Research on Animal Production

fa مطالعه بیوانفورماتیکی ژنوم میتوکندری در دو زیرگونه گاو هلشتاین (Bos taurus) و کلیستانی (Bos indicus) با استفاده از داده های RNA-Seq Bioinformatics Study of mtDNA Genes in Two Subspecies of Holstein (Bos taurus) and Cholistani (Bos indicus) Cattle Using RNA-Seq Data ژنتیک و اصلاح نژاد دام ژنتیک و اصلاح نژاد دام پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: ظهور نسل جدید توالییابی ترانسکریپتوم به بهبود صحت کلی پیشبینی بیان ژنهای مختلف با استفاده از توالیهای کوتاه RNA-Seq کمک کرده است.این فناوری میتواند یک دیدگاه جامعتری نسبت به ژنومیک عملکردی در بسیاری از گونهها با یک توالی ژن منحصر به فرد داشته باشد. هدف از انجام تحقیق حاضر بررسی دلایل ساختاری بیان متفاوت ژن های میتوکندری در دو زیرگونه گاو هلشتاین و کلیستانی شامل ژن های ND3، ND4، ND4L،ND5  و ND6 بود که در فرآیندهای مهمی از جمله متابولیسم انرژی در مقابله با تنش های زیستی و غیرزیستی و نیز مقاومت به بیماری نقش دارند. مواد و روشها: در این مطالعه از داده های RNA-Seq مربوط به ادغام 40 نمونه از مرکز گاو شیری دانشگاه ویسکانسین آمریکا (Bos taurus) و 45 گاو ماده کلیستانی (Bos indicus) در مزرعه گوجایتپیر شهر باهاوالپور واقع در ایالت پنجاب پاکستان استفاده شد. برای انجام این مطالعه جهت بررسی سطح پوشش ترانسکریپتومی و اختلافات ژنتیکی در بین پنج ژن میتوکندری که شامل نواحی چندشکلی، نواحی حذف و اضافه، نواحی اتصال  و درصد انواع جایگزینیهای نوکلئوتیدی انتقالی و تقاطعی از نرم افزارهای IGB،  MEGA6و DnaSPV.5 استفاده شد. یافتهها: بیشترین ناحیه و طول حذف در تمام ژن‌های مورد مطالعه مربوط به ژنوم هلشتاین و بیشترین طول و ناحیه اتصال مربوط به گاو کلیستانی بود. بیشترین تعداد نواحی حذف در گاوهای هلشتاین و کلیستانی مربوط به ژن ND4 به ترتیب با 74 و 66 نقطه و کمترین نواحی حذف مربوط به ND4L به ترتیب با 9 و 4 ناحیه حذف بودند. ژنهای ND4 و ND4L هیچ ناحیه اتصال نداشتند، اما ژن های ND5 و ND6 در دو  نژاد هلشتاین و کلیستانی بهترتیب با 1 و 2 ناحیه اتصال موجب افزایش ژنوم به ترتیب با طول 11 و 22 جفت باز شدند. بالاترین سطح پوشش ترانسکریپتومی در ژن های ND3 و ND4 و کمترین پوشش در جایگاه ژن ND6 مشاهده شد. تعداد نواحی چندشکل در جایگاه ND5 بیشتر از سایر ژن ها و برابر با 38 ناحیه چندشکلی بود. همچنین، نتایج نشان داد که درصد جانشینی انتقالی در بازها بیشتر از جانشینی تقاطعی هست که می تواند دلیل پایداری تغییرات در طی تکامل باشند. بنابراین، برخی از دلایل ساختاری ژن های میتوکندری که در دو زیرگونه هلشتاین و کلیستانی بیان متفاوت داشتند، می تواند مربوط به حذف و اضافه، نواحی چندشکلی، سطح پوشش ترانسکریپتومی و نوع و میزان جایگزینی های انتقالی و تقاطعی باشند که در طی تکامل دو زیرگونه بوجود آمده است. نتیجهگیری: انتخاب شدید برای تولید شیر در گاوهای هلشتاین نسبت به نژاد کلیستانی منجر به کاهش طول ژنوم میتوکندری و تغییرات در ساختار نوکلئوتیدی برخی ژن های میتوکندری شده که نتیجه آن تغییر بیان ژن ها و عکس العمل متفاوت به شرایط متفاوت محیطی می باشد.</div>   <pre style="text-align: justify;"> Extended Abstract Introduction and Objective: The advent of the new generation of transcriptome sequencing has helped to improve the overall accuracy of different gene expression predictions using short RNA-Seq sequences. This technology can provide a more comprehensive view of functional genomics in many species with a unique gene sequence. The aim of this study was to investigate the structural reasons for different expression of mitochondrial genes in two subspecies of Holstein and Cholistani cattle, including ND3, ND4, ND4L, ND5 and ND6 genes, which are involved in important processes such as energy metabolism against stress. Biological and non-biological as well as disease resistance are involved. Material and Methods: In this study, RNA-Seq data were used to integrate 40 samples from the University of Wisconsin Dairy Cattle Center (Bos taurus) and 45 Christian cows (Bos indicus) at the Gujaratpir farm in Bahawalpur, Punjab, Pakistan. IGB, MEGA6 and DnaSPV.5 software were used to investigate the level of transcriptome coverage and genetic differences among the five mitochondrial genes, which included polymorphic regions, deletion and addition regions, binding regions and the percentage of transitional and transversional nucleotide substitutions. Results: The highest deletion region and length in all studied genes was related to Holstein genome and the highest length and binding region was related to Cholistani cattle. The highest number of deletions in Holstein and Cleistani cows were related to ND4 gene with 74 and 66 points, respectively, and the lowest deletions were related to ND4L with 9 and 4 deletion sites, respectively. The ND4 and ND4L genes had no binding regions, but the ND5 and ND6 genes in the Holstein and Cleistian breeds with 1 and 2 binding regions increased the genome by 11 and 22 bp, respectively. The highest level of transcriptome coverage was observed in ND3 and ND4 genes and the lowest level was observed in ND6 gene locus. The number of polymorphic regions in ND5 locus was more than other genes and equal to 38 polymorphic regions. The results also showed that the percentage of transitional substitution in bases is higher than transversional substitution which can be the reason for the stability of changes during evolution. Therefore, some of the structural reasons for mitochondrial genes that were expressed differently in both Holstein and Cholistani subspecies could be related to deletion and addition, polymorphic regions, transcriptome coverage level, and type and amount of transitional and intersecting substitutions during the evolution of the two subspecies. Conclusion: Intense selection for milk production in Holstein cows compared to the Cholistani breed has led to a reduction in the length of the mitochondrial genome and changes in the nucleotide structure of some mitochondrial genes, resulting in altered gene expression and different responses to different environmental conditions.</pre> <pre>   </pre> بیان ژن, پوشش ترانسکریپتومی, حذف و اضافه, کلیستانی, هلشتاین Addition and deletion, Cholistani, Gene Expression, Holstein, Transcriptome Coverage 172 184 http://rap.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-458-9&slc_lang=fa&sid=1 Ahmad Tamroosi احمد تمروسی ahmadtamroosi@gmail.com 100319475328460017148 100319475328460017148 No University of Zabol گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران Gholam Reza Dashab غلامرضا داشاب dashab@uoz.ac.ir 100319475328460017149 100319475328460017149 Yes University of Zabol گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران Mohammad Hossein Banabazi محمد حسین بناء بازی hossein.banabazi@gmail.com 100319475328460017150 100319475328460017150 No Animal Science Research Institute of Iran بخش پژوهشهای بیوتکنولوژی، موسسه تحقیقات علوم دامی کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج Ali Maghsoudi علی مقصودی alimaghsouditmu@gmail.com 100319475328460017151 100319475328460017151 No University of Zabol گروه علوم دامی و بیوانفورماتیک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران