دوره 17، شماره 1 - ( بهار 1405 )
جلد 17 شماره 1 صفحات 23-13 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Fayazi J, Chaabi M, Roshabfekr H, Nazari M, Moradi M H. (2026). Analysis of Epistatic Effects on the Genetics of Fat-tail Formation in Sheep. Res Anim Prod. 17(1), 13-23. doi:10.61882/rap.2026.1514
URL: http://rap.sanru.ac.ir/article-1-1514-fa.html
URL: http://rap.sanru.ac.ir/article-1-1514-fa.html
فیاضی جمال، چعبی منا، روشنفکر هدایت اله، نظری محمود، مرادی محمدحسین.(1405). تحلیل اثرات اپیستازی بر ژنتیک تشکیل دنبه در گوسفند پژوهشهاي توليدات دامي 17 (1) :23-13 10.61882/rap.2026.1514
جمال فیاضی*1 
، منا چعبی1، هدایت اله روشنفکر1، محمود نظری1، محمدحسین مرادی2
، منا چعبی1، هدایت اله روشنفکر1، محمود نظری1، محمدحسین مرادی2
1- گروه علوم دام، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، اهواز، ایران
2- گروه علوم دامی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران
2- گروه علوم دامی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران
چکیده: (524 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: دنبه 20% وزن لاشه را شامل میشود که ارزش اقتصادی لاشه را به شدت کاهش می دهد بنابراین اصلاح کنندگان گوسفند باید مکانیسم هایی که به طور ژنتیکی توسعه چربی را کنترل می کنند بررسی کرده، تا بتوانند برنامه های پرورش گوسفند را برای کاهش اندازه دنبه طراحی کنند. ذخیره چربی در دنبه یکی از مسائل مطرح در کشور ما و بسیاری از کشور های در حال توسعه می باشد، در طی سالیان اخیر تحقیقات مختلفی در زمینه آمیخته گری بین نژاد های دنبه دار و بی دنبه به بررسی چگونگی توارث این صفات در نقاط مختلف انجام شده است. اما بررسی این تحقیقات عموما با نتایج منتاقضی همراه بوده، لذا منطقه یا مناطق ژنومی موثر بر این صفت همچنان ناشناخته باقیمانده است. بنابر این شناسایی ژنها یا مناطق ژنومی مرتبط با ذخیره چربی از مهمترین و چالش برانگیزترین حوزه های تحقیقاتی در بسیاری از کشورهای پرورش دهنده این نژاد ها محسوب می شود. روش هایی مانند مطالعه ژنوم وتجزیه و تحلیل بیان ژن برای توصیف زمینه ژنتیکی بلقوه رسوب چربی در گوسفندان دنبهدار استفاده شده است. مطالعات اپیستاتیک از آنجا که نقش کلیدی در درک ارتباط عملکردی ژن ها دارند، برای محققان جالب هستند. در طول چند ده گذشته GWAS نقش اصلی را در زمینه اپیستازی فراهم کرده است. در تجزیه و تحلیل GWAS ابتدا SNPها به وسیله یک روش استاندارد آماری آزمایش می شوند و به وسیله آن ارتباط بین اسنیپ و فنوتیپ را مشخص می کنند. این نوع تجزیه و تحلیل هاست که به صوررت گسترده مورد استفاده قرار می گیرد، اما آنطور که انتظار می رود پاسخگو نمی باشد و در واقع بخش کوچکی از واریانس ژنتیکی را مشخص می کند و به قسمت باقیمانده یا به عبارت دیگر وراثت پذیری از دست رفته اشاره نمی کند. معمولا پذیرفته شده است که وراثتپذیری از دست رفته تا حدودی به دلیل انواع اثرات ژنتیکی و تعامل آن ها با یک یا چند عامل دیگر است. با توجه به پژوهش های انجام شده تحقیقات زیادی در مورد GWAS صورت گرفته است اما مطالعات GWAS بر روی دنبه محدود می باشد، و نیز با توجه به اهمیت اثرات اپیستازی جای بررسی آن ها از طریق چیپ اسنیپ ها خالی است و سوالات زیادی در این مورد باقی مانده است. لذا این پژوهش برای بررسی و پاسخ به این سوالات طراحی شده است.
