دوره 16، شماره 2 - ( تابستان 1404 )                   جلد 16 شماره 2 صفحات 171-159 | برگشت به فهرست نسخه ها


XML English Abstract Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

Tamroosi A, Dashab G R, Banabazi M H, Maghsoudi A. (2025). Identification of Important Variants of ATPase and Cytochrome b Coding Genes of the Mitochondrial Genome in Holstein and Cholistani Cows. Res Anim Prod. 16(2), 159-171. doi:10.61882/rap.2024.1489
URL: http://rap.sanru.ac.ir/article-1-1489-fa.html
تمروسی احمد، داشاب غلامرضا، بناءبازی محمد حسین، مقصودی علی.(1404). شناسایی واریانت‎‌های مهم ژن‎‌های کد‎کننده آنزیم ATPase و سیتوکروم b ژنوم میتوکندری در گاوهای هلشتاین و کلیستانی پژوهشهاي توليدات دامي 16 (2) :171-159 10.61882/rap.2024.1489

URL: http://rap.sanru.ac.ir/article-1-1489-fa.html


1- گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران
2- موسسه تحقیقات علوم دامی کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ‌ترویج کشاورزی، کرج، ایران
3- گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
چکیده:   (3145 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: انتخاب طی سالیان گذشته باعث شده‎‌است که دام‎های اصلاح‎شده تجاری در مقایسه با دام‎های بومی از مقاومت ژنتیکی و قدرت سازگاری کمتری برخوردار باشند که دلیل آن کاهش تنوع ژنتیکی است. لازمه اجرای هر گونه برنامه‎ اصلاح نژادی جهت سازگاری سریع نسبت به تغیرات محیطی است. در مطالعات گذشته که به‎منظور بررسی تجزیه تفریقی ژن‎ها در نژادهای هلشتاین و کلیستانی استان پنجاب پاکستان انجام ‎گرفتند، در برخی از ژن‎ها از جمله ژن‎های میتوکندری تفاوت بیان بسیار فاحش مشاهده ‎گردید که به‎عنوان پایه مطالعه حاضر قرارگرفت. لذا هدف از تحقیق حاضر، بررسی دلایل تفاوت بیان ژن متفاوت بین دو نژاد گاو هلشتاین و کلیستانی در ژن‎های میتوکندری شامل ژن‎های ATP6، ATP8 و CYTB که در فرآیندهای مهمی از جمله متابولیسم انرژی در مقابله با تنش‎های زیستی و غیر زیستی و نیز مقاومت به بیماری نقش دارند، با استفاده از داده‎های ترانسکریپت (RNA-Seq) بود. به این منظور، پوشش ترانسکریپتومی، نواحی و جهش‎های نوکلئوتیدی و پروتئینی و اختلافات ژنتیکی حذف و اضافه در ژنوم میتوکندری این دو نژاد مورد بررسی قرارگرفتند.
مواد و روش‎ها: در مطالعه حاضر، از داده‎های ترانسکریپتوم (RNA-Seq) با دسترسی آزاد 40 نمونه از گاوهای شیری دانشگاه ویسکانسین آمریکا و 45 گاو ماده کلیستانی از واحد گاو شیری گوجاتیپیر شهر باهاوالپور واقع در ایالت پنجاب پاکستان استفاده گردید. با توجه به این‎ که نتایج بیان افتراقی دو نژاد در تعدادی از ژن‎های میتوکندری بیان متفاوتی را نشان دادند و بخشی از اختلافات مربوط به ساختار ژنتیکی متفاوت آن‎ها در دو نژاد است، هدف مطالعه حاضر قرارگرفت. با استفاده از پایگاه‎های داده ژنومی NCBI به آدرس (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/) و Ensembl به آدرس (https://asia.ensembl.org/index.html) توالی­های سه ژن‎ میتوکندریایی شامل ATP6،  ATP8 و CYTB برای نژاد گاو هلشتاین (Bos taurus) و نژاد گاو کلیستانی (Bos indicus) استخراج و به فرمت FASTA ذخیره گردیدند. جهت بررسی سطح پوشش ترانسکریپتومی از نرم‎افزار IGB نسخه 6 استفاده شد. جهت محاسبه نواحی چندشکل و همچنین محاسبه درصد جایگزینی نوکلئوتیدها و هم‎ردیف‎سازی توالی‎ها از نرم‎افزار MEGA6 استفاده شد. برای تعیین انواع چندشکلی‎های به وقوع پیوسته در ژنوم میتوکندری هلشتاین و کلیستانی با استفاده از توالی‎های نوکلئوتیدی و آمینواسیدی و همچنین بلوک‎های هاپلوتیپی، تعیین نواحی حذف و اضافه، درج و مناطق حفاظت شده در ژنوم از نرم‎افزار Dnasp5 استفاده گردید.
