The current state and world experience in the conservation of genetic resources of farm animals

The orientation of agricultural production systems to the use of a limited number of high-productive transboundary breeds has led to a dramatic decrease in the number of local breeds of farm animals, both in Russia and in the world. Considering that the local genetic resources are carriers of unique forms of variability, their loss may lead to a decrease in genetic diversity, the preservation of which is the basis for the sustainability of agricultural production systems in the future. In this review we analysed the current state and world experience in the ex situ conservation of animal genetic resources aimed to determine research and methodological approaches to the preservation of the Russian gene pool of breeds. The review provides brief information on the breed diversity of farm animals based on data provided by the World Food and Agriculture Organization (FAO), and specify criteria for categorizing breeds by risk status proposed by FAO. The advantages and disadvantages of two approaches to the conservation of animal genetic resources are discussed – in situ (in conditions of agricultural production) and ex situ (outside the production systems for which the resource was created), including two forms – in vivo ("live" breeding) and in vitro (cryobanks or gene banks). Examples of organizational structures responsible for the conservation of animal genetic resources at the national level in foreign countries are given. The role of the National center for genetic resources of farm animals, created at the Federal Research Center for Animal Husbandry named after academy member L.K. Ernst in accordance with Presidential Decree No. 195 of March 19, 2024, as a key element of the research infrastructure in the system of conservation of agricultural animal resources in the Russian Federation, is shown. The advantages and disadvantages of maintaining various types of genetic material in cryobanks are discussed. 

1. Shaping the Future of Livestock // FAO. Berlin: The 10th Global Forum for Food and Agriculture, 2018, 20 p. Интернет-ресурс URL: https://openknowledge.fao.org/handle/20.500.14283/i8384en/ (дата обращения 15.08.2024 г.).

2. Федеральный закон от 3 августа 1995 года № 123-ФЗ "О племенном животноводстве" (в ред. от 22.07.2024 г. № 204-ФЗ).

3. Об утверждении перечня видов и пород (типов, кроссов линий) животных, используемых в разведении племенных животных / Проект Приказа Министерства сельского хозяйства РФ от 16.08.2024 г. // Интернет-ресурс URL: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/56898826/ (дата обращения 01.09.2024 г.).

4. Перечень видов животных, особи которых используются в качестве племенных животных // Зарегистрировано в Минюсте России 08.07.2020 г. № 58870; утв. приказом Минсельхоза РФ от 01.06.2020 г. № 302.

5. FAOSTAT: Интернет-ресурс URL: https://www.fao.org/faostat/en/#home (дата обращения 08.06.2024 г.).

6. DAD-IS: Domestic Animal Diversity Information System // Интернет-ресурс URL: https://www.fao.org/dad-is/en (дата обращения 01.01.2024 г.).

7. Состояние всемирных генетических ресурсов животных в сфере продовольствия и сельского хозяйства // Rome: FAO. 2007. Интернет-ресурс URL: http://www.fao.org/docrep/012/a1250r/a1250r00.htm (дата обращения 02.02.2024 г.).

8. The Second Report on the State of the World’s Animal Genetic Resources for Food and Agriculture / edited by B.D. Scherf, D. Pilling // FAO Commission on Genetic Resources for Food and Agriculture Assessments, Rome: FAO, 2015, 606 p. ISBN: 978-92-5-108820-3.

9. Зиновьева Н.А., Сермягин А.А., Доцев А.В., Боронецкая О.И., Петрикеева Л.В., Абдельманова А.С., Брем Г. Генетические ресурсы животных: развитие исследований аллелофонда российских пород крупного рогатого скота — миниобзор // Сельскохозяйственная биология, 2019, Т. 54, № 4, с. 631-641. doi: 10.15389/agrobiology.2019.4.631rus.

10. Abdelmanova A.S., Kharzinova V.R., Volkova V.V., Dotsev A.V., Sermyagin A.A., Boronetskaya O.I., Chinarov R.Y., Lutshikhina E.M., Sölkner J., Brem G., Zinovieva N.A. Comparative study of the genetic diversity of local steppe cattle breeds from Russia, Kazakhstan and Kyrgyzstan by microsatellite analysis of museum and modern samples // Diversity, 2021, V. 13, No. 8, 351. doi: 10.3390/d13080351.