مواد و روش ها: حدود 3000 داده شامل انواع مختلف گوسفند پس از نامهنگاری و کسب مجوز از بانک داده Sheep Hap Map تهیه شدند. نمونهها با استفاده از تراشههای llumina50K تعیین ژنوتایپ شدند. ویرایش داده ها از نظر فراوانی ها، ژنوتیپ ها، تعادل هاردیواینبرگ و Maf انجام شد. نژادها از نظر تشکیل دنبه و نوع دنبه مورد بررسی قرار گرفته و تعیین فنوتیپ شدند. با استفاده از نرم افزار PLINK شروع به یافتن ارتباط بین اسنیپ های موثر با فنوتیپ تشکیل دنبه شد. برای هر کدام از اسنیپ ها یک P-value مشخص شد و با استفاده از R نمودار منهتن رسم گردید. با توجه به نتایج به دست آماده آنالیز PCA انجام شد. با استفاده از PLINK اقدام به برآورد اثرات اپیستازی شد. مکانهای فیزیکی اسنیپ ها برای تائید کروموزم ها مشخص شد. تشخیص ژن ها و تجزیه و تحلیل عملکرد و مقایسههای ژنومیک و بیوانفورماتیک با استفاده از آخرین اطلاعات ژنومی پایگاههای دادهای انجام شد. در آخر اثرات متقابل بین ژنها و SNPهای موثر بر دنبه (اثرات اپیستازی) مورد بررسی قرار گرفت.
یافته ها: لوکوسهای موثر و اثرات اپیستازی آن ها به طبع ژن های موثر در 19 نژاد و 806 دام مورد بررسی قرار گرفتند. پویش گسترده ژنوم برای یافتن جایگاه های ژنی و اپیستازی آن ها به روش رگرسیون لجستیک و به کمک برنامه Plink انجام شد. نمودار منهتن به کمک برنامه R رسم و ژن های موثر براساس نتیجه GWAS ، درپایگاه انسمبل تعیین شدند. نتایج نشان داد 8 اسنیپ در کروموزوم های 1، 2، 3، 6، 10، 15و 18 بر دنبه دار بودن موثراند. در مجموع 23 ژن در 500 هزار باز در بالا دست و پایین دست اسنیپ های موثر یافت شدند. شبکه ژنی ترسیم شده به کمک ژن های TCHHL، S100A10، LCE3D، C1orf6، NR1H4، U6، SLC17A8 ANO4، SCYL2، ACRT6، CCSER1 MED4، ITM2B RB1، LPAR6، RCBTB2، GPC6 ALKBH3، MIR129-2، C11orf96، TTC17، ACCS و EXT2 از غنای خوبی برخوردار نبود. لذا اثرات متقابل بیولوژیکی کمی قابل گزارش است. اما در بخش اپیستازی آماری، اثرات متقابل زیادی دیده شد. از بین اسنیپ های موثر اسنیپ رویS08620.1 کروموزوم 2 بیشترین اثر اپیستازی را با سایر لوکوس های ژنومی گوسفند داشته است.
نتیجه گیری: با توجه به اهمیت لوکوسهای موثر بر رسوب چربی دنبه بین جایگاه های ژنومی آنها ارتباط وجود دارد. با توجه به نتایج حاصل از این پژوهش می توان گفت فرایند تشکیل دنبه تحت تاثیر جایگاه های ژنومی و اثرات اپیستازی می باشد. در این پژوهش با استفاده از تجزیه و تحلیل ساختار جمعیت بوسیله GWAS، 23 ژن و نزدیک به 4000 اینترکشن شناسایی شدند. از ژن های موثر میتوان به NR1H4، EXT2، ANO4 و SLC17A8 اشاره نمود. شبکه ژنی ژن های موثر اثرات متقابل بیولوژیکی کمی را نشان دادند. ولی در اپیستازی آماری اثرات متقابل زیادی مشاهده شدند. 7 اسنیپ موثر بر روی تعدادی از کروموزوم ها شناسایی شدند، که بیشترین اینترکشن ها برروی اسنیپ S08620.1 کروموزوم شماره 2 مشاهده شدند. در نتیجه بیشترین تعاملات اپیستازی بر روی اسنیپ های کروموزوم شماره 2 با 1841 اسنیپ بر روی دیگر کروموزوم های در ارتباط می باشند. بعد از کروموزوم شماره 2،کروموزوم 1 و 18بیشترین اثرات اپیستازی را نشان دادند.
