Research on Animal Production

fa شناسایی جایگاه‌های تحت انتخاب به‌وسیله‌ی ترکیب روش‌های مختلف در اسب‌های تروبرد و ترکمن Identification of Loci under Selection by Combining Different Methods in Thoroughbred and Turkmen Horses ژنتیک و اصلاح نژاد طیور ژنتیک و اصلاح نژاد طیور پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: در سال‌های اخیر، دسترسی وسیع به داده‌های چند‌شکلی مولکولی، توجه به شناسایی الگوهای درون ژنوم که نشان‌دهنده انتخاب‌های مثبتی به‌وقوع پیوسته در جمعیت‌ها است را افزایش داده‌است. دیدگاه کلیدی در این خصوص پدیده انتقال همراه می‌باشد. هنگامی‌که یک آلل سودمند در طی زمان‌های مختلف هدف انتخاب مثبت قرار می‌گیرد، باعث ایجاد نشانه‌هایی در سطح ژنوم می‌گردد که این نشانه‌ها با روش‌های مختلف قابل شناسایی و پیگیری می‌باشند. فراتحلیل روش‌های مختلف نشانه‌های انتخاب در سطح ژنوم می‌تواند به پیگیری و شناسایی بسیار دقیق‌تر این نشانه‌ها منجر شود چراکه هر کدام از روش‌های مختلف شناسایی نشانه‌های انتخاب، معیارهای متفاوتی را برای پیگیری نشانه‌ها در ژنوم موجودات دنبال می‌کنند.  در واقع هدف از انجام روش‌های مختلف شناسایی نشانه‌های انتخاب، بهبود مرحله کشف و شناسایی با استفاده از ترکیب اطلاعات و افزایش صحت و دقت نتایج است. مواد و روش‌ها: تعداد نمونه‌ها در این مطالعه شامل 111 راس از اسب‌های نژاد تروبرد و ترکمن (به‌ترتیب با تعداد 44 و 67 راس) بود. نمونه‌های خون از رگ‌های وداجی و زیردمی اسب تهیه شد. در این پژوهش از داده‌های چند‌شکلی تک نوکئوتیدی  (SNP chips, 60k)استفاده شد. تعیین ژنوتایپ نمونه‌ها با استفاده از آرایه‌های 60 K مربوط به شرکت Illumina در دانشگاه کنتاکی انجام شد. برای اطمینان از کیفیت داده‌های ژنومی تعیین ژنوتایپ شده آنالیز‌های کنترل کیفیت با یک‌سری فیلترها شاملMAF، SNP-CR، Animal-CR، آزمونHWE  انجام شد. به‌دلیل اینکه یکی از مباحث مهم در بحث نشانه‌های انتخاب در نظر گرفتن زیر جمعیت‌های هر نژاد می‌باشد، مولفه اصلی در این بخش بر اساس ماتریس خویشاوندی به‌دست‌آمد. آنالیز مؤلفه‌های اصلی در محیط R صورت گرفت. در این پژوهش به‌منظور شناسایی نشانه‌های انتخاب از روش‌های Fst، iHS (EHH)، Rsb و در نهایت آنالیز فراتحلیل انجام شد. مناطق تحت انتخاب ژنوم و جایگاه‌های ژنومی به‌دست‌آمده از مطالعات پیوستگی کل ژنوم جهت یافتن ژن‌های موجود در این نواحی مورد بررسی بیشتر قرار گرفت. ژن‌های گزارش شده در این مناطق در اسب و مناطق متناظر در گاو با استفاده از پایگاه اطلاعاتی ENSEMBL و براساس سرهم‌سازی آخرین نسخه ژنومی در دسترس اسب از پایگاه اطلاعاتی NCBI و BioMart شناسایی شد. کد شناسایی مربوط به ژن‌های شناسایی شده جهت بررسی مسیر‌های بیولوژیکی مرتبط با مناطق تحت انتخاب در نرم‌افزار DAVID انجام گرفت. یافته‌ها: کنترل کیفیت اولیه بر روی 111 حیوان از 2 جمعیت (تعداد 76 حیوان نژاد ترکمن و 44 حیوان نژاد تروبرد) مورد مطالعه انجام شد. تعداد 3 حیوان از نژاد ترکمن به‌دلیل نرخ ژنوتایپ از دست رفته‌ی بیشتر از 9 درصد از ادامه‌ی آنالیزها حذف شدند و تعداد 108نمونه باقی ماندند. از تعداد کل 59349 نشانگر SNP، تعداد 52036 نشانگر بعد از کنترل کیفیت باقی ماندند. در مجموع تعداد 118 SNP به‌دلیلحداقل فراوانی آللی کمتر از 1 درصد، تعداد 704 SNP خارج از تعادل هاردی واینبرگ، تعداد 6493 SNP با نرخ ژنوتیپ گم شده بیشتر از 5 درصد حذف شدند. نتایج آنالیز PCA نشان دهنده این موضوع است که نمونه‌های مورد بررسی در این مطالعه در 2 گروه کاملا جدا از هم قرار گرفتند. در نهایت 5 ناحیه بر روی ژنوم جهت بررسی‌های بعدی انتخاب شدند که توانستند از حد آستانه بالاتر باشند. 5 منطقه که آماره تتا ارزش عددی بالاتر از 0.28 را بین دو نژاد اسب ترکمن و تروبرد داشتند به‌ترتیب روی کروموزوم‌های 4، 5، 10، 13، 15 قرار دارند. بیشترین تعداد نشانگرهایی که ارزش تتای آن‌ها از حد آستانه بالاتر بود بر روی کروموزوم 5 قرار داشت و کمترین تعداد نشانگر شناسایی شده بر روی کروموزوم 13 و 15 قرار داشتند. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده از آنالیز iHS، تعداد 8 و 23 اسنیپ به ترتیب در نژادهای تروبرد و ترکمن دارای بالاترین ارزش iHS بودند که تعداد 3، 2، 2، 1 اسنیپ به‌ترتیب روی کروموزوم‌های 28، 21، 1 و 7 نژاد تروبرد قرار داشتند و بالاترین مقدار ارزش iHS برای اسنیپ BIEC2_548092 واقع بر کروموزوم 21  این نژاد است. نتایج آنالیز فراتحلیل نشان داد این مناطق بر روی کروموزوم‌های 10، 12، 14، 15، 16، 17، 32 قرار گرفته‌اند. آنالیز Rsb بین دو جمعیت اسب‌های کرد و ترکمن انجام شد و نتایج نشان داد که نشانه‌های انتخاب بر روی کروموزوم‌های 12، 16، 17، 31، 32، قرار دارند. پس از بررسی ژن‌های در مناطق به‌دست‌آمده، مهم‌ترین ژن‌ها در گلیکوزیلاسیون، پاسخ سلولی به استرس، فرآیند متابولیک ماکرومولکول سلولی، تعمیر شکستگی دو رشته پپتیدها دخالت داشتند. نتیجه‌گیری: تحقیق حاضر با در نظر گرفتن روش‌های متنوع به‌منظور شناسایی نشانه‌های انتخاب در اسب‌های ترکمن و تروبرد و ترکیب نتایج حاصل از هر یک از روش‌ها، رویکرد جدیدی را برای استنتاج نقاط مثبت نشانه‌های انتخاب در ژنوم اسب اجرا می‌کند. از نتایج این تحقیق می‌توان نتیجه‌گیری کرد که ترکیب روش‌های شناسایی نشانه‌های انتخاب قدرت و صحت نتایج را بالا می‌برد. همچنین ژن‌های شناسایی شده در این تحقیق در مسیرهای مهم از جمله گلیکوزیلاسیون، پاسخ سلولی به استرس، فرایند متابولیک پپتیدها، سازماندهی زیر واحدهای پروتئین‌ها، فرآیندکاتابولیک ماکرومولکول‌های سلولی و انتقال از فضای خارج سلولی نقش دارند.  </div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Background: In recent years, wide access to molecular polymorphism data has increased attention to identifying patterns within the genome that indicate positive selections occurring continuously in populations. The basic view about positive selection is the phenomenon of Genetic Hitchhiking. When a beneficial allele is the target of positive selection during different times, it creates signs at the genome level and these signs can be identified and tracked by different methods. The meta-analysis of different methods of selection signature at the genome level can lead to a much more accurate identification of these signature, because each of the different methods of identifying selection signature follow different criteria for identifying marks in the genome of organisms. In fact, the purpose of performing different methods of identification of selection signature is to improve the discovery and identification by using the combination of information and increase the accuracy and precision of the results. Methods: The number of samples in this study included 111 Thoroughbred and Turkoman horses (44 and 67 respectively). Blood samples were obtained from the veins of the vedic and subcaudal veins of horses. In this research, single nucleotide polymorphism data (SNP chips, 60k) were used. Genotyping of the samples was done using 60 K arrays from Illumina company at the University of Kentucky. To ensure the quality of the genotyped genomic data, quality control analyzes were performed with a series of filters including MAF, SNP-CR, Animal-CR, HWE test. One of the important points in identifying signature of selection is to consider subpopulations in each population, for this reason, the principal components in this section was obtained based on the kinship matrix. Principal components analysis was done in R software. In this research, Fst, iHS (EHH), Rsb methods were used to identify the selection signature, and finally meta-analysis was performed. The regions under genome selection and the genomic positions obtained from whole genome linkage studies were further investigated to find the genes present in these regions. The genes reported in these regions in horses and related regions in cattle were identified using the ENSEMBL database and based on the assembly of the latest horse genome version available from the NCBI and BioMart databases. The identification code related to the identified genes was done in DAVID software to check the biological pathways related to the selected regions. Results: Primary quality control was performed on 111 animals from 2 populations (67 Turkoman and 44 Thoroughbred). 