Research on Animal Production

fa تحلیل اثرات اپیستازی بر ژنتیک تشکیل دنبه در گوسفند Analysis of Epistatic Effects on the Genetics of Fat-tail Formation in Sheep ژنتیک و اصلاح نژاد دام ژنتیک و اصلاح نژاد دام پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: دنبه 20% وزن لاشه را شامل می‌شود که ارزش اقتصادی لاشه را به شدت کاهش می‌دهد بنابراین اصلاح‌کنندگان گوسفند باید مکانیسم‌هایی که به طور ژنتیکی توسعه چربی را کنترل می‌کنند بررسی کرده، تا بتوانند برنامه‌های پرورش گوسفند را برای کاهش اندازه دنبه طراحی کنند. ذخیره چربی در دنبه یکی از مسائل مطرح در کشور ما و بسیاری از کشورهای در حال توسعه می باشد، در طی سالیان اخیر تحقیقات مختلفی در زمینه آمیخته‌گری بین نژادهای دنبه‌دار و بی‌دنبه به بررسی چگونگی توارث این صفات در نقاط مختلف انجام شده است. اما بررسی این تحقیقات عموما با نتایج منتاقضی همراه بوده، لذا منطقه یا مناطق ژنومی موثر بر این صفت همچنان ناشناخته باقیمانده است. بنابراین شناسایی ژن‌ها یا مناطق ژنومی مرتبط با ذخیره چربی از مهمترین و چالش‌برانگیزترین حوزه‌های تحقیقاتی در بسیاری از کشورهای پرورش‌دهنده این نژادها محسوب می‌شود. روش‌هایی مانند مطالعه ژنوم وتجزیه و تحلیل بیان ژن برای توصیف زمینه ژنتیکی بلقوه رسوب چربی در گوسفندان دنبه‌دار استفاده شده است. مطالعات اپیستاتیک از آنجا که نقش کلیدی در درک ارتباط عملکردی ژن‌ها دارند، برای محققان جالب هستند. در طول چند ده گذشته GWAS نقش اصلی را در زمینه اپیستازی فراهم کرده است. در تجزیه و تحلیل GWAS ابتدا SNPها به وسیله یک روش استاندارد آماری آزمایش می‌شوند و به وسیله آن ارتباط بین اسنیپ و فنوتیپ را مشخص می‌کنند. این نوع تجزیه و تحلیل‌هاست که به صوررت گسترده مورد استفاده قرار می‌گبرد، اما آنطور که انتظار می‌رود پاسخگو نمی‌باشد و در واقع بخش کوچکی از واریانس ژنتیکی را مشخص می‌کند و به قسمت باقیمانده یا به عبارت دیگر وراثت‌پذیری از دست رفته اشاره نمی‌کند. معمولا پذیرفته شده است که وراثت‌پذیری از دست رفته تا حدودی به دلیل انواع اثرات ژنتیکی و تعامل آن‌ها بایک یا چند عامل دیگراست. با توجه به پژوهش‌های انجام شده تحقیقات زیادی در مورد GWAS صورت گرفته است اما مطالعات GWAS بر روی دنبه محدود می‌باشد، و نیز با توجه به اهمیت اثرات اپیستازی جای بررسی آن‌ها از طریق چیپ اسنیپ‌ها خالی است و سوالات زیادی در این مورد باقی مانده است. لذا این پژوهش برای بررسی و پاسخ به این سوالات طراحی شده است. مواد و روش‌ها: حدود 3000 داده شامل انواع مختلف گوسفند پس از نامه‌نگاری و کسب مجوز از بانک داده  Sheep Hap Map تهیه شدند. نمونه‌ها با استفاده از تراشه‌های llumina50K تعیین ژنوتایپ شدند. ویرایش داده‌ها از نظر فراوانی‌ها، ژنوتیپ‌ها، تعادل هاردی‌واینبرگ و Maf انجام شد. نژادها از نظر تشکیل دنبه و نوع دنبه مورد بررسی قرار گرفته و تعیین فنوتیپ شدند. با استفاده از نرم افزار PLINK شروع به یافتن ارتباط بین اسنیپ‌های موثر با فنوتیپ تشکیل دنبه شد. برای هر کدام از اسنیپ‌ها یک P-value مشخص شد و با استفاده از R نمودار منهتن رسم گردید. با توجه به نتایج به دست آماده آنالیز PCA انجام شد. با استفاده از PLINK اقدام به برآورد اثرات اپیستازی شد. مکان‌های فیزیکی اسنیپ‌ها برای تائید کروموزم‌ها مشخص شد. تشخیص ژن‌ها و تجزیه و تحلیل عملکرد و مقایسه‌های ژنومیک و بیوانفورماتیک با استفاده از آخرین اطلاعات ژنومی پایگاه‌های داده‌ای انجام شد. در آخر اثرات متقابل بین ژن‌ها و SNPهای موثر بر دنبه (اثرات اپیستازی) مورد بررسی قرار گرفت. یافته‌ها: لوکوس&rlm;های موثر و اثرات اپیستازی آن&rlm;ها به طبع ژن&rlm;های موثر در 19 نژاد و 806 دام مورد بررسی قرار گرفتند. پویش گسترده ژنوم برای یافتن جایگاه&rlm;های ژنی و اپیستازی آن&rlm;ها به روش رگرسیون لجستیک و به کمک برنامه Plink انجام شد. نمودار منهتن به کمک برنامه R رسم و ژن&rlm;های موثر براساس نتیجه GWAS ، درپایگاه انسمبل تعیین شدند. نتایج نشان داد 8 اسنیپ در کروموزوم&rlm;های 1، 2، 3، 6، 10، 15و 18 بر دنبه دار بودن موثراند. در مجموع 23 ژن در 500 هزار باز در بالا دست و پایین دست اسنیپ&rlm;های موثر یافت شدند. شبکه ژنی ترسیم شده به کمک ژن&rlm;های TCHHL، S100A10، LCE3D، C1orf6، NR1H4، U6، SLC17A8 ANO4، SCYL2، ACRT6، CCSER1 MED4، ITM2B RB1، LPAR6، RCBTB2، GPC6 ALKBH3، MIR129-2، C11orf96، TTC17، ACCS و EXT2 از غنای خوبی برخوردار نبود. لذا اثرات متقابل بیولوژیکی کمی قابل گزارش است. اما در بخش اپیستازی آماری، اثرات متقابل