11. Restoux G., Rognon X., Vieaud A., Guemene D., Petitjean F., Rouger R., Brard-Fudulea S., Lubac-Paye S., Chiron G., Tixier-Boichard M. Managing genetic diversity in breeding programs of small populations: the case of French local chicken breeds // Genet Sel Evol, 2022, V. 54, 56. doi: 10.1186/s12711-022-00746-2.

12. Сохранение генетических ресурсов животных в естественных условиях. Руководство ФАО по животноводству и охране здоровья животных, № 14 // Рим: ФАО, 2013. Интернет-ресурс URL: http://www.fao.org/docrep/018/i3327e/i3327e.pdf (дата обращения 02.02.2024 г.).

13. Cryoconservation of Animal Genetic Resources. FAO Animal Production and Health Guidelines No. 12 // Rome: FAO, 2012, 222 p. ISBN: 978-92-5-107306-3. Интернет-ресурс URL: https://www.fao.org/3/i3017e/i3017e.pdf (дата обращения 15.04.2024).

14. Innovations in cryoconservation of animal genetic resources – Practical guide. FAO Animal Production and Health Guidelines No. 33 / J. Boes, P. Boettcher, M. Honkatukia eds. // Rome: FAO. 2023. ISBN 978-92-5-137297-5. Интернет-ресурс URL: https://doi.org/10.4060/cc3078en (дата обращения 15.04.2024).

15. Status and trends of animal genetic resources – 2012. Fourteenth Session of the Commission on Genetic Resources for Food and Agriculture, Rome, 15–19 April 2013 (CGRFA14/13/Inf.16 Rev.1) // Rome: FAO, 2013. Интернет-ресурс URL: http://www.fao.org/docrep/meeting/027/mg046e.pdf, дата обращения 15.04.2024).

16. Assigning Risk Categories in DAD-IS // Интернет-ресурс URL: https://360.articulate.com/review/content/f940acc0-29db-4431-a37a-870c91e17b77/review (дата обращения 15.04.2024).

17. Ежегодник по племенной работе в молочном скотоводстве в хозяйствах Российской Федерации. 2022 год. / Ред.: Г.И. Шичкин, Д.В. Бутусов // М.: ВНИИплем, 2023, 255 с.

18. Ежегодник по племенной работе в молочном скотоводстве в хозяйствах Российской Федерации. 2023 год. / Ред.: О.Н. Луконина, Г.Ф. Сафина // М.: ВНИИплем, 2024, 250 с. ISBN 978- 5-87958-4476

19. Глобальный план действий в области генетических ресурсов животных и Интерлакенская декларация // Rome: FAO, 2007. Интернет-ресурс URL: http://www.fao.org/docrep/010/a1404r/a1404r00.htm (дата обращения 15.04.2024).

20. Paiva S.R., McManus C.M., Blackburn H. Conservation of animal genetic resources – A new tact // Livestock Science, 2016, V. 193, P. 32-38. doi: 10.1016/j.livsci.2016.09.010.

21. Blackburn H.D., Wilson C.S., Dechow C.D. Development and utilization of the United States gene bank collection / Proceedings of the 12th World Congress on Genetics Applied to Livestock Production, Rotterdam, The Netherlands, 3–8 July 2022 // Интернет-ресурс URL: https://www.wageningenacademic.com/pb-assets/wagen/WCGALP2022/72_005.pdf (дата обращения 15.04.2024 г.).

22. The Centre for Genetic Resources, the Netherlands: moving from the first 25 years into the future // Интернет-ресурс URL: https://edepot.wur.nl/189326 (дата обращения 15.04.2024 г.).

23. Wageningen University and Research // Интернет-ресурс URL: https://www.wur.nl/en.htm (дата обращения 01.01.2024 г.)

24. Chen X., Lu J., Yu F. Conservation of animal genetic resources in the world and its enlightenment to China // Hereditas (Beijing), 2023, V. 45, No. 7, p. 545-552 (in Chinese).

25. Закон Китайской Народной Республики о животноводстве / Указ Президента КНР № 45 от 29.12.2005 г. // Интернет-ресурс URL: https://www.gov.cn/ziliao/flfg/2005-12/29/content_141833.htm (дата обращения 20.12.2023 г).

26. Национальный каталог пород генетических ресурсов домашнего скота и птицы (издание 2021 г) // Интернет-ресурс URL: http://www.moa.gov.cn/govpublic/nybzzj1/202101/t20210114_6359937.htm (дата обращения 20.12.2023 г).

