Research on Animal Production

fa ردیابی نشانه‌های انتخاب در اردک با استفاده از داده‎ های توالی‎ یابی کل ژنوم Identification of Selection Signatures in Ducks Using Whole Genome Sequence Data ژنتیک و اصلاح نژاد طیور ژنتیک و اصلاح نژاد طیور پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: در مقایسه با سایر طیور، اردک در برابر عوامل نامساعد محیطی مقاوم‌تر است و دارای سرعت رشد نسبتاً بالایی است. همچنین، نسبت به پرورش مرغ نیاز به تأسیسات و تجهیزات کمتری برای دوره پرورشی دارد. از طرف دیگر، دسترسی به داده‌های توالی‌یابی کل ژنوم در گونه‌های مختلف، شناسایی مناطق ژنومی که هدف انتخاب بوده&lrm; اند، اطلاعاتی در مورد مراحل تکامل گونه&lrm;&lrm; های مختلف از جمله اردک را فراهم می&lrm; کند. به&lrm;عبارت دیگر، اهلی&lrm; سازی و انتخاب به&lrm; شدت در خصوصیات ظاهری و رفتاری پرندگان اهلی امروز تغییر ایجاد کرده&lrm; اند. در این مسیر، انتخاب&lrm; های انجام شده توسط انسان نشانه&lrm; های قابل شناسایی را در ژنوم اردک‌های امروزی به&lrm; جا گذاشته &lrm;اند که شناسایی این نشانه&lrm; ها می&lrm; تواند به اصلاح و بهبود ژنتیکی صفات مهم اقتصادی در این پرندگان کمک کند. طی دهه &lrm;های اخیر، تمایل به شناسایی مناطق ژنومی که حاوی ژن&lrm; های کاندیدایی که هدف انتخاب بوده &lrm;اند، با توجه به دسترسی و هزینه پایین تعیین ژنوتیپ رو به افزایش بوده &lrm;است. شناسایی نشانه&lrm; های انتخاب می &lrm;تواند دیدگاه &lrm;های ارزشمندی را در مورد ژن&lrm; ها و یا مناطق ژنومی که تحت انتخاب مثبت بوده&lrm; اند و یا هستند فراهم کند که به نوبه خود منجربه درک بهتر ارتباط ژنوتیپ با فنوتیپ می&lrm; شود. هدف از این مطالعه، شناسایی مناطق ژنومی تحت انتخاب مثبت و ژن‌های کاندیدای مرتبط با صفات مهم اقتصادی در اردک‌های نژاد پیکین از طریق روش‌ آماری مبتنی بر عدم تعادل پیوستگی است. مواد و روش&lrm; ها: در این پژوهش، اطلاعات ژنوتیپی مربوط به 643 قطعه اردک‌ با حداقل روابط خویشاوندی مربوط به نژاد پیکین که به&lrm;&lrm;وسیله پلت&lrm;فرم Hiseq 4000 شرکت ایلومینا به&lrm;صورت  paired-endو طول خوانش 150 جفت‌باز توالی‌یابی کل ژنوم شده بودند، استفاده گردید. ابتدا، جهت اطمینان از کیفیت داده &lrm;های تعیین ژنوتیپ، مراحل مختلف کنترل کیفیت روی داده&lrm; های اولیه تعیین ژنوتیپ &lrm;&lrm;شده قبل از آنالیزهای ژنومی انجام شدند. برای فیلتراسیون داده &lrm;های ژنوتیپ &lrm;شده، ابتدا نمونه&lrm; هایی که فراوانی نرخ تعیین ژنوتیپ آن&lrm; ها کمتر از 90 درصد بود شناسایی و حذف شدند. در مرحله بعد، نشانگرهایی که حداقل فراونی آللی در آن&lrm; ها کمتر از 1 درصد بود، حذف شدند. سپس، نشانگرهایی که نرخ تعیین ژنوتیپ آن&lrm; ها در نمونه&lrm; ها کمتر از 90 درصد بود شناسایی و حذف شدند. در گام بعدی، برای شناسایی SNP&lrm;های مستقل از نرم &lrm;افزارPLINK  استفاده شد. برای این منظور، با حذف SNPهایی که در حالت عدم تعادل پیوستگی بالایی با یکدیگر قرار داشتند، در پنجره &lrm;هایی شامل SNP 25 و با حرکت SNP 5 رو به جلو در هر مرحله، SNPهای دارای r2 (معیار عدم تعادل پیوستگی) بیش از 0/2 با یکدیگر از مجموعه داده&lrm; ها حذف شدند. پس از کنترل کیفیت داده&lrm; های اولیه تعیین ژنوتیپ &lrm;شده در برنامه PLINK (v1.90; http://pngu.mgh.harvard.edu/purcell/plink)، نهایتاً 67586 نشانگر SNP و 643 قطعه پرنده وارد آنالیزهای بعدی شدند. در مرحله بعدی، به&lrm; منظور شناسایی مناطق ژنومی و ژن &lrm;های کاندیدای مرتبط با صفات مهم اقتصادی توسط آزمون iHS که مبتنی &lrm;بر عدم تعادل پیوستگی است، نرم‌افزار Selscan (نسخه 0/2) مورد استفاده قرار گرفت. ژن‌های کاندیدا با استفاده از SNPهایی که در بازه‌ی 1 درصد ارزش بالای این آزمون واقع‌ شده&lrm; بودند، با استفاده از برنامه BioMart در پایگاه آنلاین Ensemble شناسایی شدند. همچنین، برای آنالیز غنی &lrm;سازی مجموعه &lrm;های ژنی با استفاده از برنامه آنلاین DAVID (DAVID 6.8; https://david.ncifcrf.gov/summary.jsp) با هدف شناسایی مسیرهای هستی‌شناسی و مسیرهای بیوشیمیایی KEGG معنی‌دار