт сиквенсной реакции используется для постановки на автоматическом секвенаторе. Визуализация хроматограм осуществляется с помощью он-лайн алгоритма Benchling (https://www.benchling.com/). Определение аллелей производится автоматически по референс-последовательностям с помощью программного сценария BDRB32ex, содержащего инструкции на языке программирования «Python». Метод демонстрирует стабильную воспроизводимость результатов при анализе количества копий ДНК, превышающего порог чувствительности тест-системы. 1 табл.

Description

Изобретение относится к области биотехнологии и молекулярной генетики в сельском хозяйстве, в частности к способам диагностики генетической устойчивости крупного рогатого скота к лейкозу.
Лейкоз крупного рогатого скота - одна из главных проблем скотоводства, так как очень легко передается от одного животного другому. Оздоровление стада после обнаружения больных животных - сложный процесс, который несет за собой большие материальные затраты. Необходимо регулярно проверять поголовье на наличие вируса лейкоза КРС, на протяжении многих лет выбраковывать коров с подтвержденным диагнозом, производить ремонт стада, заменяя выявленных больных животных здоровыми.
Данное заболевание характеризуется поражением кроветворной системы, лимфоцитозом, возникновением новообразований. Лейкоз КРС характеризуется продолжительным инкубационным периодом, чаще всего проявляется у коров старше четырех лет. Заболевание протекает двухстадийно. На гематологическом этапе лейкоз диагностируют по результатам анализа крови. Наблюдают лейкоцитоз, главным образом за счет лимфоцитов, появление в периферической крови функционально незрелых клеток. На онкологической стадии становятся заметными характерные клинические признаки. Чаще скотоводы имеют дело с энзоотической формой лейкоза коров, диагностируемого по результатам серологических и гематологических исследований крови, которые проводят весной и осенью у животных, достигших полугода.
Чтобы предотвратить экономический ущерб, существует множество методов определения генетической устойчивости животных к лейкозу путем их генотипирования в раннем возрасте. Таким образом, появляется возможность заранее комплектовать стадо из животных с повышенной резистентностью к данному заболеванию.
Впервые селекционно-генетический способ определения устойчивости крупного рогатого скота к лейкозу в системе регистрации результатов исследовательской деятельности Российской Федерации упоминается в патенте RU 2032337 С1 (опубл. 10.04.1995). Его суть состоит в определении наследственно обусловленной устойчивости животных к заболеванию лейкозом путем выявления специфических маркеров, представленных определенными эритроцитарными антигенами Несмотря на свою прогрессивность относительно серологических методов, данное изобретение обладает существенными недостатками ввиду выбора в качестве генетических маркеров эритроцитарных антигенов, имеющих весьма опосредованную связь с устойчивостью к лейкозу.
Более точный способ определения генетической устойчивости крупного рогатого скота к лейкозу был предложен в патенте RU2287587 С2 (опубл. 20.11.2006), где в качестве генетического маркера устойчивости к заболеванию указываются аллельные варианты гена BoLA-DRB3 главного комплекса гистосовместимости класса II (МНС class II), ассоциированного с иммунным ответом. Указанным способом возможно определение 30 аллелей гена BoLA-DRB3, в том числе, аллелей *11, *23 и *28, ассоциированных с устойчивостью к персистентному лимфоцитозу крупного рогатого скота, однако данный метод предполагает проведение полимеразной цепной реакции (ПЦР) с определением полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ), в которой участвует комбинация из 4 эндонуклеаз (RsaI, HaeIII, BstYI и Bst2UI), что сильно усложняет проведение анализа.
Развитием идеи использования гена BoLA-DRB3 в качестве генетического маркера, ассоциированного с устойчивостью крупного рогатого скота к заболеванию лейкозом, является патент RU2316207 (опубл. 10.02.2008). Его суть заключается в создании высокопродуктивного и устойчивого к персистентному лимфоцитозу стада крупного рогатого скота путем определения генотипов коров маточного поголовья и племенных быков по гену BoLA-DRB3 и дальнейшего распределения животных по группам с различной чувствительностью к лимфоцитозу с осуществлением специального подбора пар. Недостатком метода является то, что распределение крупного рогатого скота на группы осуществляется на основе определения восьми аллелей, признанных отвечающими за устойчивость или чувствительность к лейкозу без учета специфических аллелей устойчивости, а также анализ осуществляется методом ПЦР ПДРФ с использованием эндонуклеаз Rsa I, Нае III, Bst YI, что удлиняет и усложняет процесс анализа.
