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. شناسایی واریانت‎‌های مهم ژن‎‌های کد‎کننده آنزیم ATPase و سیتوکروم b ژنوم میتوکندری در گاوهای هلشتاین و کلیستانی پژوهشهاي توليدات دامي 1404; 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:   (517 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 1214 kb]   (13 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

© 2025 CC BY-NC 4.0 | Research On Animal Production

Designed & Developed by : Yektaweb