مقدمه و هدف: دنبه 20% وزن لاشه را شامل میشود که ارزش اقتصادی لاشه را به شدت کاهش می دهد بنابراین اصلاح کنندگان گوسفند باید مکانیسم هایی که به طور ژنتیکی توسعه چربی را کنترل می کنند بررسی کرده، تا بتوانند برنامه های پرورش گوسفند را برای کاهش اندازه دنبه طراحی کنند. ذخیره چربی در دنبه یکی از مسائل مطرح در کشور ما و بسیاری از کشور های در حال توسعه می باشد، در طی سالیان اخیر تحقیقات مختلفی در زمینه آمیخته گری بین نژاد های دنبه دار و بی دنبه به بررسی چگونگی توارث این صفات در نقاط مختلف انجام شده است. اما بررسی این تحقیقات عموما با نتایج منتاقضی همراه بوده، لذا منطقه یا مناطق ژنومی موثر بر این صفت همچنان ناشناخته باقیمانده است. بنابر این شناسایی ژنها یا مناطق ژنومی مرتبط با ذخیره چربی از مهمترین و چالش برانگیزترین حوزه های تحقیقاتی در بسیاری از کشورهای پرورش دهنده این نژاد ها محسوب می شود. روش هایی مانند مطالعه ژنوم وتجزیه و تحلیل بیان ژن برای توصیف زمینه ژنتیکی بلقوه رسوب چربی در گوسفندان دنبهدار استفاده شده است. مطالعات اپیستاتیک از آنجا که نقش کلیدی در درک ارتباط عملکردی ژن ها دارند، برای محققان جالب هستند. در طول چند ده گذشته GWAS نقش اصلی را در زمینه اپیستازی فراهم کرده است. در تجزیه و تحلیل GWAS ابتدا SNPها به وسیله یک روش استاندارد آماری آزمایش می شوند و به وسیله آن ارتباط بین اسنیپ و فنوتیپ را مشخص می کنند. این نوع تجزیه و تحلیل هاست که به صوررت گسترده مورد استفاده قرار می گیرد، اما آنطور که انتظار می رود پاسخگو نمی باشد و در واقع بخش کوچکی از واریانس ژنتیکی را مشخص می کند و به قسمت باقیمانده یا به عبارت دیگر وراثت پذیری از دست رفته اشاره نمی کند. معمولا پذیرفته شده است که وراثتپذیری از دست رفته تا حدودی به دلیل انواع اثرات ژنتیکی و تعامل آن ها با یک یا چند عامل دیگر است. با توجه به پژوهش های انجام شده تحقیقات زیادی در مورد GWAS صورت گرفته است اما مطالعات GWAS بر روی دنبه محدود می باشد، و نیز با توجه به اهمیت اثرات اپیستازی جای بررسی آن ها از طریق چیپ اسنیپ ها خالی است و سوالات زیادی در این مورد باقی مانده است. لذا این پژوهش برای بررسی و پاسخ به این سوالات طراحی شده است.
مواد و روش ها: حدود 3000 داده شامل انواع مختلف گوسفند پس از نامهنگاری و کسب مجوز از بانک داده Sheep Hap Map تهیه شدند. نمونهها با استفاده از تراشههای llumina50K تعیین ژنوتایپ شدند. ویرایش داده ها از نظر فراوانی ها، ژنوتیپ ها، تعادل هاردیواینبرگ و Maf انجام شد. نژادها از نظر تشکیل دنبه و نوع دنبه مورد بررسی قرار گرفته و تعیین فنوتیپ شدند. با استفاده از نرم افزار PLINK شروع به یافتن ارتباط بین اسنیپ های موثر با فنوتیپ تشکیل دنبه شد. برای هر کدام از اسنیپ ها یک P-value مشخص شد و با استفاده از R نمودار منهتن رسم گردید. با توجه به نتایج به دست آماده آنالیز PCA انجام شد. با استفاده از PLINK اقدام به برآورد اثرات اپیستازی شد. مکانهای فیزیکی اسنیپ ها برای تائید کروموزم ها مشخص شد. تشخیص ژن ها و تجزیه و تحلیل عملکرد و مقایسههای ژنومیک و بیوانفورماتیک با استفاده از آخرین اطلاعات ژنومی پایگاههای دادهای انجام شد. در آخر اثرات متقابل بین ژنها و SNPهای موثر بر دنبه (اثرات اپیستازی) مورد بررسی قرار گرفت.
یافته ها: لوکوسهای موثر و اثرات اپیستازی آن ها به طبع ژن های موثر در 19 نژاد و 806 دام مورد بررسی قرار گرفتند. پویش گسترده ژنوم برای یافتن جایگاه های ژنی و اپیستازی آن ها به روش رگرسیون لجستیک و به کمک برنامه Plink انجام شد. نمودار منهتن به کمک برنامه R رسم و ژن های موثر براساس نتیجه GWAS ، درپایگاه انسمبل تعیین شدند. نتایج نشان داد 8 اسنیپ در کروموزوم های 1، 2، 3، 6، 10، 15و 18 بر دنبه دار بودن موثراند. در مجموع 23 ژن در 500 هزار باز در بالا دست و پایین دست اسنیپ های موثر یافت شدند. شبکه ژنی ترسیم شده به کمک ژن های TCHHL، S100A10، LCE3D، C1orf6، NR1H4، U6، SLC17A8 ANO4، SCYL2، ACRT6، CCSER1 MED4، ITM2B RB1، LPAR6، RCBTB2، GPC6 ALKBH3، MIR129-2، C11orf96، TTC17، ACCS و EXT2 از غنای خوبی برخوردار نبود. لذا اثرات متقابل بیولوژیکی کمی قابل گزارش است. اما در بخش اپیستازی آماری، اثرات متقابل زیادی دیده شد. از بین اسنیپ های موثر اسنیپ رویS08620.1 کروموزوم 2 بیشترین اثر اپیستازی را با سایر لوکوس های ژنومی گوسفند داشته است.
نتیجه گیری: با توجه به اهمیت لوکوسهای موثر بر رسوب چربی دنبه بین جایگاه های ژنومی آنها ارتباط وجود دارد. با توجه به نتایج حاصل از این پژوهش می توان گفت فرایند تشکیل دنبه تحت تاثیر جایگاه های ژنومی و اثرات اپیستازی می باشد. در این پژوهش با استفاده از تجزیه و تحلیل ساختار جمعیت بوسیله GWAS، 23 ژن و نزدیک به 4000 اینترکشن شناسایی شدند. از ژن های موثر میتوان به NR1H4، EXT2، ANO4 و SLC17A8 اشاره نمود. شبکه ژنی ژن های موثر اثرات متقابل بیولوژیکی کمی را نشان دادند. ولی در اپیستازی آماری اثرات متقابل زیادی مشاهده شدند. 7 اسنیپ موثر بر روی تعدادی از کروموزوم ها شناسایی شدند، که بیشترین اینترکشن ها برروی اسنیپ S08620.1 کروموزوم شماره 2 مشاهده شدند. در نتیجه بیشترین تعاملات اپیستازی بر روی اسنیپ های کروموزوم شماره 2 با 1841 اسنیپ بر روی دیگر کروموزوم های در ارتباط می باشند. بعد از کروموزوم شماره 2،کروموزوم 1 و 18بیشترین اثرات اپیستازی را نشان دادند.
