تابستان
برگشت به فهرست مقالات |
برگشت به فهرست نسخه ها
شاهرخ جلالی1، محسن قلی زاده*1 
، حسن حافظیان1
، حسن حافظیان1
1- گروه علوم دامی، دانشکده علوم دامی و شیلات، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران
چکیده: (942 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: صفات رشد از شاخصهای اقتصادی مهم در تولید دام محسوب میشوند و به طور مستقیم با تولید گوشت، بهرهوری منابع و سودآوری مرتبط هستند. در یاک که به نواحی مرتفع سازگار شده است، عملکرد رشد معمولاً تحت تأثیر شرایط سخت محیطی است. درک پایههای ژنتیکی صفات رشد میتواند بینشی را فراهم کند که به اصلاحنژاد مولکولی و افزایش بهره ژنتیکی کمک نماید. مطالعات ارتباط ژنومی (GWAS) ابزار مهمی برای شناسایی نواحی ژنومی مؤثر بر صفات اقتصادی دام و بهبود برنامههای اصلاحنژاد ژنومی هستند. با وجود این، این روش محدودیتهایی دارد چرا که هر نشانگر به تنهایی آزمون میشود و آستانههای آماری سختگیرانه باعث میشوند که بسیاری از واریانتهای علّی، به ویژه در صفات چند ژنی، شناسایی نشوند. در تراشههای با تراکم بالای SNP نیز ممکن است اثر یک ژن میان چندین نشانگر توزیع شود و هیچکدام به آستانه معنیداری نرسند. همچنین، پیوستگی ژنتیکی وسیع در دامها، تعیین دقیق جهشهای سببی را دشوارتر میکند. افزون بر این، GWAS تعامل واقعی ژنها در مسیرهای زیستی و شبکههای عملکردی را نادیده میگیرد و به دلیل ماهیت دو آللیSNPها، قادر به نمایش کامل اثر QTLهای چندآللی نیست. برای رفع این محدودیتها، پیشنهاد شده است که تحلیلها از سطح SNP فراتر روند و به سطح ژن یا مجموعه ژنی گسترش یابند. در این روش، ژنهایی که حامل SNPهای معنادار هستند و در یک مسیر زیستی یا فرایند مشترک قرار دارند، از نظر غنای آماری بررسی میشوند. این رویکرد میتواند توان شناسایی واریانتهای علّی را افزایش دهد و درک عمیقتری را از پایه ژنتیکی صفات کمی فراهم سازد. بر همین اساس، مطالعه حاضر با استفاده از دادههای ژنومی منتشر شده، به تحلیل عملکردی ژنهای کاندید مؤثر بر رشد در یاک و تفسیر بیولوژیکی نتایج GWAS پرداخت تا راهکارهای کاربردیتری برای اصلاحنژاد این گونه ارائه شوند. هدف این پژوهش، شناسایی جایگاههای ژنومی مرتبط با رشد پس از از شیرگیری در یاکهای نژاد آشیدان با استفاده از مطالعه ارتباط کل ژنوم (GWAS) و بررسی مسیرهای عملکردی از طریق تحلیل غنای ژنی بود.
مواد و روشها: در این مطالعه، از دادههای منتشر شده مربوط به ۳۵۴ رأس یاک ماده آشیدان استفاده شد. ژنوتیپگیری با استفاده از تراشه Illumina BovineHD BeadChip شامل 777,962 نشانگر SNP انجام شد. کنترل کیفیت دادهها در نرمافزار PLINK صورت گرفت. به این صورت که نشانگرهایی با بیش از 0.05 از دست رفته، فراوانی آلل فرعی (MAF) کمتر از 0.05، یا انحراف معنیدار از تعادل هاردی-واینبرگ (<1e-6P) و افراد با بیش از 0.05 از دست رفته حذف شدند. برای برآورد ژنوتیپهای مفقود از الگوریتم LD-kNNi در نرمافزار TASSEL استفاده شد. ساختار جمعیت با تحلیل مؤلفههای اصلی در نرمافزار (PCA) TASSEL بررسی شد و پنج مؤلفه نخست به عنوان متغیر کمکی در مدل خطی مختلط لحاظ شدند. تحلیل GWAS با مدل خطی مختلط (MLM) در TASSEL v5.2 انجام شد که ماتریس خویشاوندی (K) و ساختار جمعیتی (Q) را در نظر میگرفت. به منظور شناسایی مسیرهای بیولوژیکی مرتبط با نرخ رشد در یاک، تجزیه و تحلیل هستیشناسی ژن (GO) نیز انجام شد. در این بخش، از تمام ژنهایی که در فاصله ±15kb از SNPهای دارای 0.05>P قرار داشتند استفاده شد. استخراج موقعیت ژنی اینSNPها نیز با مراجعه به نسخه ژنومی Bos taurus UMD3.1 انجام گرفت. فهرست ژنهای شناسایی شده به ابزار آنلاینg:Profiler منتقل شد و تحلیل غنیسازی در سه دسته هستیشناسی ژن شامل فرایندهای زیستی(BP)، عملکرد مولکولی (MF)، و جزء سلولی (CC) و نیز مسیرهایKEGG صورت گرفت. سطوح معنیداری مسیرها بر اساس 0.05>P تصحیح شده گزارش شدند.
یافتهها: با کنترل کیفیت دادههای ژنومی با استفاده از نرمافزار PLINK، یک نمونه به دلیل کیفیت پایین ژنوتایپ حذف گردید و در نهایت ۳۵۳ فرد باقی ماندند. از مجموع نشانگرها، ۲۵۴۰ SNP به دلیل درصد بالای دادههای گمشده، ۶۵۱۲۲ SNP به دلیل MAF پایین، و ۴ نشانگر به دلیل انحراف از تعادل هاردی-واینبرگ حذف شدند. در نهایت، ۳۲۵۷۳ نشانگر با کیفیت بالا برای تحلیلهای بعدی باقی ماندند. میانگین نرخ ژنوتایپ در افراد باقیمانده برابر با 6/99 درصد بود. برای صفت اول (نرخ رشد از ۶ تا ۱۲ ماهگی) هیچ ناحیه ژنومی در سطح معنیداری ژنومی (P<1.5×10⁻⁶) شناسایی نشد. در مقابل، برای صفت دوم (نرخ رشد از ۶ تا ۳۰ ماهگی)، تعداد 22 SNP معنیدار (P<1.5×10⁻⁶) روی کروموزوم ۱ شناسایی گردیدند. قویترین سیگنالها در بازه 1/8 تا 2/1 مگاباز ظاهر شدند. در این ناحیه، ژن C1H21orf62 به عنوان کاندید اصلی معرفی شد که دربرگیرنده چندین SNP معنیدار بود. علاوه بر این، در بخش پایین دست همین منطقه، ژنهایGCFC و SYNJ1 نیز شناسایی شدند. برای صفت سوم (نرخ رشد از ۱۲ تا ۳۰ ماهگی) نیز یک ناحیه بسیار معنیدار بر روی کروموزوم ۱ آشکار شد. تمامSNPهای معنیدار در این صفت در بازه مشابهی با صفت دوم قرار داشتند و همگی با ژن C1H21orf62 در ارتباط بودند. تحلیل عملکرد مولکولی نشان داد که ژنهای شناسایی شده در ارتباط با رشد یاک بهطور معنیداری در دستههای متعددی غنی شدند. مهمترین این دستهها در سطح عملکرد مولکولی شامل اتصال یونها (GO:0043167)، اتصال مولکولهای کوچک (GO:0036094)، فعالیت ناقل غشایی (GO:0022857)، فعالیت موتور سیتواسکلتی (GO:0003774)، و فعالیت هیدرولازی (GO:0016787) بودند. در سطح فرایندهای زیستی، ژنهای کاندید رشد در گروههای اصلی، از جمله چسبندگی سلولی (GO:0007155)، انتقال یونهای ساده (GO:0006811) و رشد و تکوین سیستم عصبی (GO:0007399) غنی بودند. در بخش جزء سلولی، ژنها بهطور برجستهای در پیوندگاههای سلولی (GO:0030054) پیرامون سلول (GO:0071944) و غشای پلاسمایی (GO:0005886) غنی شدند. بررسی مسیرهای زیستی در KEGG نشان داد که ژنهای شناسایی شده به طور عمده در مسیرهای پروتئینهای حرکتی (KEGG:04814) مشارکت داشتند.
نتیجهگیری: این مطالعهSNPها و نواحی ژنومی معناداری را در ارتباط با صفات رشد پس از ازشیرگیری در یاک آشیدان شناسایی کرد. در حالیکه رشد اولیه (۶ تا ۱۲ ماه) فاقد ارتباط ژنومی معنادار بود، بازههای طولانیتر (۶ تا۳۰ و ۱۲ تا۳۰ ماه) چندین جایگاه و مسیر زیستی کلیدی را آشکار ساختند. ترکیب ژنوتیپگیری با تراکم بالا، برآورد دادههای مفقود، مدلهای خطی مختلط و تحلیل غنای ژنی، تصویری جامع را از معماری ژنتیکی رشد در یاک فراهم کردند. این یافتهها پایه ارزشمندی برای مطالعات مولکولی آینده هستند و نشانگرهای عملی را برای برنامههای اصلاح نژادی و انتخاب در یاک ارائه میدهند.
مقدمه و هدف: صفات رشد از شاخصهای اقتصادی مهم در تولید دام محسوب میشوند و به طور مستقیم با تولید گوشت، بهرهوری منابع و سودآوری مرتبط هستند. در یاک که به نواحی مرتفع سازگار شده است، عملکرد رشد معمولاً تحت تأثیر شرایط سخت محیطی است. درک پایههای ژنتیکی صفات رشد میتواند بینشی را فراهم کند که به اصلاحنژاد مولکولی و افزایش بهره ژنتیکی کمک نماید. مطالعات ارتباط ژنومی (GWAS) ابزار مهمی برای شناسایی نواحی ژنومی مؤثر بر صفات اقتصادی دام و بهبود برنامههای اصلاحنژاد ژنومی هستند. با وجود این، این روش محدودیتهایی دارد چرا که هر نشانگر به تنهایی آزمون میشود و آستانههای آماری سختگیرانه باعث میشوند که بسیاری از واریانتهای علّی، به ویژه در صفات چند ژنی، شناسایی نشوند. در تراشههای با تراکم بالای SNP نیز ممکن است اثر یک ژن میان چندین نشانگر توزیع شود و هیچکدام به آستانه معنیداری نرسند. همچنین، پیوستگی ژنتیکی وسیع در دامها، تعیین دقیق جهشهای سببی را دشوارتر میکند. افزون بر این، GWAS تعامل واقعی ژنها در مسیرهای زیستی و شبکههای عملکردی را نادیده میگیرد و به دلیل ماهیت دو آللیSNPها، قادر به نمایش کامل اثر QTLهای چندآللی نیست. برای رفع این محدودیتها، پیشنهاد شده است که تحلیلها از سطح SNP فراتر روند و به سطح ژن یا مجموعه ژنی گسترش یابند. در این روش، ژنهایی که حامل SNPهای معنادار هستند و در یک مسیر زیستی یا فرایند مشترک قرار دارند، از نظر غنای آماری بررسی میشوند. این رویکرد میتواند توان شناسایی واریانتهای علّی را افزایش دهد و درک عمیقتری را از پایه ژنتیکی صفات کمی فراهم سازد. بر همین اساس، مطالعه حاضر با استفاده از دادههای ژنومی منتشر شده، به تحلیل عملکردی ژنهای کاندید مؤثر بر رشد در یاک و تفسیر بیولوژیکی نتایج GWAS پرداخت تا راهکارهای کاربردیتری برای اصلاحنژاد این گونه ارائه شوند. هدف این پژوهش، شناسایی جایگاههای ژنومی مرتبط با رشد پس از از شیرگیری در یاکهای نژاد آشیدان با استفاده از مطالعه ارتباط کل ژنوم (GWAS) و بررسی مسیرهای عملکردی از طریق تحلیل غنای ژنی بود.
مواد و روشها: در این مطالعه، از دادههای منتشر شده مربوط به ۳۵۴ رأس یاک ماده آشیدان استفاده شد. ژنوتیپگیری با استفاده از تراشه Illumina BovineHD BeadChip شامل 777,962 نشانگر SNP انجام شد. کنترل کیفیت دادهها در نرمافزار PLINK صورت گرفت. به این صورت که نشانگرهایی با بیش از 0.05 از دست رفته، فراوانی آلل فرعی (MAF) کمتر از 0.05، یا انحراف معنیدار از تعادل هاردی-واینبرگ (<1e-6P) و افراد با بیش از 0.05 از دست رفته حذف شدند. برای برآورد ژنوتیپهای مفقود از الگوریتم LD-kNNi در نرمافزار TASSEL استفاده شد. ساختار جمعیت با تحلیل مؤلفههای اصلی در نرمافزار (PCA) TASSEL بررسی شد و پنج مؤلفه نخست به عنوان متغیر کمکی در مدل خطی مختلط لحاظ شدند. تحلیل GWAS با مدل خطی مختلط (MLM) در TASSEL v5.2 انجام شد که ماتریس خویشاوندی (K) و ساختار جمعیتی (Q) را در نظر میگرفت. به منظور شناسایی مسیرهای بیولوژیکی مرتبط با نرخ رشد در یاک، تجزیه و تحلیل هستیشناسی ژن (GO) نیز انجام شد. در این بخش، از تمام ژنهایی که در فاصله ±15kb از SNPهای دارای 0.05>P قرار داشتند استفاده شد. استخراج موقعیت ژنی اینSNPها نیز با مراجعه به نسخه ژنومی Bos taurus UMD3.1 انجام گرفت. فهرست ژنهای شناسایی شده به ابزار آنلاینg:Profiler منتقل شد و تحلیل غنیسازی در سه دسته هستیشناسی ژن شامل فرایندهای زیستی(BP)، عملکرد مولکولی (MF)، و جزء سلولی (CC) و نیز مسیرهایKEGG صورت گرفت. سطوح معنیداری مسیرها بر اساس 0.05>P تصحیح شده گزارش شدند.