یافته‎ها: تعداد نواحی حذف در نژاد هلشتاین در سه جایگاه ژنی ATP6، ATP8 و CYTB به‎ترتیب 96، 28 و 91 موقعیت حذف بودند که بیشتر از تعداد نقاط حذف نژاد کلیستانی (در مقابل 84، 9 و 57) بودند. در نژاد کلیستانی در جایگاه ژنی ATP6 در موقعیت 8733 جفت بازی یک درج به‎طول 64 جفت‎بازی و در جایگاه ژنی CYTB دو ناحیه درج در موقعیت‎های 15846 و 14779 جفت‎بازی به‎طول 17 و 24 جفت رخ داد. در جایگاه ATP8 در نژاد کلیستانی هیچ درجی مشاهده نشد. در نژاد هلشتاین در جایگاه ATP8 یک ناحیه درج در موقعیت 8185 به‎طول 16 جفت‎باز، در جایگاه ژنی ATP6 یک ناحیه درج در موقعیت 8733 جفت‎بازی به‎طول 20 جفت‎باز و در جایگاه CYTB سه ناحیه درج در موقعیت‎های 14779، 15355 و 15356 به‎ترتیب درج‎های به‎طول 27، 42 و 16 جفت‎باز مشاهده شدند. از بین سه جایگاه ژنی، جایگاه ATP6 بالاترین سطح پوشش و ATP8 کمترین پوشش را داشت و جایگاه CYTB در حدواسط دو جایگاه دیگر قرار داشت. مقایسه توالی‎های نوکلئوتیدی جایگاه ژنی ATP6 با طول ۶۷۸ جفت‎باز در دو نژاد هلشتاین و کلیستانی، هشت ناحیه چندشکلی و براساس توالی آمینواسیدی سه ناحیه چندشکلی شامل دو تبدیل ترئونین به آلانین و یک موقعیت تبدیل ایزولوسین به والین را نشان داد. مقایسه توالی‎های نوکلئوتیدی جایگاه ژنی ATP8 با طول ۱۹۸ جفت باز در دو نژاد هلشتاین و کلیستانی، شش ناحیه چندشکلی و براساس توالی آمینواسیدی، دو ناحیه چندشکلی را نشان داد. تغییرات آمینواسیدی شامل تبدیل والین به ایزولوسین و ترئونین به آلانین بودند. مقایسه توالی‎های نوکلئوتیدی جایگاه ژنی CYTB با طول ۱۱۳۷ جفت‎باز در دو نژاد هلشتاین و کلیستانی، 19 ناحیه چندشکلی و براساس توالی آمینواسیدی تنها دو ناحیه چندشکلی را نشان داد که آمینواسید والین به ایزولوسین و ایزولوسین به والین تبدیل شدند. در نهایت، نتایج حاصل از تجزیه نواحی حفاظت شده در قطعه هم‎تراز شده از ژن‎های ATP6، ATP8 و CYTB نشان داد که از توالی ژن‎های ذکرشده، ژن ATP6 دارای یک قطعه 217 جفت‎بازی حفاظت شده بود، و ژن ATP8 بدون منطقه حفاظت‎شده بود. ژن‎های غیر‎ حفاظت‎شده مستعد به تغییرهای نوکلئوتیدی و جهش هستند، که سبب به‎وجود آمدن پروتئین‎های جدید و همچنین عملکردهای جدید آن‎ها شده ‎است و بیشتر مناطق ژن CYTB حفاظت‎شده بود. ژن‎ CYTB دارای بیشترین نواحی حفاظت­شده در DNA به‎طول 605 جفت‎باز بود. همچنین، نتایج نشان دادند که جانشینی انتقالی در تمام ژن‎ها بیشتر از جانشینی تقاطعی بود.
نتیجه‎گیری: نتایج مقایسه تجزیه ترانسکریپت‎های دو نژاد هلشتاین و کلیستانی، علاوه‎بر بیان متفاوت در ژن‎های مختلف از جمله ژنوم میتوکندری و تجزیه تکمیلی توالی نوکلئوتیدی و آمینواسیدی ژن‎های ATP6، ATP8 و CYTB، نشان داد که عوامل تکامل از جمله جهش‎ها، انتخاب و مهاجرت سه عامل از مهم‎ترین عواملی بودند که موجب تغییر در ساختار ژنتیکی نژادها و از جمله هلشتاین شدند، به‎نحوی که تغییرات مذکور موجب بیان متفاوت در ژن‎های میتوکندری در دو نژاد شدند. لذا به‎منظور بهبود سازگاری نژادهای تجاری می‎توان با طراحی برنامه‎های مناسب آمیخته‎گری و انتخاب ژنومیک موجب ترکیب واریانت‎های تأثیر‎گذار شده، طول عمر اقتصادی دام‎های تجاری را در ترکیب با دام‎های بومی افزایش داد.
متن کامل [PDF 912 kb]   (1266 دریافت)    
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: ژنتیک و اصلاح نژاد دام
دریافت: 1403/1/31 | پذیرش: 1403/5/29