В настоящий момент наиболее совершенный метод определения устойчивости крупного рогатого скота к лейкозу методом ПЦР ПДРФ, зарегистрированный в патентной системе Российской Федерации, изложен в патенте RU2737552 С1 (опубл. 12.01.2020). Тестирование с помощью данного метода позволяет выявить животных-носителей не только общепризнанных аллелей устойчивости к лейкозу (0902, 2701, 2702, 2703, 2704, 2705, 2706, 0701), но и аллелей 1801 и 0601, являющихся специфическими генетическим маркерами резистентности к вирусу лейкоза. Недостатком данного способа является специфика проведения полимеразных цепных реакций типа ПДРФ - необходимость выполнения дополнительных процедур после процесса амплификации ДНК (рестрикция и электрофорез), что увеличивает возможность ошибок при проведении лабораторных процедур. При этом сам анализ и интерпретация его результатов требует определенной квалификации от сотрудников, занимает значительное количество времени и плохо поддается переводу в цифровой формат.
Наиболее близким по сущности аналогом к предлагаемому является способ диагностики устойчивости крупного рогатого скота к лейкозу (патент России RU2428485 С1, опубл. 10.09.2011), который предполагает проведение аллель-специфичной Nested-ПЦР с праймерами, подобранными к позициям 70-71 в аминокислотной последовательности таким образом, что выявляют животных-носителей, только устойчивых к лейкозу, с последующим определением гомо- или гетерозиготности этих животных по данным аллелям путем пиросеквенирования. Несмотря на прогрессивность данного способа относительно методов ПЦР ПДРФ, он также обладает существенными недостатками: необходимость конструировать специфические праймеры для каждого диагностируемого аллеля гена BoLA-DRB3, большое количество дополнительных инструментальных операций в процессе анализа, требующих дополнительного оборудования, а также учет в анализе только аллелей, ассоциированных с устойчивостью к лейкозу.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание способа выявления носителей аллеля *0902, ассоциированного с устойчивостью к лейкозу крупного рогатого скота, и аллеля *1501, ассоциированного с восприимчивостью к данному заболеванию, в любых популяциях, что позволяет отбирать животных, устойчивых к вирусу лейкоза крупного рогатого скота и отбраковывать носителей генетической предрасположенности к заболеванию. Путем воспроизводства особей с генетической устойчивостью можно обеспечить формирование популяций крупного рогатого скота, устойчивых к заболеванию лейкозом.
Технический результат изобретения достигается путем амплификации определенного участка второго экзона гена BoLA-DRB3 и последующего секвенирования полученной матрицы для определения первичной структуры исследуемого участка ДНК с автоматической расшифровкой хроматограммы и выравниванием ее относительно референс-последовательности. Далее вырожденные (варьирующие) нуклеотиды обозначаются вручную, после чего применяют сценарий BDRB32ex, сверяющий исследуемую последовательность с референсной базой данных последовательностей всех аллелей и распознающий отдельный аллель или группу аллелей гена BOLA-DRB3. ПЦР проводится с праймерами ex2_for - 5'-GTGTCATTTCTTCAACGGGAC-3' и ex2_rev - 5'-CGACCCCGTAGTTGTGTCTG-3', ограничивающими фрагмент длиной 216 нуклеотидов в пределах второго экзона гена BOLA-DRB3 крупного рогатого скота. Последовательность нуклеотидов на указанном фрагменте генома включает аллель *0902, ассоциированный с устойчивостью к лейкозу КРС, и аллель и *1501, ассоциированный с восприимчивостью к данному заболеванию. Данным способом может быть определена групповая специфичность или иные аллели, определяемые в составе фрагмента гена. При этом использование данного метода не требует от оператора амплификатора никаких дополнительных манипуляций с пробирками или приборами, а интерпретация полученных данных автоматизирована и формализована.