27. Уведомление Главного управления об издании «Тринадцатой пятилетки по сохранению и использованию национальных генетических ресурсов скота и птицы» / Бюро по делам сельского хозяйства и животноводства, 2016, № 43 // Интернет-ресурс URL: http://www.moa.gov.cn/govpublic/XMYS/201611/t20161111_5360757.htm (дата обращения 20.12.2023 г).

28. Национальный перечень охраняемых генетических ресурсов домашнего скота и птицы / Приказ № 2061 Министерства сельского хозяйства КНР от 20.02.2014 г. // Интернетресурс URL: http://www.moa.gov.cn/gk/zcfg/nybgz/201402/t20140220_3791641.htm (дата обращения 20.12.2023 г).

29. Приказ Министерства сельского хозяйства КНР № 64 от 05.06.2006 г. / Официальный вестник Госсовета, 2007, № 21 // Интернет-ресурс URL: https://www.gov.cn/gongbao/content/2007/content_686133.htm (дата обращения 20.12.2023 г).

30. Приказ Министерства сельского хозяйства и сельских дел № 43 от 09.08.2021 г. // Интернет-ресурс URL: https://www.dxumu.com/48162.html (дата обращения 20.12.2023 г).

31. Приказ Министерства сельского хозяйства и села № 631 от 26.12.2022 г. // Интернет-ресурс URL: https://www.waizi.org.cn/law/138934.html (дата обращения 20.12.2023 г).

32. Приказ Министерства сельского хозяйства и сельских дел Китайской Народной Республики № 720 от 30.10.2023 г. // Интернет-ресурс URL: http://www.moa.gov.cn/govpublic/nybzzj1/202312/t20231207_6442237.htm (дата обращения 20.12.2023 г).

33. Institute of Animal Science (IAS), Chinese Academy of Agricultural Sciences (CAAS) // Интернет-ресурс URL: https://ias.caas.cn/en/ (дата обращения: 08.03.2024 г.).

34. Meuwissen T.H.E., Woolliams J.A., Effective sizes of livestock populations toprevent a decline in fitness // Theor. Appl. Genet., 1994, V. 89, p. 1019–1026.

35. Boettcher P.J., Stella A., Pizzi F., Gandini G. The combined use of embryos and semen for cryogenic conservation of mammalian livestock genetic resources // Genet. Sel. Evol, 2005, V. 37, p. 657–675. doi: 10.1051/gse:2005022.

36. Hiemstra S.J., de Haas Y., MäKi-Tanila A., Gandini G. Local cattle breeds in Europe. Development of policies and strategies for self-sustaining breeds // Wageningen Academic Publishers. 2010, 154 p. ISBN: 978-90-8686-144-6. e-ISBN: 978-90-8686-697-7. doi: 10.3921/978-90-8686-697-7.

37. Станишевская О.И., Черепанов С.В., Силюкова Ю.Л. Организационные аспекты сохранения генетических ресурсов сельскохозяйственных животных: мировой опыт // Генетика и разведение животных, 2017, № 3, с. 3-11.

38. Ollivier L., Renard J.P. The costs of cryopreservation of animal genetic re-sources / Proc. 53rd Ann. Meet. Eur. Assoc. Anim. Prod. // Wageningen: Wageningen Academic Publishers, the Netherlands, 1995.

39. Smith C. Estimated costs of genetic conservation of farm animals / in: FAO Animal Production and Health Paper 44/1 // Rome: FAO, 1984, p. 21–30.

40. Никитин Г.С. Современные подходы при получении и криоконсервации эмбрионов крупного рогатого скота in vitro // Международный вестник ветеринарии, 2021, № 3, с. 192-205. doi: 10.17238/issn2072-2419.2021.3.192.

41. Чинаров Р.Ю., Луканина В.А. Производство эмбрионов крупного рогатого скота с использованием прижизненно получаемых ооцитов: мировые тренды и перспективы (обзор) // Достижения науки и техники АПК, 2023, № Т. 37, № 9, с. 31-38. doi: 10.53859/02352451_2023_37_9_31.

42. Чинаров Р.Ю. Развитие технологии прижизненного получения ооцитов у коров: современное состояние и направления исследований (обзор) // Сельскохозяйственная биология, 2024, том 59, № 2, с. 194-220. doi: 10.15389/agrobiology.2024.2.194rus.