فهرست منابع
1. Andalib, S., Divani, A. A., Michel, T. M., Hoilund-Carlsen, P. F., Vafaee, M. S., & Gjedde, A. (2017). Pandora's Box: mitochondrial defects in ischaemic heart disease and stroke. Expert Reviews in Molecular Medicine, 19, e5. [DOI:10.1017/erm.2017.5]
2. Anderson, S., Bankier, A. T., Barrell, B. G., de Bruijn, M. H., Coulson, A. R., Drouin, J. and Schreier, P. H. (1981). Sequence and organization of the human mitochondrial genome. Nature, 290 (5806), 457-465. [DOI:10.1038/290457a0]
3. Banabazi, M. H., Ghaderi-Zefrehei, M., Imumorin, I. and Peters, S. (2013). Whole Transcriptome Value Index (WTVI): A methodology for integrating functional sequences from RNA-Seq data into animal selection. 21st International Conference on Plant and Animal Genome, 12-16, San Diego, United States.
4. Chung, H. (2013). Phylogenetic analysis and characterization of mitochondrial DNA for Korean native cattle. Genetics, 3, 12-23. [DOI:10.4236/ojgen.2013.31003]
5. Detmer, S. A., & Chan, D. C. (2007). Functions and dysfunctions of mitochondrial dynamics. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 8, 870-879. [DOI:10.1038/nrm2275]
6. Faure, E., and Casanova, J. P. (2006). Comparison of chaetognath mitochondrial genomes and phylogenetical implications. Mitochondrion, 6(5), 258-262. [DOI:10.1016/j.mito.2006.07.004]
7. Fontanesi, F. (2001). Mitochondria: structure and role in respiration. eLS, 1-13. [DOI:10.1002/9780470015902.a0001380.pub2]
8. Groeneveld, L. F., Lenstra, J. A., Eding, H., Toro, M. A., Scherf, B., Pilling, D., & Weigend, S. (2010). Genetic diversity in farm animals-a review. Animal Genetics, 41, 6-31.‌ [DOI:10.1111/j.1365-2052.2010.02038.x]
9. Groeneveld, L. F., Lenstra, J. A., Eding, H., Toro, M. A., Scherf, B., Pilling, D., Negrini, Finlay, E. K., Jianlin, H., Groeneveld, E., Weigend, S., & Consortium, G. (2010). Genetic diversity in farm animals-a review. Animal Genetics, 41, 6-31.‌ [DOI:10.1111/j.1365-2052.2010.02038.x]
10. Hartatika, T., Putraab, W. B. P., Volkandaria, S. D., & Sumadi, N. (2014). Polymorphism mtDNA cytochrome b gene of local cattle in Indonesia. 5th International Conference on Sustainable Future for Human Security, Sustai.
11. Helt, G., Nicol, J. W., Erwin, E., & Blossom, E. (2009). Genoviz software development kit: Java tool kit for building genomics visualization applications. BMC Bioinformatics, 10(1), 266. DOI: 10.1186/1471-2105-10-266. [DOI:10.1186/1471-2105-10-266]
12. Herrero-Medrano, J. M., Megens, H. J., Groenen, M. A., Ramis, G., Bosse, M., Pérez-Enciso, M., & Crooijmans, R. P. (2013). Conservation genomic analysis of domestic and wild pig populations from the Iberian Peninsula. BMC Genetics, 14(1), 106.‌ [DOI:10.1186/1471-2156-14-106]
13. Hoffmann, I. (2010). Climate change and the characterization, breeding and conservation of animal genetic resources. Animal Genetics, 41, 32-46.‌ [DOI:10.1111/j.1365-2052.2010.02043.x]