3 Turkoman animals were excluded from further analysis due to the missing genotype rate of more than 9%, and finally 108 samples remained. A total of 59,349 SNP markers, 52,036 markers remained after quality control. A total of 118 SNPs were excluded due to the minimum allelic frequency of less than 1%, 704 SNPs out of Hardy-Weinberg equilibrium, 6493 SNPs with a missing genotype rate greater than 5%. The results of PCA analysis show that the samples examined in this study were placed in two completely separate groups. Finally, 5 regions on the genome were selected for further investigation. 5 regions with theta value higher than 0.28 between Turkmen and Thoroughbred horse breeds are located on chromosomes 4, 5, 10, 13, and 15, respectively. The highest number of selected markers were located on chromosome 5, and the lowest number of identified markers were located on chromosomes 13 and 15. According to the results obtained from the iHS analysis, the number of 8 and 23 snps, , in Thoroughbred and Turkmen breeds had the highest iHS value respectively, and the number of 3, 2, 2, 1 snps were respectively on chromosomes 28, 21, 1 and The highest iHS value is for the BIEC2_548092 snp located on chromosome 21 of this breed. The results of meta-analysis showed that these regions are located on chromosomes 10, 12, 14, 15, 16, 17, 32. Rsb analysis was performed between two populations of Thoroughbred and Turkoman horses, and the results showed that selection markers are located on chromosomes 12, 16, 17, 31, 32. After examining the genes in the obtained regions, the most important genes were involved in glycosylation, cellular response to stress, metabolic process of cellular macromolecules, repair of broken peptides. Conclusion: The present research, taking into account the various methods of identifying selection marks in Turkmen and Thoroughbred horses and combining the results of each of the methods, implements a new approach to infer the positive points of selection marks in the horse genome. From the results of this research, it can be concluded that the combination of methods to identify the signs of selection increases the strength and accuracy of the results. Also, the genes identified in this research are involved in important pathways such as glycosylation, cellular response to stress, metabolic process of peptides and organization of protein subunits, cellular macromolecules catabolic process and extracellular transport.  </div> آنالیز فراتحلیل, آنالیز Rsb, اسب ترکمن, اسب تروبرد, ژن آنتولوژی Gene ontology, Rsb analysis, Meta-analysis, Thoroughbred horse, Turkmen horse 121 131 http://rap.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-1798-2&slc_lang=fa&sid=1 Milad Hosseini میلاد حسینی milad.hosseiny88@gmail.com 100319475328460024989 0009-0009-6997-7219 Yes Department of Animal Science, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران Hossein Moradi-shahrbabak حسین مرادی شهربابک hmoradis@ut.ac.ir 100319475328460024990 100319475328460024990 No Department of Animal Science, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran گروه علوم دامی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران