تابستان
برگشت به فهرست مقالات |
برگشت به فهرست نسخه ها
1- گروه علوم دامی، دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری
2- پژوهشگر، مرکز ایمنی و ایمونوتراپی، موسسه تحقیقات کودکان سیاتل، سیاتل، ایالات متحده آمریکا
2- پژوهشگر، مرکز ایمنی و ایمونوتراپی، موسسه تحقیقات کودکان سیاتل، سیاتل، ایالات متحده آمریکا
چکیده: (43 مشاهده)
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 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 بهتنهایی آزمون میشود و آستانههای آماری سختگیرانه باعث میشود بسیاری از واریانتهای علّی، بهویژه در صفات چندژنی، 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 دوآللی SNPها، قادر به نمایش کامل اثر QTLهای چندآللی نیست. برای رفع این محدودیتها، پیشنهاد شده است که تحلیلها از سطح SNP فراتر رفته و به سطح ژن یا مجموعه ژنی گسترش یابد. 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 داده و درک عمیقتری از پایه ژنتیکی صفات کمی فراهم سازد. بر همین اساس، مطالعه حاضر با استفاده از دادههای ژنومی منتشرشده، به تحلیل عملکردی ژنهای کاندید مؤثر بر رشد در یاک و تفسیر بیولوژیکی نتایج GWAS پرداخت تا راهکارهای کاربردیتری برای اصلاحنژاد این گونه ارائه شود. 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 منتشرشده مربوط به ۳۵۴ رأس یاک ماده آشیدان استفاده شد. ژنوتیپگیری با استفاده از تراشه Illumina BovineHD BeadChip شامل 777,962 نشانگر SNP انجام شده بود. کنترل کیفیت دادهها در نرمافزار PLINK صورت گرفت. به این صورت که، نشانگرهایی با بیش از ۰٫۰۵ از دسترفته، فراوانی آلل فرعی (MAF) کمتر از ۰٫۰۵، یا انحراف معنیدار از تعادل هاردی–واینبرگ (p<1e-6) و افراد با بیش از ۰٫۰۵ از دسترفته حذف شدند. برای برآورد ژنوتیپهای مفقود از الگوریتم LD-kNNi در نرمافزار TASSEL استفاده شد. ساختار جمعیت با تحلیل مؤلفههای اصلی در نرمافزار TASSEL (PCA) بررسی شد و پنج مؤلفه نخست بهعنوان 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. بهمنظور شناسایی مسیرهای بیولوژیکی مرتبط با نرخ رشد در یاک، اجزیه و تحلیل هستی شناسی ژن (GO) نیز انجام شد. در این بخش، از تمامی ژنهایی که در فاصله ±15kb از SNPهای دارای p-value < 0.05 قرار داشتند استفاده شد. استخراج موقعیت ژنی این SNPها نیز با مراجعه به نسخه ژنومی Bos taurus UMD3.1 انجام گرفت. فهرست ژنهای شناساییشده به ابزار آنلاین g:Profiler منتقل شد و تحلیل غنیسازی در سه دسته هستی شناسی ژن شامل فرایندهای زیستی(BP)، عملکرد مولکولی (MF)، و جزء سلولی(CC) و نیز مسیرهای KEGG صورت گرفت. سطوح معنیداری مسیرها بر اساس p-value < 0.05 تصحیح شده گزارش شدند.
یافتهها:
با کنترل کیفیت دادههای ژنومی با استفاده از نرم افزار PLINK، یک نمونه بهدلیل 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. بنابراین، در نهایت ۳۲۵۷۳ نشانگر با کیفیت بالا برای تحلیلهای بعدی باقی ماند. 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 SNPهای معنیدار
(p < 1.5×10⁻⁶) روی کروموزوم ۱ شناسایی گردیدند. قویترین سیگنالها در بازه 8/1 تا 1/2 مگاباز ظاهر شدند. در این ناحیه، ژن C1H21orf62 بعنوان کاندید اصلی معرفی شد که در دربرگیرنده چندین SNP معنیدار بود. علاوه بر این، در بخش پاییندست همین منطقه، ژنهای GCFC 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. تمامی SNPهای 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 شناساییشده 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)، فعالیت هیدرولازی (GO:0016787) بودنذ. در سطح فرایندهای زیستی، ژنهای کاندید رشد در گروههای اصلی از جمله چسبندگی سلولی (GO:0007155)، انتقال یونهای ساده (GO:0006811)، 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 شناساییشده بهطور عمده در مسیرهای پروتئینهای حرکتی (KEGG:04814)مشارکت دارند.
نتیجهگیری: این مطالعه SNPها و نواحی ژنومی معناداری را در ارتباط با صفات رشد پس از از شیرگیری در یاک آشیدان شناسایی کرد. در حالی که رشد اولیه (۶–۱۲ ماه) فاقد ارتباط ژنومی معنادار بود، بازههای طولانیتر (۶–۳۰ و ۱۲–۳۰ ماه) چندین جایگاه و مسیر زیستی کلیدی را آشکار ساخت. ترکیب ژنوتیپگیری با تراکم بالا، برآورد دادههای مفقود، مدلهای خطی مختلط و تحلیل غنای ژنی، تصویری جامع از معماری ژنتیکی رشد در یاک فراهم کرد. این یافتهها پایه ارزشمندی برای مطالعات مولکولی آینده بوده و نشانگرهای عملی برای برنامههای اصلاحنژادی و انتخاب در یاک ارائه میدهند.
مواد و روشها: در این مطالعه از دادههای منتشرشده مربوط به ۳۵۴ رأس یاک ماده آشیدان استفاده شد. ژنوتیپگیری با استفاده از تراشه Illumina BovineHD BeadChip شامل 777,962 نشانگر SNP انجام شده بود. کنترل کیفیت دادهها در نرمافزار PLINK صورت گرفت. به این صورت که، نشانگرهایی با بیش از ۰٫۰۵ از دسترفته، فراوانی آلل فرعی (MAF) کمتر از ۰٫۰۵، یا انحراف معنیدار از تعادل هاردی–واینبرگ (p<1e-6) و افراد با بیش از ۰٫۰۵ از دسترفته حذف شدند. برای برآورد ژنوتیپهای مفقود از الگوریتم LD-kNNi در نرمافزار TASSEL استفاده شد. ساختار جمعیت با تحلیل مؤلفههای اصلی در نرمافزار TASSEL (PCA) بررسی شد و پنج مؤلفه نخست بهعنوان 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. بهمنظور شناسایی مسیرهای بیولوژیکی مرتبط با نرخ رشد در یاک، اجزیه و تحلیل هستی شناسی ژن (GO) نیز انجام شد. در این بخش، از تمامی ژنهایی که در فاصله ±15kb از SNPهای دارای p-value < 0.05 قرار داشتند استفاده شد. استخراج موقعیت ژنی این SNPها نیز با مراجعه به نسخه ژنومی Bos taurus UMD3.1 انجام گرفت. فهرست ژنهای شناساییشده به ابزار آنلاین g:Profiler منتقل شد و تحلیل غنیسازی در سه دسته هستی شناسی ژن شامل فرایندهای زیستی(BP)، عملکرد مولکولی (MF)، و جزء سلولی(CC) و نیز مسیرهای KEGG صورت گرفت. سطوح معنیداری مسیرها بر اساس p-value < 0.05 تصحیح شده گزارش شدند.
یافتهها:
با کنترل کیفیت دادههای ژنومی با استفاده از نرم افزار PLINK، یک نمونه بهدلیل 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. بنابراین، در نهایت ۳۲۵۷۳ نشانگر با کیفیت بالا برای تحلیلهای بعدی باقی ماند. 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 SNPهای معنیدار
(p < 1.5×10⁻⁶) روی کروموزوم ۱ شناسایی گردیدند. قویترین سیگنالها در بازه 8/1 تا 1/2 مگاباز ظاهر شدند. در این ناحیه، ژن C1H21orf62 بعنوان کاندید اصلی معرفی شد که در دربرگیرنده چندین SNP معنیدار بود. علاوه بر این، در بخش پاییندست همین منطقه، ژنهای GCFC 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. تمامی SNPهای 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 شناساییشده 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)، فعالیت هیدرولازی (GO:0016787) بودنذ. در سطح فرایندهای زیستی، ژنهای کاندید رشد در گروههای اصلی از جمله چسبندگی سلولی (GO:0007155)، انتقال یونهای ساده (GO:0006811)، 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 شناساییشده بهطور عمده در مسیرهای پروتئینهای حرکتی (KEGG:04814)مشارکت دارند.
نتیجهگیری: این مطالعه SNPها و نواحی ژنومی معناداری را در ارتباط با صفات رشد پس از از شیرگیری در یاک آشیدان شناسایی کرد. در حالی که رشد اولیه (۶–۱۲ ماه) فاقد ارتباط ژنومی معنادار بود، بازههای طولانیتر (۶–۳۰ و ۱۲–۳۰ ماه) چندین جایگاه و مسیر زیستی کلیدی را آشکار ساخت. ترکیب ژنوتیپگیری با تراکم بالا، برآورد دادههای مفقود، مدلهای خطی مختلط و تحلیل غنای ژنی، تصویری جامع از معماری ژنتیکی رشد در یاک فراهم کرد. این یافتهها پایه ارزشمندی برای مطالعات مولکولی آینده بوده و نشانگرهای عملی برای برنامههای اصلاحنژادی 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. |