یافتهها: با کنترل کیفیت دادههای ژنومی با استفاده از نرمافزار PLINK، یک نمونه به دلیل کیفیت پایین ژنوتایپ حذف گردید و در نهایت ۳۵۳ فرد باقی ماندند. از مجموع نشانگرها، ۲۵۴۰ SNP به دلیل درصد بالای دادههای گمشده، ۶۵۱۲۲ SNP به دلیل MAF پایین، و ۴ نشانگر به دلیل انحراف از تعادل هاردی-واینبرگ حذف شدند. در نهایت، ۳۲۵۷۳ نشانگر با کیفیت بالا برای تحلیلهای بعدی باقی ماندند. میانگین نرخ ژنوتایپ در افراد باقیمانده برابر با 6/99 درصد بود. برای صفت اول (نرخ رشد از ۶ تا ۱۲ ماهگی) هیچ ناحیه ژنومی در سطح معنیداری ژنومی (P<1.5×10⁻⁶) شناسایی نشد. در مقابل، برای صفت دوم (نرخ رشد از ۶ تا ۳۰ ماهگی)، تعداد 22 SNP معنیدار (P<1.5×10⁻⁶) روی کروموزوم ۱ شناسایی گردیدند. قویترین سیگنالها در بازه 1/8 تا 2/1 مگاباز ظاهر شدند. در این ناحیه، ژن C1H21orf62 به عنوان کاندید اصلی معرفی شد که دربرگیرنده چندین SNP معنیدار بود. علاوه بر این، در بخش پایین دست همین منطقه، ژنهایGCFC و SYNJ1 نیز شناسایی شدند. برای صفت سوم (نرخ رشد از ۱۲ تا ۳۰ ماهگی) نیز یک ناحیه بسیار معنیدار بر روی کروموزوم ۱ آشکار شد. تمامSNPهای معنیدار در این صفت در بازه مشابهی با صفت دوم قرار داشتند و همگی با ژن C1H21orf62 در ارتباط بودند. تحلیل عملکرد مولکولی نشان داد که ژنهای شناسایی شده در ارتباط با رشد یاک بهطور معنیداری در دستههای متعددی غنی شدند. مهمترین این دستهها در سطح عملکرد مولکولی شامل اتصال یونها (GO:0043167)، اتصال مولکولهای کوچک (GO:0036094)، فعالیت ناقل غشایی (GO:0022857)، فعالیت موتور سیتواسکلتی (GO:0003774)، و فعالیت هیدرولازی (GO:0016787) بودند. در سطح فرایندهای زیستی، ژنهای کاندید رشد در گروههای اصلی، از جمله چسبندگی سلولی (GO:0007155)، انتقال یونهای ساده (GO:0006811) و رشد و تکوین سیستم عصبی (GO:0007399) غنی بودند. در بخش جزء سلولی، ژنها بهطور برجستهای در پیوندگاههای سلولی (GO:0030054) پیرامون سلول (GO:0071944) و غشای پلاسمایی (GO:0005886) غنی شدند. بررسی مسیرهای زیستی در KEGG نشان داد که ژنهای شناسایی شده به طور عمده در مسیرهای پروتئینهای حرکتی (KEGG:04814) مشارکت داشتند.
نتیجهگیری: این مطالعهSNPها و نواحی ژنومی معناداری را در ارتباط با صفات رشد پس از ازشیرگیری در یاک آشیدان شناسایی کرد. در حالیکه رشد اولیه (۶ تا ۱۲ ماه) فاقد ارتباط ژنومی معنادار بود، بازههای طولانیتر (۶ تا۳۰ و ۱۲ تا۳۰ ماه) چندین جایگاه و مسیر زیستی کلیدی را آشکار ساختند. ترکیب ژنوتیپگیری با تراکم بالا، برآورد دادههای مفقود، مدلهای خطی مختلط و تحلیل غنای ژنی، تصویری جامع را از معماری ژنتیکی رشد در یاک فراهم کردند. این یافتهها پایه ارزشمندی برای مطالعات مولکولی آینده هستند و نشانگرهای عملی را برای برنامههای اصلاح نژادی و انتخاب در یاک ارائه میدهند.
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
