УДК 575.113:637.54
Табл. 1. Библ. 13.
DOI: 10.21323/2071-2499-2023-6-40-43

Анализ метилома цыплят-бройлеров с выявлением целевых матриц для разработки тканеспецифической ПЦР

Коноров Е.А., канд. биол. наук, Хвостов Д.В., канд. техн. наук, Минаев М.Ю., канд. техн. наук
ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова
Ключевые слова: ПЦР, мясо птицы, высокопроизводительное секвенирование, метилирование ДНК, поиск маркеров,
Реферат:
Метилирование ДНК, распространённое у различных организмов, не меняет структуру кодируемого белка, однако оно может воздействовать на экспрессию генов. У млекопитающих метильные группы в основном добавляются к цитозинам, образующим пару с гуанином (CpG-динуклеотиды). Во многих случаях активность транскрипции ДНК зависит от количества метильных групп в конкретном участке: при их избытке транскрипция неактивна, но становится активной при их уменьшении. Тем не менее, метилирование продолжается и в постнатальный период и зависит в том числе от условий окружающей среды. Развитие молекулярно-генетических методов позволило эффективно различать метилированные сайты ДНК, и в настоящее время их пытаются применять для дифференциации различных тканей одного организма, эпигенетических настроек и различных заболеваний, что недоступно для стандартных методик ПЦР и секвенирования. Но при этом число выявленных тканеспецифических сайтов метилирования, т.е. участков генома, дифференциально метилированных в разных тканях, невелико, при этом нет универсальных сайтов, подходящих для разных видов животных. Для их определения необходимо идентифицировать регионы генома, в которых присутствуют сайты метилирования, а также проверить, является ли доля метилированных сайтов в них тканеспецифичными. В текущей работе мы произвели секвенирование генома G. gallus с выявлением сайтов метилирования и попытались вычислить регионы генома с высокой плотностью таких сайтов в образцах мышечной ткани. Нами были определены гены, которые располагаются в данных регионах. Большая часть сгруппированных метилированных сайтов располагалась в регионе, кодирующем длинную некодирующую РНК ENSGALG00010000776, а также в митохондриальном геноме. Таким образом, была подготовлена почва для создания маркерных систем определения мясных ингредиентов курицы на основании паттернов метилирования мышечной ткани. В дальнейшем выявленные паттерны будут выровнены на соответствующие паттерны соединительной и нервной тканей.

Analysis of methylome of broiler chickens with the identification of target matrices for the development of tissue-specific PCR

Konorov E.A., Khvostov D.V., Minaev M.Yu.
Gorbatov Research Center for Food Systems
Key words: poultry meat, PCR, high-throughput sequencing, DNA methylation, marker search
Summary:
DNA methylation, common in various organisms, does not change the structure of the encoded protein, but it can affect gene expression. In mammals, methyl groups are mainly added to cytosines that pair with guanine (CpG dinucleotides). In many cases, the activity of DNA transcription depends on the number of methyl groups in a particular site: transcription is inactive when they are in excess, but becomes active when they are reduced. Nevertheless, methylation also continues in the postnatal period and depends, among other things, on environmental conditions. The development of the molecular genetic methods made it possible to efficiently distinguish methylated sites in the genome and nowadays there are attempts to use them to differentiate between different tissues of one organism, epigenetic settings and different diseases, which is inaccessible for standard PCR and sequencing methods. But at the same time, the number of revealed tissue-specific methylation sites, i.e, regions of the genome differentially methylated in different tissues, is small, and there are no universal sites suitable for different animal species. To determine them, it is necessary to identify the regions of the genome, in which methylation sites are present, and also to check whether the proportion of methylated sites in them is tissue specific. In the current work, we performed sequencing of the G. gallus genome with the identification of methylation sites and made an effort to calculate the regions of the genome with a high density of such sites in muscle tissue samples. We have identified genes that are located in these regions. Most of the clustered methylated sites were located in the region encoding the long non-coding RNA ENSGALG00010000776, as well as in the mitochondrial genome. Thus, the ground has been set for the creation of marker systems for the determination of chicken meat ingredients based on methylation patterns of muscle tissue. Later on, the revealed patterns will be aligned relative to the corresponding patterns of connective and nervous tissues.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ / REFERENCES:

Zhang, M. Genome-wide DNA methylation profiles reveal novel candidate genes associated with meat quality at different age stages in hens / M. Zhang, F.-B. Yan, F. Li, K.-R. Jiang, D.-H. Li, R.-L. Han, Z.-J. Li, R.-R. Jiang, X.-J. Liu, X.-T. Kang, G.-R. Sun // Scientific Reports. ‒ 2017. ‒ V. 7. ‒ № 1. ‒ P. 45564. DOI: 10.1038/srep45564.

Raddatz, G. A chicken DNA methylation clock for the prediction of broiler health / G. Raddatz, R.J. Arsenault, B. Aylward, R. Whelan, F. Böhl, F. Lyko // Communications Biology. – 2021. – V. 4. – № 1. – P. 76. DOI: 10.1038/s42003-020-01608-7.

Li, H. Minimap2: pairwise alignment for nucleotide sequences / H. Li // Bioinformatics. – 2018. – V. 34. – № 18. – P. 3094-3100. DOI: 10.1093/bioinformatics/bty191.

Simpson, J.T. Detecting DNA cytosine methylation using nanopore sequencing / J.T. Simpson, R.E. Workman, P.C. Zuzarte, M. David, L.J. Dursi, W. Timp // Nature Methods. – 2017. – V. 14. – № 4. – P. 407-410. DOI: 10.1038/nmeth.4184.

Xu, Q. Analysis on DNA methylation of various tissues in chicken / Q. Xu, Y. Zhang, D., Sun, Y. Wang, Y. Yu // Animal biotechnology. – 2007. – V. 18. – № 4. – P. 231-241. DOI:10.1080/10495390701574838.

Zhou, Y. Comparative whole genome DNA methylation profiling across cattle tissues reveals global and tissue-specific methylation patterns / Y. Zhou, S. Liu, Y. Hu, L. Fang, Y. Gao, H. Xia, G.E. Liu // BMC biology. – 2020. – V. 18. – P. 1-17. DOI: 10.1186/s12915-020-00793-5.

D’Aquila, P. Mitochondrial genome and epigenome: two sides of the same coin / P. D’Aquila, A. Montesanto, F. Guarasci, G. Passarino, D. Bellizzi // Front Biosci. (Landmark Ed). – 2017. – V. 22. – № 5. – P. 888-908. DOI: 10.2741/4523.

Wong, M. Mitochondrial DNMT3A and DNA methylation in skeletal muscle and CNS of transgenic mouse models of ALS / M. Wong, B. Gertz, B. Chestnut, L. Martin // Frontiers in Cellular Neuroscience. – 2013. – V. 7. – P. 279. DOI: 10.3389/fncel.2013.00279.

Kanakachari, M. Embryonic transcriptome unravels mechanisms and pathways underlying embryonic development with respect to muscle growth, egg production, and plumage formation in native and broiler chickens / M. Kanakachari, R. Ashwini, R.N. Chatterjee, T.K. Bhattacharya // Frontiers in Genetics. ‒ 2022. ‒ V. 13. – P. 990849. DOI: 10.3389/fgene.2022.990849.

Zhang, R. Identification of candidate genomic regions for thermogelled egg yolk traits based on a genome-wide association study / R. Zhang, X. Li, Y. Ma, Y. Liu, Y. Zhang, X. Cheng, Z. Ning // Poultry Science. – 2023. – V. 102. – № 3. – P. 102402. DOI: 10.1016/j.psj.2022.102402.

Rallabandi, H.R. Identification of Female Specific Genes in the W Chromosome that are Expressed during Gonadal Differentiation in the Chicken / H.R. Rallabandi, H. Yang, Y.J. Jo, H.C. Lee, S.J. Byun, B.R. Lee // Korean Journal of Poultry Science. – 2019. – V. 46. – № 4. – P. 287-296. DOI: 10.5536/KJPS.2019.46.4.287.

Wan, H.F. Study on correlation of genomic DNA methylation in muscle tissue with meat quality of chicken / H. Wan, F. Wei, Y. Liao, J. Deng, Y. Huang, Q. Wu, L. Wu, L. Huang // China Poultry. – 2018. – V. 40. – № 12. – P. 5-9.

Gout, S. Detection of neuronal tissue in meat using tissue specific DNA modifications / S. Gout, H. Valdivia, D. McDwell, N. Harris // Biotechnologie, Agronomie, Société et Environnement. – 2004. – V. 8. – № 4. – P. 229-234.

Контакты:

Евгений Андреевич Коноров
casqy@yandex.ru
Даниил Владиславович Хвостов
d.hvostov@fncps.ru
Михаил Юрьевич Минаев
mminaev@inbox.ru

Для цитирования:

Коноров, Е.А. Анализ метилома цыплят-бройлеров с выявлением целевых матриц для разработки тканеспецифической ПЦР / Е.А. Коноров, Д.В. Хвостов, М.Ю. Минаев // Все о мясе. – 2023. – № 6. – С. 40-43. DOI: 10.21323/2071-2499-2023-6-40-43.

For citation:

Konorov, E.A. Analysis of methylome of broiler chickens with the identification of target matrices for the development of tissue-specific PCR / E.A. Konorov, D.V. Khvostov, M.Yu. Minaev // Vsyo o myase. – 2023. – № 6. – Р. 40-43. DOI: 10.21323/2071-2499-2023-6-40-43.