14. Huang, W., Nadeem, A., Zhang, B., Babar, M., Soller, M., & Khatib, H. (2012). Characterization and comparison of the leukocyte transcriptomes of three cattle breeds. PLoS One, 7(1), e30244. [DOI:10.1371/journal.pone.0030244]
15. Jin, Y. T., Brown, R. P., & Liu, N. F. (2008). Cladogenesis and phylogeography of the lizard Phrynocephalus vlangalii (Agamidae) on the Tibetan plateau. Molecular Ecology, 17(8), 1971-1982. [DOI:10.1111/j.1365-294X.2008.03721.x]
16. Lee, J., Lee, K. T., Ahn, S., Lee, S., Lim, D., Kim, Y. J., Cho, E. S., Kim, K. S., Dadi, H., & Kim, T. H. (2012). Genetic characterization of Northeast Asian cattle based on sequence polymorphisms in the complete mitochondrial genome. Journal of Animal Sciences, 2, 217-223. [DOI:10.4236/ojas.2012.24030]
17. Librado, P., & Rozas, J. (2009). DnaSP v5: software for comprehensive analysis of DNA polymorphism data. Journal of Bioinformatics, 25, 1451-1452. [DOI:10.1093/bioinformatics/btp187]
18. Mardani, P., Teymouri, F., Foroutanifar, S., Abdolmohammadi, A., & Hajarian, H. (2021). Effects of polymorphism of ATPase6 and ATPase8 genes on in vitro oocyte maturation and embryo culture of Sanjabi sheep. Agricultural Biotechnology Journal, 13(3), 155-169.
19. Noji, H., Yasuda, R., Yoshida, M. and Kinosita J. K. (1997). Direct observation of the rotation of [DOI:10.1038/386299a0]
20. F1-ATPase. Nature, 386(6622), 299.
21. Pfeiffer, I., Burger, J., & Brenig, B. (2004). Diagnostic polymorphisms in the mitochondrial cytochrome b gene allow discrimination between cattle, sheep, goat, roe buck and deer by PCR-RFLP. BMC Genetics, 5, 30. [DOI:10.1186/1471-2156-5-30]
22. Pickrell, A. M., & Youle, R. J. (2015). The roles of PINK1, parkin, and mitochondrial fidelity in Parkinson's disease. Neuron, 85, 257-273. http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2014.12.007 [DOI:10.1016/j.neuron.2014.12.007]
23. Rahmatullaili, S., Fatmawati, D., Nisa, C., Winaya, A., Chamisijatin, L., & Hindun, L. (2019). Genetic diversity of Bali cattle: Cytochrome b sequence variation. Earth and Environmental Science, 276, 012048. doi:10.1088/1755-1315/276/1/012048. [DOI:10.1088/1755-1315/276/1/012048]
24. Ratnam, M. T. S., Gopinathan, A., Jawahar, K. T. P., Azhahianambi, P., Vani, S., Madhuri, B. J., & Karthickeyan, S. M. K. (2022). Single nucleotide polymorphism in cytochrome B oxidase gene among indigenous cattle breeds of Tamil Nadu. Indian Journal of Animal Sciences, 92(9), 1129-1132. [DOI:10.56093/ijans.v92i9.124457]
25. Rimayanti, R., Utomo, B., Pradana, D. K., Triana, I. N., Akintunde, A. O., & Mustofa, I. (2023). Polymorphism in the mitochondrial Cytochrome b of crossbred Madura-Limousine cattle. Archives of Veterinary Science, 13, 1-9. [DOI:10.5380/avs.v28i4.91501]
26. Rubinstein, J. L., Walker, J. E., & Henderson, R. (2003). Structure of the mitochondrial ATP synthase by electron cryomicroscopy. The EMBO Journal, 22(23), 6182-6192. [DOI:10.1093/emboj/cdg608]
27. Ruiz-Pesini, E., Lott, M. T., Procaccio, V., Poole, J. C., Brandon, M. C., Mishmar, D., Yi, C., Kreuziger, J., Baldi, P., & Wallace, D. C. (2007). An enhanced MITOMAP with a global mtDNA mutational phylogeny. Nucleic Acids Research, 35, 823-828. [DOI:10.1093/nar/gkl927]
28. Salimpour, M. (2016). Differential Gene Expression Analysis Between the Holstein and Cholistani (a Pakistani Bbreed) Population Using RNA Sequencing (RNA-Seq). M. Sc. Thesis, University of Tehran, IRAN. [In Persian]
29. Salimpour, M., Miraei-Ashtiani, S. R., & Banabazi, M. H. (2019). Differential gene expression of two bovine Bos Taurus (Holstein) and Bos Indicus (Cholistani) sub-species using RNA-Seq data. Iranian Journal of Animal Science, 50(1), 47-55. [In Persian]
30. Schlötterer, C. and Pemberton, J. (1998). The use of microsatellites for genetic analysis of natural populations - a critical review. Molecular Approaches to Ecology and Evolution, 71-86. [DOI:10.1007/978-3-0348-8948-3_4]
31. Tamura, K., & Nei, M. (1993). Estimation of the number of nucleotide substitutions in the control region of mitochondrial DNA in humans and chimpanzees. Molecular Biology and Evolution, 10, 512-526.
32. Tamura, K., Stecher, G., Peterson, D., Filipski, A., & Kumar, S. (2013). MEGA6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis version 6.0. Molecular Biology and Evolution, 30(12), 2725-2729. [DOI:10.1093/molbev/mst197]
33. Tuppen, H. A., Blakely, E. L, Turnbull, D. M., & Taylor, R. W. (2010). Mitochondrial DNA mutations and human disease. Biochemical et Biophysical Acta, 1797, 113-128. [DOI:10.1016/j.bbabio.2009.09.005]
34. Van Blerkom, J. (2011). Mitochondrial function in the human oocyte and embryo and their role in developmental competence. Mitochondrion, 11, 797-813. [DOI:10.1016/j.mito.2010.09.012]
35. Varkoohi, S., Banabazi, M. H. and Ghasemi-Siab, M. (2021). Allele specific expression (ASE) analysis between Bos Taurus and Bos Indicus cows using RNA-Seq data at SNP level and gene level. Anais da Academia Brasileira de Ciências, 93, e20191453. [DOI:10.1590/0001-3765202120191453]
36. Wang, Y., Ghaffari, N., Johnson, C. D., Braga-Neto, U. M., Wang, H., Chen, R., & Zhou, H. (2011). Evaluation of the coverage and depth of transcriptome by RNA-Seq in chickens. BMC Bioinformatics. 12(10), S5. [DOI:10.1186/1471-2105-12-S10-S5]
37. Zhang, B., Chen, H., & Hua, L. (2008). Novel SNPs of the mtDNA ND5 gene and their associations with several growth traits in the Nanyang cattle breed. Biochemical Genetic, 46, 362-368. [DOI:10.1007/s10528-008-9152-z]

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA

ارسال پیام به نویسنده مسئول


بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.

کلیه حقوق این وب سایت متعلق به پژوهشهای تولیدات دامی می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

© 2026 CC BY-NC 4.0 | Research On Animal Production

Designed & Developed by : Yektaweb