Предлагаемый способ предназначен для проведения исследований по идентификации аллеля *0902, ассоциированного с устойчивостью к лейкозу КРС, и аллеля и *1501, ассоциированного с восприимчивостью к данному заболеванию.
Принцип действия: определение аллелей основано на проведении полимеразной цепной реакции (ПЦР) с праймерами, ограничивающими фрагмент длиной 216 нуклеотидов в пределах второго экзона гена BOLA-DRB3 крупного рогатого скота. Продукты ПЦР используются в качестве матрицы для определения первичной последовательности фрагмента гена BOLA-DRB3. В сиквенсной реакции используется комплементарный праймер ex2_for - 5'-GTGTCATTTCTTCAACGGGAC-3' и набор меченых дидезоксирибонуклеотидтрифосфатов BigDye Terminator Kit (Applied Biosystems, США). Реакция проводится в соответствии с инструкцией к набору для секвенирования BigDye™ Terminator Kit (Thermofisher, США). Возможность определения первичной нуклеотидной последовательности обеспечивается добавлением в сиквенсную реакцию меченых нуклеотидов, терминирующих синтез. Формирующиеся фрагменты разной длины, несущие меченый концевой нуклеотид, разделяются по длине с фиксацией спектра излучения флуорофора. Продукт сиквенсной реакции используется для постановки на автоматическом секвенаторе ABI 3130 Genetic Analyzer (Applied Biosystems, США) или аналогичном оборудовании последующих поколений в соответствии с инструкцией производителя. Визуализация хроматограм осуществляется с помощью он-лайн алгоритма Benchling (https://www.benchling.com/). Определение аллелей производится автоматически с помощью программного сценария BDRB32ex.
После проведения секвенирования и первичной обработки хроматограм с помощью алгоритма Benchling выделяются вырожденные нуклеотиды в соответствии с международной номенклатурой и загружаются последовательности в программный сценарий BDRB32ex, написанный на языке программирования «Python». На начальном этапе обработки программный сценарий осуществляет выравнивание загружаемых последовательностей против конкретного референс-аллеля и посимвольно сравнивает с ним изучаемую последовательность. Если совпадения не обнаружено, сценарий выравнивает каждую из загружаемых последовательностей относительно базы данных, содержащей информацию о всех аллелях, детектируемых в пределах анализируемого фрагмента. На первом этапе алгоритм исключает наличие аллелей *0902 и *1501 в загруженных последовательностях. На втором этапе обработки программный сценарий определяет наличие иных аллелей, детектируемых в пределах анализируемого фрагмента гена BOLA-DRB3. В результате анализа можно определить аллель образца с точностью до группы аллелей или конкретного аллеля.
В апробации разработанного метода использовался биоматериал (периферическая кровь), отобранный у крупного рогатого скота костромской породы (n=50) из хвостовой вены в промаркированные стерильные вакуумные пробирки «Vacumed» с антикоагулянтом ЭДТА K2 («Greiner Bio-One», Австрия). Очистку ДНК проводили при помощи набора «DNeasy Blood & Tissue Kit» для выделения ДНК из образцов крови и тканей животных, а также из клеток, дрожжей, бактерий и вирусов («Qiagen», Германия) в соответствии с инструкцией производителя.
Полимеразную цепную реакцию проводили в амплификаторе «Терцик» (ЗАО «НПФ ДНК-Технология») в соответствии с протоколом, рекомендованным производителем, по следующей программе: 94°С - 10 с, 56°С - 20 с, 72°С - 20 с в течение 40 циклов. Для контроля качества ДНК и оценки эффективности работы праймеров продукты ПЦР анализировали методом агарозного гель-электрофореза. Для приготовления 1 л 10 кратного ТВЕ-буфера добавляли в мерную колбу 108 г TRIS (основного), 55 г. борной кислоты, 40 мл 0,5М ЭДТА (рН 8,0) и довести объем mQ до 1 л. Для приготовления геля для электрофореза в мерном стакане на 50 мл смешивали 25 мл 1% ТВЕ-буфера, 0,25 г агарозы и 1 мкл бромистого этидия. Разогревали смесь в микроволновой печи до полного растворения агарозы. Заливали смесь в камеру для приготовления гелей. Образцы наносили в лунки в составе 5× загрузочного буфера (бромфенол/глицерин). Условия проведения электрофореза выставляли в соответствии с инструкцией производителя камеры Mupid-exU, Япония. Специфические ПЦР-продукты использовали в качестве ДНК-матрицы при проведении сиквенсной реакции. Затем применяли предлагаемый способ.
В результате исследований установлено, что в протестированной выборке животных костромской породы отсутствует аллель BoLA-DRB3 *1501, связанный с высокой вирусной нагрузкой (таблица 1).
В то же время, выявлено 6 носителей (12%) аллельного варианта BoLA-DRB3 *0902, ассоциированного с подавлением репликации вируса бычьего лейкоза. Таким образом, отсутствие в исследуемой группе животных с аллелем BoLA-DRB3 *1501 в сочетании с присутствием в выборке носителей аллеля BoLA-DRB3 *0902 позволяет судить о высокой устойчивости данных животных к лейкозу, что корреспондируется с данными о генетической устойчивости скота костромской породы к лейкозу.
Источники информации:
1. Шинкаренко А.С. Селекционно-генетический способ профилактики лейкозов у крупного рогатого скота [Текст] / Патент России RU2032337 С1 - 1995 г. - Журнал «Ветеринария», 1987, № 2, С. 28-29.
2. Ковалюк Н.В., Ковалюк А.Н., Сивогривое Д.Е. Способ определения генотипа крупного рогатого скота [Текст] / Патент России RU2287587 С2. - 2006 г. - Бюлл. №32.
3. Горковенко Л.Г., Ковалюк Н.В., Сацук В.Ф. Селекционно-генетический способ создания высокопродуктивного и устойчивого к персистентному лимфоцитозу стада крупного рогатого скота [Текст] // Патент России RU2316207 С2 - 2008 г. - Бюлл. №4.
4. Гладырь Е.А., Зиновьева Н.А., Быкова А.С., Эрнст Л.К. Способ диагностики устойчивости крупного рогатого скота к вирусу лейкоза [Текст] / Патент России RU2428485 С1 - 2011 г. - Бюлл. №25.
5. Ласкавый В.Н., Малинин М.Л., Кузнецова А. Е., Караблин П.М., Шибаева М.А. Способ оценки устойчивости крупного рогатого скота к лейкозу [Текст] // Патент России RU2452955 С1 - 2012 г. - Бюлл. №16.
6. Чалова Н.А., Корякина К.С., Плешков В.А., Миронов А.Н. Способ оценки устойчивости к лейкозу крупного рогатого скота [Текст] // Патент России RU2737552 C1 - 2020 г. - Бюлл. №34.
7. Xue J, Gochuico BR, Alawad AS, Feghali-Bostwick CA, Noth I, Nathan SD, Rosen GD, Rosas IO, Dacic S, Ocak I, Fuhrman CR, Cuenco KT, Smith MA, Jacobs SS, Zeevi A, Morel PA, Pilewski JM, Valentine VG, Gibson KF, Kaminski N, Sciurba FC, Zhang Y, Duncan SR. The HLA class II Allele DRB1* 1501 is over-represented in patients with idiopathic pulmonary fibrosis. PLoS One. 2011 Feb 23;6(2):e14715. doi: 10.1371/journal.pone.0014715. PMID: 21373184; PMCID: PMC3044131.

Claims (1)

  1. Способ определения генетической устойчивости крупного рогатого скота к вирусу лейкоза, включающий амплификацию участка второго экзона гена BoLA-DRB3 праймерами ex2_for -5’-GTGTCATTTCTTCAACGGGAC-3’ и ex2_rev -5’-CGACCCCGTAGTTGTGTCTG-3’, последующее секвенирование полученной матрицы для определения первичной структуры исследуемого участка ДНК и выравнивание ее относительно референс-последовательности с помощью программного сценария BDRB32ex, представляющего собой набор инструкций на языке программирования «Python», осуществляющий посимвольное сравнение расшифрованной в результате секвенирования последовательности ДНК с референс-последовательностями, распознавание аллелей *0902 и *1501 гена BOLA-DRB3 крупного рогатого скота, при этом аллель *0902, ассоциирован с устойчивостью к лейкозу КРС, а аллель *1501, ассоциирован с восприимчивостью к данному заболеванию.