فهرست منابع
1. Bakhtiarizadeh, M. R., & Alamouti, A. A. (2020). RNA-Seq based genetic variant discovery provides new insights into controlling fat deposition in the tail of sheep. Scientific Reports, 10(1), 13525. [DOI:10.1038/s41598-020-70527-8]
2. Bakhtiarizadeh, M. R., Salehi, A., Alamouti, A. A., Abdollahi-Arpanahi, R., & Salami, S. A. (2019). Deep transcriptome analysis using RNA-Seq suggests novel insights into molecular aspects of fat-tail metabolism in sheep. Scientific Reports, 9(1), 9203. [DOI:10.1038/s41598-019-45665-3]
3. Banerjee, P., Carmelo, V. A. O., & Kadarmideen, H. N. (2020). Genome-wide epistatic interaction networks affecting feed efficiency in duroc and landrace pigs. Frontiers in Genetics, 11, 121. [DOI:10.3389/fgene.2020.00121]
4. Cordell, H. J. (2002). Epistasis: what it means, what it doesn't mean, and statistical methods to detect it in humans. Human Molecular Genetics, 11(20), 2463-2468. [DOI:10.1093/hmg/11.20.2463]
5. Dong, K., Yang, M., Han, J., Ma, Q., Han, J., Song, Z., ... & Jiang, L. (2020). Genomic analysis of worldwide sheep breeds reveals PDGFD as a major target of fat-tail selection in sheep. BMC Genomics, 21, 1-12. [DOI:10.1186/s12864-020-07210-9]
6. Eichler, E. E., Flint, J., Gibson, G., Kong, A., Leal, S. M., Moore, J. H., & Nadeau, J. H. (2010). Missing heritability and strategies for finding the underlying causes of complex disease. Nature Reviews Genetics, 11(6), 446-450. [DOI:10.1038/nrg2809]
7. Frazer, K. A., Murray, S. S., Schork, N. J., & Topol, E. J. (2009). Human genetic variation and its contribution to complex traits. Nature Reviews Genetics, 10(4), 241-251. [DOI:10.1038/nrg2554]
8. Kim, K. H., Kim, J. Y., Lim, W. J., Jeong, S., Lee, H. Y., Cho, Y., ... & Kim, N. (2020). Genome-wide association and epistatic interactions of flowering time in soybean cultivar. PloS One, 15(1), e0228114. [DOI:10.1371/journal.pone.0228114]
9. Manolio, T. A., Collins, F. S., Cox, N. J., Goldstein, D. B., Hindorff, L. A., Hunter, D. J., ... & Visscher, P. M. (2009). Finding the missing heritability of complex diseases. Nature, 461(7265), 747-753. [DOI:10.1038/nature08494]
10. Mirzapour, A., Hedayat, N., Khalkhali, R., Seyedsharifi, R., & Abdi, H. (2023). Genome-Wide San for Detection of Runs of Homozygosity in Iranian Indigenous Sheep Breeds. Research on Animal Production, 14(1), 121-130. doi:10.61186/rap.14.39.121 [In Persian] [DOI:10.61186/rap.14.39.121]
11. Mohammadi, H., & Shamsollahi, M. (2023). Genome Wide Association Study Based on Pathway Analysis Relate to Total Number of Lambs Born and First Lambing Age in Prolificacy Sheep. Research on Animal Production. 14(3), 70-79. doi:10.61186/rap.14.41.70 [In Persian] [DOI:10.61186/rap.14.41.70]
12. Moore, J. H., & Williams, S. M. (2005). Traversing the conceptual divide between biological and statistical epistasis: systems biology and a more modern synthesis. Bioessays, 27(6), 637-646. [DOI:10.1002/bies.20236]
13. Moradi, M. H., Nejati-Javaremi, A., Moradi-Shahrbabak, M., Dodds, K. G., & McEwan, J. C. (2012). Genomic scan of selective sweeps in thin and fat tail sheep breeds for identifying of candidate regions associated with fat deposition. BMC Genetics, 13, 1-15. [DOI:10.1186/1471-2156-13-10]
14. Moradi, M. H., Nejati-Javaremi, A., Moradi-Shahrbabak, M., Dodds, K. G., Brauning, R., & McEwan, J. C. (2022). Hitchhiking mapping of candidate regions associated with fat deposition in Iranian thin and fat tail sheep breeds suggests new insights into molecular aspects of fat tail selection. Animals, 12(11), 1423. [DOI:10.3390/ani12111423]
15. Papp, B., & Pál, C. (2011). Systems biology of epistasis: Shedding light on genetic interaction network "hubs". Cell Cycle, 10(21), 3623-3624. [DOI:10.4161/cc.10.21.17853]
16. Siemiatycki, J., & Thomas, D. C. (1981). Biological models and statistical interactions: an example from multistage carcinogenesis. International Journal of Epidemiology, 10(4), 383-387. [DOI:10.1093/ije/10.4.383]
17. Zhu, C., Li, N., Cheng, H., & Ma, Y. (2021). Genome wide association study for the identification of genes associated with tail fat deposition in Chinese sheep breeds. Biology Open, 10(5), bio054932. [DOI:10.1242/bio.054932]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