زیادی دیده شد. از بین اسنیپ&rlm;های موثر اسنیپ رویS08620.1 کروموزوم 2 بیشترین اثر اپیستازی را با سایر لوکوس&rlm;های ژنومی گوسفند داشته است. نتیجه‌گیری: با توجه به اهمیت لوکوس‌های موثر بر رسوب چربی دنبه بین جایگاه‌های ژنومی آن‌ها ارتباط وجود دارد. با توجه به نتایج حاصل از این پژوهش می‌توان گفت فرایند تشکیل دنبه تحت تاثیر جایگاه‌های ژنومی و اثرات اپیستازی می‌باشد. در این پژوهش با استفاده از تجزیه و تحلیل ساختار جمعیت بوسیله GWAS، 23 ژن و نزدیک به 4000 اینترکشن شناسایی شدند. از ژن‌های موثر می‌توان به NR1H4، EXT2، ANO4 و SLC17A8 اشاره نمود. شبکه ژنی ژن‌های موثر اثرات متقابل بیولوژیکی کمی را نشان دادند. ولی در اپیستازی آماری اثرات متقابل زیادی مشاهده شدند. 7 اسنیپ موثر بر روی تعدادی از کروموزوم‌ها شناسایی شدند، که بیشترین اینترکشن‌ها برروی اسنیپ S08620.1 کروموزوم شماره 2 مشاهده شدند. در نتیجه بیشترین تعاملات اپیستازی بر روی اسنیپ&rlm;های کروموزوم شماره 2 با 1841 اسنیپ بر روی دیگر کروموزوم &rlm;های در ارتباط می&rlm;باشند. بعد از کروموزوم شماره 2،کروموزوم 1 و 18بیشترین اثرات اپیستازی را نشان دادند.</div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Background: Fat Tail comprises 20% of the carcass weight, which greatly reduces the economic value of the carcass, so sheep breeders should investigate the mechanisms that genetically control fat development, in order to design sheep breeding programs to reduce tail size. Fat storage in the tail is one of the issues raised in our country and many developing countries. In recent years, various researches have been conducted in the field of crossbreeding between tailless and tailless breeds to investigate how these traits are inherited in different places. However, the investigation of these researches has generally been associated with conflicting results, so the genomic region or regions affecting this trait is still unknown. Therefore, identifying genes or genomic regions related to fat storage is one of the most important and challenging research areas in many countries that breed these breeds. Methods such as genome study and gene expression analysis have been used to describe the potential genetic background of fat deposition in sheep. Epistatic studies are interesting for researchers because they play a key role in understanding the functional relationship of genes. Over the past few decades, GWAS have provided a central role in the field of epistasis. In GWAS analysis, SNPs are first tested by a standard statistical method, and by that they determine the relationship between the SNP and the phenotype. It is this type of analysis that is widely used, but it is not as responsive as expected and in fact it identifies a small part of the genetic variance and does not indicate the remaining part or in other words the lost heritability. It is generally accepted that lost heritability is partly due to a variety of genetic effects and their interaction with one or more other factors. According to the conducted researches, many researches have been done on GWAS, but GWAS studies on the tail are limited, and considering the importance of epistasis effects, there is no place to investigate them through chip snaps, and many questions remain in this matter. Therefore, this research is designed to investigate and answer these questions. Methods: About 3000 data including different types of sheep were prepared from the Sheep Hap Map database after writing a letter and obtaining permission. The samples were genotyped using llumina50K chips. Data editing was done in terms of frequencies, genotypes, Hardy-Weinberg equilibrium and Maf. Breeds were examined in terms of tail formation and tail type and phenotype was determined. By using PLINK software, it was started to find the relationship between the effective snips and the tail formation phenotype. A P-value was determined for each of the snaps and a Manhattan diagram was drawn using R. According to the results, PCA analysis was done. Epistasis effects were estimated using PLINK. The physical locations of the snaps were determined to confirm the chromosomes. Gene detection and function analysis and genomic and bioinformatics comparisons were performed using the latest genomic information from databases. Finally, the mutual effects between genes and SNPs affecting tail (epistasis effects) were investigated. Results: Effective loci and their epistasis effects were investigated in 19 breeds and 806 animals. Extensive genome scanning was done to find the gene loci and their epistasis by logistic regression method and with the help of Plink program. The Manhattan diagram was drawn with the help of R program and the effective genes were determined based on the GWAS result in Ensemble database. The results showed that 8 snaps in chromosomes 1, 2, 3, 6, 10, 15, and 18 are effective on tailiness. A total of 23 genes were found in 500 thousand bases upstream and downstream of effective snips. Gene network drawn using TCHHL, S100A10, LCE3D, C1orf6, NR1H4, U6, SLC17A8 ANO4, SCYL2, ACRT6, CCSER1 MED4, ITM2B RB1, LPAR6, RCBTB2, GPC6 ALKBH3, MIR129-2, C11orf96, TTC17, ACCS genes. and EXT2 from He did not have good wealth. Therefore, little biological interactions can be reported. But in the statistical epistasis section, many interaction effects were seen. Among the effective snips, the snip on S08620.1 of chromosome 2 has the greatest epistasis effect with other sheep genomic loci. Conclusion: According to the importance of the loci affecting the tail fat deposition, there is a relationship between their genomic locations. According to the results of this research, it can be said that the tail formation process is influenced by genomic loci and epistasis effects. In this research, using population structure analysis by GWAS, 23 genes and nearly 4000 interactions were identified. NR1H4, EXT2, ANO4, and SLC17A8 are among the effective genes. The gene network of effector genes showed few biological interactions. But in statistical epistasis, many mutual effects were observed. 7 effective snips were identified on a number of chromosomes, the most interactions were observed on snip S08620.1 of chromosome number 2. As a result, the most epistasis interactions on the snips of chromosome number 2 are related to 1841 snips on other chromosomes. After chromosome number 2, chromosome 1 and 18 showed the most epistasis effects.  </div> گسترده ژنوم, اسنیپ, شبکه ژنی, اپیستازی, دنبه گوسفند Epistasis, Gene network, GWAS, Sheep fat-tail, SNP 13 23 http://rap.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-1903-1&slc_lang=fa&sid=1 Jamal Fayazi جمال فیاضی j_fayazi@asnrukh.ac.ir 100319475328460026001 100319475328460026001 Yes Agricultural Science and Natural Resources University of Khuzestan, Ahvaz, Iran گروه علوم دام، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، اهواز، ایران Mona Chaabi منا چعبی monachaabi0@gmail.com 100319475328460026002 100319475328460026002 No Agricultural Science and Natural Resources University of Khuzestan, Ahvaz, Iran گروه علوم دام، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، اهواز، ایران Hedayataalah Roshabfekr هدایت اله روشنفکر roshakfekr_hd@yahoo.com 100319475328460026003 100319475328460026003 No Agricultural Science and Natural Resources University of Khuzestan, Ahvaz, Iran علوم دام، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، اهواز، ایران Mahmod Nazari محمود نظری m.nazari@asnrukh.ac.ir 100319475328460026004 100319475328460026004 No Agricultural Science and Natural Resources University of Khuzestan, Ahvaz, Iran گروه علوم دام، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، اهواز، ایران Mohammad hosein Moradi محمدحسین مرادی moradi.hosein@gmail.com 100319475328460026005 100319475328460026005 No Department of Animal Science, University of Tehran, Karaj, Iran گروه علوم دامی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج،، ایران