Всероссийский научно-исследовательский институт физиологии, биохимии и питания животных – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный центр животноводства – ВИЖ имени академика Л.К. Эрнста»
Ключевым вопросом при определении и измерении дифференциации любых популяций является количественная оценка неслучайного распределения генетической изменчивости. Исследования дивергенции видов и генетической дифференциации популяций требуют анализа и гетерозиготности (разнообразия) и генетических расстояний (дистанций), которые измеряют разные аспекты изменчивости. Знание того, как генетическая изменчивость распределяется между популяциями, имеет важные последствия не только для эволюционной биологии и экологии, но и для разведения и сохранения пород продуктивных животных. Имеются различные методы и компьютерные программы для анализа генетической изменчивости по маркерам ДНК (микросателлитам, однонуклеотидному полиморфизму), которые используются при исследовании популяций животных. Вместе с тем генетико-математические основы методов в российских публикациях отражены недостаточно. Их рассмотрение и являлось целью настоящей работы. В частности, представлены подходы Нея (Nei, 1974-1994) к оценке генетических различий между популяциями, базирующиеся на вероятности идентичности случайно извлечённых генов в пределах и между популяциями. В отличие от индекса фиксации Райта для диаллельного локуса, статистики Нея выражены в терминах внутри- и межпопуляционного генного разнообразия. Представлены формулы расчёта парных генетических дистанций и сводных оценок генной дифференциации популяций. На численных примерах иллюстрируются: предварительный χ2-тест различия аллельных профилей популяций, расчёты несмещённых оценок минимальной (uDmin), стандартной (uDN) и максимальной (uDmax) генетических дистанций, сводных оценок абсолютной (uDST) и относительной (uGST) генной дифференциации, их варианс и стандартных ошибок. Меры генного разнообразия Нея применимы к любым популяциям независимо от числа локусов, полиморфности аллелей в локусе, наличия эволюционных факторов (мутаций, миграции, дрейф генов и отбора). Оценки генной дифференциации и генетических дистанций Нея по молекулярно-генетическим маркерам могут служить ценной дополнительной информацией, позволяющей селекционерам в совокупности с традиционными и биометрическими методами принимать правильные решения по разведению, улучшению, кроссбридингу и сохранению пород продуктивных животных.
$1 1. Ayala F.J. Vvedenie v populyatsionnuyu i evolyutsionnuyu genetiku (Introduction to population and evolutionary genetics).
$1 2. Bader J.M. Measuring genetic variability in natural populations by allozyme electrophoresis. In: Tested studies for laboratory teaching, Proceedings of the 19th Workshop/Conference of the Association for Biology Laboratory Education (ABLE). University of
$1 3. Barker J.S.F. Conservation of livestock breed diversity. Animal Genetic Resources Information. 1999, 25: 33-43.
$1 4. Cavalli-Sforza L.L, Edwards A.W.F Phylogenetic analysis: models and estimation procedures. Evolution. 1967, 21(3/1): 550-570.
$1 5. Gautier M., Faraut T., Moazami-Goudarzi K., Navratil V., Foglio M., Grohs C., Boland A., Garnier J.-G., Boichard D., Goldstein D.B., Pollock D.D. Launching microsatellites: A review of mutation processes and methods of phylogenetic inference. J. Heredity. 1997, 88(5): 335-342.
$1 6. Holsinger K.E. Lecture notes in population genetics. University of
$1 7. Holsinger K.E., Weir B.S. Genetics in geographically structured populations: defining, estimating and interpreting FST. Nat. Rev. Genet. 2009, 10(9): 639–650. DOI:10.1038/nrg2611.
$1 8. Huson D.H., Bryant D. Application of phylogenetic networks in evolutionary studies. Mol. Biol. Evol. 2006, 23(2): 254-267. DOI:10.1093/molbev/msj030.
$1 9. Hedrick P.W. A standardized genetic differentiation measure. Evolution. 2005, 59(8): 1633-1638.
$1 10. Hedrik P. Genetika populyatsii (Genetics of populations).
$1 11. Rischkowsky B., Pilling D. (Eds). The State of the World’s Animal Genetic Resources for Food and Agriculture. Rome: FAO Publ., 2007 (Sostoyanie vsemirnykh geneticheskikh resursov zhivotnykh v sfere prodovol’stviya i sel’skogo khozyaistva (Translation to Russian, Моscow: VIZ Publ., 2010).
$1 12. Smaragdov M.G. [Full genome assessment of cross-breeding genetic differences in cattle]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK - Scientific and Technological Agribusiness. 2018, 32(4): 47-49. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10411.
$1 13. Jost L., Archer F., Flanagan S., Gaggiotti O., Hoban S., Latch E. Differentiation measures for conservation genetics. Evol. Appl. 2018, 11(7, Suppl): 1139-1148. DOI:10.1111/eva.12590.
$1 14. Kalinowski S.T. Evolutionary and statistical properties of three genetic distances. Mol. Ecol. 2002, 11(8): 1263-1273.