43. Сингина Г.Н., Волкова Н.А., Багиров В.А., Зиновьева Н.А. Криобанки соматических клеток как перспективный способ сохранения генетических ресурсов животных // Сельскохозяйственная биология, 2014, № 6, с. 3-14. doi: 10.15389/agrobiology.2014.6.3rus.

44. Лопухов А.В., Сингина Г.Н., Зиновьева Н.А. Биотехнологические основы получения клонированных эмбрионов свиней // Вавиловский журнал генетики и селекции, 2019, Т. 23, № 5, с. 527-533. doi: 10.18699/VJ19.521.

45. Зиновьева Н.А., Позябин С.В., Чинаров Р.Ю. Вспомогательные репродуктивные технологии: история становления и роль в развитии генетических технологий в скотоводстве(обзор). Сельскохозяйственная биология, 2020, Т. 55, № 2, с. 225-242. doi: 10.15389/agrobiology.2020.2.225rus.

46. Never let endangered germplasm resources on the snowy plateau disappear // Интернетресурс URL: http://www.news.cn/mrdx/2022-12/13/c_1310683504.htm (дата обращения 29.09.2024 г.)

47. Волкова Н.А., Багиров В.А., Томгорова Е.К., Ветох А.Н., Волкова Л.А., Зиновьева Н.А. Выделение, культивирование и характеристика примордиальных зародышевых клеток перепелов // Сельскохозяйственная биология, 2017, Т. 52, № 2, с. 261-267. doi: 10.15389/agrobiology.2017.2.261rus.

48. Sun Y., Li Y., Zong Y., Mehaisen G.M.K., Chen J. Poultry genetic heritage cryopreservation and reconstruction: advancement and future challenges // J Animal Sci Biotechnol, 2022, V. 13, 115. doi: 10.1186/s40104-022-00768-2.

49. Kinoshita K., Tanabe K., Nakamura Y., Nishijima K., Suzuki T., Okuzaki Y., Mizushima S., Wang M., Khan S. U., Xu K., Jamal M. A., Wei T., Zhao H., Su Y., Sun F., Liu G., Zhu F., ZHAO H., Wei H. J. PGC-based cryobanking, regeneration through germline chimera mating, and CRISPR/Cas9- mediated TYRP1 modification in indigenous Chinese chickens // Commun Biol, 2024, V. 7, 1127. doi: 10.1038/s42003-024-06775-5.

50. Nakamura Y., Usui F., Miyahara D., Mori T., Ono T., Takeda K., Nirasawa K., Kagami H., Tagami T. Efficient system for preservation and regeneration of genetic resources in chicken: concurrent storage of primordial germ cells and live animals from early embryos of a rare indigenous fowl (Gifujidori) // Reprod. Fert. Dev., 2010, V. 22, p. 1237–1246. doi: 10.1071/RD10056.

51. Woodcock M.E., Gheyas A.A., Mason A.S., Nandi S., Taylor L., Sherman A., Smith J., Burt D.W., Hawken R., McGrew M.J. Reviving rare chicken breeds using genetically engineered sterility in surrogate host birds // Proc. Natl Acad. Sci. USA, 2019, V. 116, No. 42, p. 20930–20937. doi: 10.1073/pnas.1906316116.

52. Lázár B., Molnár M., Sztán N., Végi B., Drobnyák Á., Tóth R., Tokodyné Szabadi N., McGrew M.J., Gócza E., Patakiné Várkonyi E. Successful cryopreservation and regeneration of a partridge colored Hungarian native chicken breed using primordial germ cells // Poult. Sci., 2021, V. 100, No. 8, 101207. doi: 10.1016/j.psj.2021.101207.

53. Blackburn H.D., Azevedo H.C., Purdy P.H. Incorporation of biotechnologies into gene banking strategies to facilitate rapid reconstitution of populations // Animals, 2023, V. 13, 3169. doi: 10.3390/ani13203169.

54. Dechow C.D., Liu W.S., Specht L.W., Blackburn H.D. Reconstitution and modernization of lost Holstein male lineages using samples from a gene bank // J. Dairy Sci., 2020, V. 103, No. 5, 4510– 4516. doi: 10.3168/jds.2019-17753.

55. Shi J., Xiao L., Tan B., Luo L., Li Z., Hong L., Yang J., Cai G., Zheng E., Wu Z., Gu T. Comparative evaluation of production performances of cloned pigs derived from superior Duroc boars // Animal Reproduction Science, 2022, V. 244, 107049. doi: 10.1016/j.anireprosci.2022.107049.