Whole genome studies of origin, selection and adaptation of the Russian cattle breeds

• Published in: Revista de Artes Marciales Asiáticas
• Main Authors: N. S. Yudin, D. M. Larkin, Н. С. Юдин, Д. М. Ларкин
• Other Authors: This work was supported by the Russian Science Foundation, project 16-14-00090.
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: Russian
• Published: Institute of Cytology and Genetics of Siberian Branch of the RAS 2019
• Subjects: полногеномный анализ ассоциаций; breed; adaptation; selection; Russia; single nucleotide polymorphism; climate; genome-wide association study; порода; адаптация; отбор; Россия; однонуклеотидный полиморфизм; климат; Arctic
• Online Access: https://vavilov.elpub.ru/jour/article/view/2206; https://doi.org/10.18699/VJ19.525

Our review presents several recent studies on the genetic history and signatures of selection in genomes of the native Russian cattle breeds. Most of these works are not easily accessible for the Russian-speaking audience. We describe the origins of appearance of the Russian cattle breeds from the genetics perspective. We point to the links between most of the Russian breeds with the taurine breeds of the European origin and for some Russian breeds with the breeds of the Asian origin. We describe major phylogenetic clusters of the Russian breeds and point to those that still maintain their unique genetics, meaning that their preservation is a priority. In addition, we review the results of the search for signatures of selection in genomes of the Russian cattle breeds. Some unique signatures of selection present in the genomes of so-called “turano-mongolian” cattle (i. e. the Yakut cattle) are described which allowed the Yakut cattle to adapt to harsh environments found above the Polar Circle. Signatures of selection which could help other cattle breeds of the Russian origin to adapt to various climatic condition of the Russian Federation are reviewed. The Russian cattle genomes also contain known signatures of selection related to cattle domestication about 8–10 thousand years ago. The most profound ones include genes related to changes of the coat colour. This phenotype in many cases could be related to the distinction of the first domesticated populations and lead to the formation of so-called land races (primitive breeds). Whole-genome association studies of Russian cattle breeds pointed to a novel gene which could be related to the “white-faced” phenotype and to a gene which is related to body temperature support under the acute cold stress. The data presented in our review could be used for identification of genetic markers to focus on in future efforts on designing new highly productive cattle breeds adapted to climates of the Russian Federation and other countries with similar climates. В обзоре рассмотрены недавние работы по истории происхождения и следам отбора в геномах исконно российских пород крупного рогатого скота (КРС). Большинство из этих работ недоступно для неанглоязычной аудитории. Показана история происхождения российских пород с точки зрения генетики и связь многих из них с породами европейского, а некоторых – с породами азиатского происхождения. Даны описания основных кластеров пород и указаны породы, сохранившие свой уникальный генофонд и, соответственно, нуждающиеся в охране. Кроме того, приведены результаты поиска следов селекции и адаптации в геномах российских пород КРС. Описаны уникальные следы отбора, представленные у азиатских «турано-монгольских» пород, в частности у якутской, которые, вероятно, позволили этой породе адаптироваться к суровым условиям жизни в Заполярье. Приведены также описания генов, по-видимому, способствовших адаптации и других местных пород КРС к климатическим условиям Российской Федерации. Показано, что геномы российских пород КРС содержат следы отбора в районах известных генетических маркеров доместикации, которые претерпели изменения в результате одомашнивания КРС человеком 8–10 тыс. лет назад. Наиболее яркие из них – это гены изменения окраски шерстного покрова, который во многих случаях служил признаком, различавшим примитивные породы. Полногеномный анализ ассоциаций у российских пород позволил выявить новый ген-кандидат, связанный с фенотипом «белая голова», и ген, связанный с поддержанием температуры тела при сильном холодном стрессе. Обобщенные в обзоре данные могут быть использованы для выбора генетических маркеров для селекции (и/или геномного редактирования) при создании нового поколения высокопродуктивных пород, адаптированных к условиям Российской Федерации и других стран со схожими климатическими условиями.