$1 15. Kimura M. Molekulyarnaya evolyutsiya: teoriya neitral’nsti (Molecular evolution: the theory of neutrality)
$1 16. Kuznetsov V.M. [Wright’s F-statistics: estimation and interpretation]. Problemy biologii productivnykh zhivotnykh – Problems of Productive Animal Biology. 2014, 4: 80-104 (in Russian).
$1 17. Latter B.D.H. The island model of population differentiation: a general solution. Genetics. 1973, 73(1): 147-157.
$1 18. Lathrop G.M., Gut I.G., Eggen A. Genetic and haplotypic structure in 14 European and African cattle breeds. Genetics. 2007, 177(1): 1059-1070. DOI.org/10.1534/genetics.107.075804.
$1 19. Li W., Nei M. Drift variances of heterozygosity and genetic distance in transient states. Genetics Research Camb. 1975, 25(3): 229-248.
$1 20. MacHugh D.E. Molecular biogeography and genetic structure of domesticated cattle. A thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy,
$1 21. Meirmans P.G., Hedrick P.W. Assessing population structure: FST and related measures. Mol. Ecol. Res. 2011, 11(1): 5-18.
$1 22. Nei M. A new measure of genetic distance (Rapers presented at a genetics workshop during 4-th Intl. Cong. Human Genetics, Paris, 1971). Compiled by J.F. Crow and C. Deeniston. NY: Plenum Press, 1974, 63-76.
$1 23. Nei M. Genetic distance between populations. Amer. Naturalist. 1972, 106(No 949): 283-292.
$1 24. Nei M. Analysis of gene diversity in subdivided populations. Proc. Nat. Acad. Sci. 1973, 70(12): 3321-3323.
$1 25. Nei M., Roychoudhury A.K. Sampling variances of heterozygosity and genetic distance. Genetics. 1974, 76(2): 379-390.
$1 26. Nei M. F-statistics and the analysis of gene diversity in subdivided populations. Ann. Hum. Genet. 977, 41(2): 225-233.
$1 27. Nei M. Estimation of average heterozygosity and genetic distance from a small number of individuals. Genetics. 1978, 89(3): 583-590.
$1 28. Nei M., Chesser R.K. Estimation of fixation indices and gene diversities. Ann. Hum. Genet. 1983, 47(3): 253-259.
$1 29. Nei M., Tajima F., TateY. Accuracy of estimated phylogenetic trees from molecular data. J. Mol. Ed. 1983, 19(2): 153-170.
$1 30. Nei M. Genetic distance and molecular phylogeny. In: Population genetics and fishery management (
$1 31. Nei M., Takezaki N. Estimation of genetic distances and phylogenetic trees from DNA analysis. Proceedings of the World Congress on Genetics Applied to Livestock Production, 1994, 21: 405-412.
$1 32. Paetkau D., Waits L.P., Clarkson P.L., Craigheadg L., Strobe C. An empirical evaluation of genetic distarice statistics using microsatellite data from bear (ursidae) populations. Genetics. 1997, 147(4): 1943-1957.
$1 33. Reynolds J., Weir B.S., Cockerham C.C. Estimation of the coancestry coefficient: basis for a short-term genetic distance. Genetics. 1983, 105(11): 767-779.
$1 34. Saitou N., Nei M. The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees. Mol. Biol. Evol. 1987, 4(4). 406-425. DOI:10.1093/oxfordjournals.molbev.a040454.
$1 35. Takezaki N., Nei M. Genetic distances and reconstruction of phylogenetic trees from microsatellite DNA. Genetics. 1996, 144(1): 389-399.
$1 36. Weir B.S. Analiz geneticheskikh dannykh. Metody diskretnogo analiza populyatsionno-geneticheskikh dannykh [Genetic data analysis. Methods for discrete population genetic data].
$1 37. Weir B.S. Estimating F-statistics: а historical view . Philos. Sci. 2012, 79(5): 637-643. DOI: 10.1086 / 667904.
$1 38. Workman P.L., Niswander J.D. Population studies on southwestern indian tribes. II. Local genetic differentiation in the Papago. Am. J. Hum. Genet. 1970, 22(1): 24-49.
$1 39. Wright S. Isolation by distance. Genetics. 1943, 28(2): 114-138.
$1 40. Wright S. The genetical structure of populations. Ann. Eugenics. 1951, 15(4): 323-354.
$1 41. Wright S. Evolution and the genetics of population. Vol. 4. Variability within and among natural populations.
$1 42. Zhivotovsky L.A. Estimating divergence time with the use of microsatellite genetic distances: impacts of pop-ulation growth and gene flow. Mol. Biol. Evol. 2001, 18(5): 700-709.
$1 43. Zhivotovsky L.A. Populyatsionnaya biometriya (Population biometry).
$1 44. Zhivotovsky L.A. [Microsatellite variability in human populations and the methods of its analysis]. VOGiS Herald. 2006, 10(1): 74-96 (in Russian).