Research on Animal Production

fa بررسی ساختار جمعیت اسب کاسپین در جمعیت‌های ایران و جهان با استفاده از اطلاعات شجره Exploring the Caspian Horse Population Structure in Iranian and Worldwide Populations using Pedigree Data ژنتیک و اصلاح نژاد دام ژنتیک و اصلاح نژاد دام پژوهشي Research <div style="text-align: justify;"> چکیده مبسوط مقدمه و هدف: بررسی تنوع ژنتیکی و ساختار جمعیتی توسط اطلاعات شجره‌ای و نشانگرهای مولکولی ‌می‌تواند الگوهای تفاوت ژنتیکی را که توسط روش‌های پرورشی در گذشته، جدایی جغرافیایی و انتخاب با واسطه انسان ایجاد شده‌اند را نشان دهد. اطلاعات از ساختار جمعیتی ‌می‌تواند برای اجرای برنامه‌های اصلاحی، حفاظتی، پرورشی و مدیریتی مورد استفاده قرار گیرد. یکی از ابزارهای مهم جهت بررسی ساختار جمعیت‌ها تجزیه و تحلیل اطلاعات شجره است، که برای شناسایی تنوع ژنتیکی و تغییرات ژنتیکی منتقل شده از نسلی به نسل دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین، تحلیل شجره قادر است تا برآوردی را از پارامترهای مهم جمعیت مانند افزایش هموزیگوسیتی و کاهش هتروزیگوسیتی، همخونی و اندازه موثر جمعیت ارائه دهد. با وجود مطالعات زیادی که در خصوص ساختار جمعیت اسب در دنیا با کمک اطلاعات شجره صورت گرفته &lrm;اند، اما گزارشات در این خصوص برای اسب‌های ایرانی تنها محدود به اسب اصیل ایرانی (عرب ایرانی) و ترکمن هستند. علاوه &lrm;بر این، اسب کاسپین یکی از مهم&lrm;ترین نژادهای بومی ایران است و به &lrm;عنوان یکی از قدیمی‌ترین نژادهای اسب در جهان شناخته می‌شود، اما مطالعه‌ای در خصوص ساختار جمعیت این نژاد با کمک اطلاعات شجره صورت نگرفته است. بنا بر این، در این پژوهش ساختار جمعیت اسب کاسپین با کمک دو منبع اطلاعاتی شامل شجره انجمن حفاظت از اسب کاسپین  (CCS)و انجمن جهانی کاسپین (ICS) بررسی شد. مواد و روش &lrm;ها: در این پژوهش، از اطلاعات 1034 و 2264 راس اسب ثبت &lrm;شده در شجره‌های CCS و ICS استفاده شد. پس از تصحیح خطاهای موجود در شجره‌ها، پارامترهای مهم جمعیتی برای هر یک از منابع اطلاعاتی به&lrm; صورت جداگانه محاسبه گردیدند. ابتدا با نرم &lrm;افزار CFC اطلاعات کلی از ساختار شجره‌های مورد مطالعه استخراج شد. همچنین، ضریب همخونی به کمک بسته نرم‌افزاری AGHmatrix در زبان برنامه&lrm;نویسی R در هر دو جمعیت برآورد شد و روند تغییرات آن طی سال‌های مختلف بررسی گردید. اندازه مؤثر جمعیت (Ne) در هر دو شجره براساس روش افزایش فردی در همخونی با کمک purgeR محاسبه گردید. برآورد Ne بر اساس دو حالت مختلف شامل حالت اول استفاده از تمام افراد موجود در شجره، و حالت دوم استفاده از تنها اسب‌هایی که زنده بودند، انجام شد. در ادامه به &lrm;وسیله همین بسته نرم‌افزاری تعداد افراد پایه‌گذار (Nf) و اجداد (Na)، تعداد معادل‌های ژنوم پایه‌گذار (Ng) و همچنین میزان انحراف از هاردی-واینبرگ برای هر دو شجره محاسبه شدند. فاصله نسل براساس میانگین سن والدین برای چهار مسیر انتخابی شامل: 1) سیلمی به کره نر، 2) سیلمی به کره ماده، 3) مادیان به کره نر، و 4) مادیان به کره ماده محاسبه شد. در نهایت، آماره شاخص کامل بودن شجره (PCI) به وسیله بسته نرم‌افزاری optiSel در زبان R برای هر دو شجره محاسبه شد.   یافته&lrm; ها: مقدار PCI محاسبه &lrm;شده براساس اطلاعات CCS و ICS به&lrm;ترتیب تا نسل 2 و 4  بالای 70% بود، اما در نسل‌های بعد مقدار آن کاهش بسیار زیادی نشان داد. مقادیر همخونی مشاهده شده برای کل جمعیت برابر 0/794 (برای CCS) و 4/373 درصد (برای ICS) برآورد گردیدند و روند تغییرات همخونی مشاهده شده در هر دو منبع اطلاعاتی مثبت بود. میزان همخونی مشاهده شده در شجره CCS کمتر از ICS برآورد گردید که دلیل اصلی آن ناقص بودن بیشتر اطلاعات شجره &lrm;ای در این منبع اطلاعاتی بود. به&lrm; طور &lrm;کلی، Ne محاسبه &lrm;شده برای هر دو شجره کمتر از 100 بود. همچنین، Ne در زمانی که از کل شجره استفاده گردید برای شجره ICS (68/33 ± 13/03) تقریبا دو برابر Ne برآورد شده برای شجره CCS (32/86 ± 0/88) بود. مقادیر Ne برآوردشده در حالتی که از اسب‌های زنده استفاده گردید، برای جمعیت‌های CCS و ICS به&lrm; ترتیب 66/43 ± 14/39 و 32/40 ± 0/93 برآورد شدند. در کل، مقادیر Ne برآوردشده با کمک اطلاعات شجره‌ای با برآوردهای انجام شده در مطالعات قبلی که با کمک اطلاعات ژنومی انجام شده بود، همخوانی نشان دادند. مقادیر Na و Nf محاسبه شده در دو شجره اختلاف بسیار زیادی را نشان دادند که نشان‌دهنده تاثیر نسبتا زیاد تنگه&lrm; های جمعیتی در گذشته &lrm;است. همچنین، با توجه به اختلاف بالای مشاهده شده بین g<m:r>N</m:r> (110/12 برای CCS و 13/25 برای ICS) و دیگر آماره‌ها شامل<m:r>Nf  </m:r> (333 برای CCS و 155 برای ICS) و <m:omath><m:ssub><m:e><m:r>Na</m:r></m:e><m:sub></m:sub></m:ssub></m:omath> (516 برای CCS و 996 برای ICS)، میزان تاثیر رانش ژنتیکی بر کاهش تنوع جمعیت نیز قابل&lrm; توجه بود. مقدار انحراف برآوردشده از تعادل هاردی-واینبرگ در دو شجره مثبت بود، که نشان از وجود مقدار کمی آمیزش جورشده مثبت بین افراد خویشاوند در هر دو شجره‌ است.</div> <div style="text-align: justify;">نتیجه‌گیری: با وجود این که خاستگاه این نژاد در ایران‌ است ولی شجره ثبتی دارای کیفیت کمتری نسبت به شجره جهانی آن است و نیاز جدی برای ثبت دقیق‌تر شجره در ایران‌ را نشان&lrm; می &lrm;دهد. با توجه به برآوردهای Ne می‌توان گفت که جمعیت اسب کاسپین در شرایط بحرانی است و باید در خصوص حفظ تنوع ژنتیکی این نژاد برنامه مشخصی طراحی گردد. نتایج بررسی ساختار جمعیت مرجع نشان می &lrm;دهند که با وجود تعداد کمتر اسب‌های ثبت &lrm;شده در شجره CCS، وضعیت تنوع ژنتیکی در جمعیت ایران بهتر است و‌ می‌توان از این منبع ژنتیکی برای بهبود شرایط اسب کاسپین در کل دنیا بهره جست. همچنین، وجود آمیزش‌های بین خویشاوندی‌ می‌تواند وضعیت موجود را بدتر کند که انجام یک برنامه تلاقی کنترل&lrm; شده برای کاهش آمیزش‌های خویشاوندی برای هر دو جمعیت‌ می‌تواند به&lrm; عنوان یک راه حل در نظر گرفته شود.</div>   <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Background: Investigating genetic diversity and the population structure using genealogical information and molecular markers can reveal patterns of genetic differences resulting from past breeding methods, geographic separation, and human-mediated selection. Understanding the population structure is crucial for implementing corrective, conservation, breeding, and management programs. One of the important tools for investigating the structure of populations is the analysis of pedigree information, which plays a pivotal role in identifying genetic diversity and tracking changes across generations. It also provides estimates of essential population parameters, including increasing homozygosity, decreasing heterozygosity, inbreeding, and effective population size. While numerous studies have explored the population structure of various horse breeds worldwide using pedigree information, research specific to Iranian horses has been limited to Iranian Asil (Iranian Arab) and Turkmen horses. Furthermore, the Caspian horse, recognized as one of Iran’s significant native breeds, holds the distinction of being one of the world’s oldest horse breeds. Surprisingly, despite its historical significance, no study has yet explored the population structure of this breed using pedigree information. In this research, this gap is addressed by examining the Caspian horse population structure based on two information sources: pedigree records from the Caspian Conservation Society (CCS) and the International Caspian Society (ICS). Methods: This study examined data from 1034 and 2264 horses registered in CCS and ICS pedigrees. After correcting errors in the pedigrees, important demographic parameters were calculated for each of the information sources separately. Initially, general information were extracted from the pedigrees using CFC software. Furthermore, inbreeding coefficients were estimated using the AGHmatrix package in the R programming language for both populations, and their changes were investigated over different years. The effective population size (Ne) in both pedigrees was calculated based on the method of individual increase in inbreeding using purgeR. The Ne was estimated using two distinct scenarios. All individuals in the pedigree were included in the first case, while the second case considered only the horses that were currently alive. Subsequently, the number of founders (Nf) and ancestors (Na), the number of founder genomes equivalents (Ng), and the deviation from Hardy-Weinberg were calculated for both pedigrees. The generation distance was calculated based on the average age of parents for four selected paths: 1) stallion to male foal, 2) stallion to female foal, 3) mare to male foal, and 4) mare to female foal. Finally, the pedigree completeness index (PCI) was calculated using the optiSel package in the R language for both pedigrees. Results: The value of PCI calculated based on CCS and ICS information was above 70% until the 2nd and 4th generations, respectively, but its value showed a great decrease in the later generations. The rate of inbreeding observed for the whole population was estimated at 0.794% (for CCS) and 4.373% (for ICS), and a positive trend of changes was observed in inbreeding in both sources of information. The estimated observed inbreeding in the CCS pedigree was lower than that in the ICS pedigree. This discrepancy can be attributed to the incomplete genealogical information available in the CCS data source. Overall, the Ne calculated for both pedigrees was less than 100. When considering the entire pedigree, the Ne for the ICS pedigree (68.33 ± 13.03) was nearly twice that estimated for the CCS pedigree (32.86 ± 0.88). The estimated Ne values for the CCS and ICS populations, considering only live horses, were 66.43 ± 14.39 and 32.40 ± 0.93, respectively. Notably, the Ne estimates based on genealogical information aligned with those from previous studies that utilized genomic data. The values of Na and Nf calculated in the two pedigrees showed a huge difference, which indicates the relatively strong influence of a population bottleneck in the past. Additionally, given the substantial differences observed in Ng (110.12 for CCS versus 13.25 for ICS) and other metrics, such as Nf (333 for CCS and 155 for ICS) and Na (516 for CCS and 996 for ICS), it is evident that genetic drift has significantly impacted reducing population diversity. The estimated deviation from the Hardy-Weinberg equilibrium was observed to be positive in two pedigrees, which indicates the presence of a small amount of positive mating between relatives in both pedigrees. Conclusion: Although the origin of this breed is in Iran, the registered genealogy was of lower quality than its international pedigree, indicating a serious need for more accurate genealogy registration in Iran. According to Ne's estimates, the Caspian horse population is in an endangered condition, and a specific program should be designed to conserve the genetic diversity of this breed. Despite the smaller number of horses registered in the CCS pedigree, the study of the reference population structure reveals that the genetic diversity is superior within the Iranian population. Consequently, this genetic resource holds promise for enhancing the overall condition of the Caspian horse worldwide. Moreover, the presence of inbreeding can worsen the existing situation; thus, a controlled breeding program to reduce inbreeding for both populations can be considered a solution.  </div> اسب کاسپین, آنالیز شجره, ساختار جمعیت, همخونی Caspian horse, Pedigree analysis, Population structure, Inbreeding 9 17 http://rap.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-1865-1&slc_lang=fa&sid=1 Seyedeh Fatemeh Mousavi سیده فاطمه موسوی mousavisfateme@gmail.com 100319475328460025710 100319475328460025710 No Department of Animal Science, Faculty of Agriculture Engineering, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران Hamid-Reza Seyedabadi حمیدرضا سید آبادی hseyedabady@gmail.com 100319475328460025711 100319475328460025711 No Department of Biotechnology, Animal Science Research Institute of Iran, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran بخش بیوتکنولوژی، موسسه تحقیقات علوم دامی کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران Ali Javanrouh علی جوانروح a.javanrouh@gmail.com 100319475328460025712 100319475328460025712 No Department of Animal Breeding and Genetic , Animal Science Research Institute of Iran, Agricultural Research, Education & Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran بخش ژنتیک و اصلاح نژاد دام و طیور، موسسه تحقیقات علوم دامی کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران Mahmoud Amiri Roudbar محمود امیری رودبار mahmood.amiri225@gmail.com 100319475328460025713 100319475328460025713 Yes Department of Animal Science, Safiabad-Dezful Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Dezful, Iran بخش علوم دامی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی صفی‌آباد-دزفول، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، دزفول، ایران