RU2022128287A 2022-10-28 Способ определения генетической устойчивости крупного рогатого скота к вирусу лейкоза RU2807575C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2807575C1 true RU2807575C1 (ru) 2023-11-16

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2428485C1 (ru) * 2010-03-09 2011-09-10 Государственное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт животноводства Российской академии сельскохозяйственных наук" ГНУ ВНИИЖ Россельхозакадемии Способ диагностики устойчивости крупного рогатого скота к вирусу лейкоза
RU2737552C1 (ru) * 2020-06-02 2020-12-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасская государственная сельскохозяйственная академия" Способ оценки устойчивости к лейкозу крупного рогатого скота

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2428485C1 (ru) * 2010-03-09 2011-09-10 Государственное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт животноводства Российской академии сельскохозяйственных наук" ГНУ ВНИИЖ Россельхозакадемии Способ диагностики устойчивости крупного рогатого скота к вирусу лейкоза
RU2737552C1 (ru) * 2020-06-02 2020-12-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кузбасская государственная сельскохозяйственная академия" Способ оценки устойчивости к лейкозу крупного рогатого скота

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
IMTIAZ A.S., et al., DNA Testing and Genetic Evaluation for Poll Breeding in Tropically Adapted Beef Cattle, Proceedings2019, 36, 98; doi:10.3390/proceedings2019036098. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9920370B2 (en) Haplotying of HLA loci with ultra-deep shotgun sequencing
CN105339508B (zh) Hla基因的多重dna分型方法和试剂盒
US20060147925A1 (en) Method of detection
EP3075863B1 (en) Simple method and kit for dna profiling of hla genes by high-throughput massively parallel sequencer
KR20060015604A (ko) T-세포 수용체 v/d/j 유전자 내의 반복 서열에 의한클론 세포의 확인 방법
JPH06511380A (ja) 遺伝子ファミリーのメンバーのヌクレオチドシーケンスを比較して遺伝子型を決定する方法とそのためのキット
CN107794304B (zh) 用于牦牛个体识别和亲子鉴定的基因分型检测试剂盒
CN113481311B (zh) 用于鉴定布鲁氏菌疫苗株m5的snp分子标记及其应用
WO2023001212A1 (zh) 分析绵羊产奶性能的基因芯片、分子探针组合、试剂盒及应用
CN111793704B (zh) 鉴别布鲁氏菌疫苗株s2和野毒株的snp分子标记及其应用
WO2023001209A1 (zh) 分析绵羊脂尾的基因芯片、分子探针组合、试剂盒及应用
RU2807575C1 (ru) Способ определения генетической устойчивости крупного рогатого скота к вирусу лейкоза
JP2020043859A (ja) 主要組織適合遺伝子複合体一塩基多型
CN112501320B (zh) 一种蛇源成分快速检测试剂盒及其应用
CN109371119A (zh) 用于检测人类线粒体dna删除突变及耗竭的引物对、试剂盒及其方法
CN110863044A (zh) 用于检测vcl基因突变的引物组合及其应用
CN114480615B (zh) 一种用于检测hla-b*5101等位基因的引物组及试剂盒
JP2001137000A (ja) 遺伝子変異の判別方法
JPH11216000A (ja) Hla−a対立遺伝子型の判別方法
Baek et al. Distributions of 11‐loci HLA alleles typed by amplicon‐based next‐generation sequencing in South Koreans
Kouniaki et al. Short Tandem Repeats Loci in Parentage Testing
Gläser et al. HLA DNA preorgan retrieval donor typing in renal transplantation
CN116121383A (zh) 一种用于血液恶性肿瘤临床诊疗中的组合物及其应用
JP2000201685A (ja) Hla―dqa1対立遺伝子型の判別のためのプライマ―およびそれを用いる判別方法
CN117363716A (zh) 一种药物导致粒细胞缺乏症和肝损伤相关基因突变位点的检测试剂、试剂盒及应用