مرتبط با صفات مهم اقتصادی انجام شد. در نهایت، برای تفسیر بهتر عملکرد ژن&lrm; های به&lrm; دست &lrm;آمده از پایگاه&lrm; های اطلاعاتی آنلاینGeneCards   http://www.genecards.org)) و (http://www.uniprot.org) UniProtKB استفاده شد. یافته&lrm; ها: نتایج این پژوهش منجربه شناسایی مناطق ژنومی مختلغی کاندیدا با بالاترین ارزش آزمون آماره iHS شدند. در تفسیر مجموعه&lrm; های ژنی، تعداد 14 مسیر هستی&lrm; شناسی ژنی و بیوشیمیایی شناسایی شدند (P˂0.05). از این بین، مسیرهای تنظیم مثبت رشد و توسعه فیبرهای عضات اسکلتی، آزاد&lrm;سازی یون کلسیم به درون سیتوزول، تنظیم منفی کموتاکسین&lrm;‌های منفی، پاسخ سلولی به محرک‌های هورمونی، تنظیم مثبت رونویسی از الگوی DNA و پاسخ به محرک هورمون‌های پپتیدی بیشترین ضریب غنی&lrm; سازی را داشتند. بررسی ژن&lrm; های گزارش&lrm; شده در این مناطق نشان داد که ژن&lrm; های CSMD1، THYN1، FOXO1، ACAD8، CALCR، TMEM161A و FRMPD3 در این مناطق حضور داشتند که عملکرد‌های مهمی را در ارتباط با رشد و توسعه&lrm; ی عضلات بدن، فرآیند تخمک&lrm; اندازی، تشکیل پوسته تخم، فسفریله&lrm; کردن گلیکوپروتئین&lrm;ها، کیفیت گوشت و تفرق سلول &lrm;های استئوبلاست انجام می&lrm;دهند. نتیجه&lrm; گیری: برخی از ژن &lrm;های کاندیدای شناسایی&lrm; شده در مناطق تحت انتخاب مثبت با مطالعات قبلی پویش ژنومی در نژادهای مختلف گونه اردک و مرغ گزارش شده &lrm;بودند. ژن‌ها نقش مؤثری در رشد و توسعه عضلات اسکلتی، رشد استخوان و غضروف و فرآیند میوژنز داشتند. با توجه به نقش کلیدی و مؤثر ژن&lrm; های کاندیدای شناسایی&lrm; شده بر صفات مهم اقتصادی شامل رشد بدن و تعداد تخم تولیدی در این تحقیق، در صورت تأیید به &lrm;وسیله مطالعات تکمیلی، آن&lrm; ها می&lrm; توانند در انتخاب ژنتیکی گله &lrm;های تجاری اردک از طریق پرندگان برتر باعث تسریع در پیشرفت ژنتیکی برنامه&lrm; های اصلاح&lrm; نژادی شوند.</div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Background: Compared to other poultry, ducks are more resistant to adverse environmental factors, thus they are less likely to become ill. Ducks are fast-growing poultry, and they are easy to raise. According to the need in industrial duck breeding, meat, egg, and even dual-purpose strains should be created so that they will cover the breeding costs and create the necessary productivity for the industry, depending on the purpose of breeding. Identification of selection-targeted genomic regions is one of the main aims of biological research. Domestication and selection have significantly changed the behavioral and phenotypic traits in modern domestic poultry. The selection of ducks by humans left detectable signatures on the genome of modern ducks. The identification of these signals can help us to improve the genetic characteristics of economically important traits in ducks. Interest in the detection of genes or genomic regions that are targeted by selection has been growing over the last decade. Identifying the signatures of selection can provide valuable insights into the genes or genomic regions that are or have been under selection pressure, which in turn leads to a better understanding of genotype-phenotype relationships. Poultry meat, particularly Pekin ducks, holds a significant global market share, prized for their high meat yield and fat content. However, the understanding of molecular genetic mechanisms influencing carcass yield in ducks is limited. This study aimed to identify effective genes related to important economic traits and genomic regions on positive signatures of selection in Pekin ducks using the selection signature method. For this purpose, iHS analyses-based linkage disequilibrium was conducted using genome-wide single-nucleotide polymorphisms (SNPs). Methods: In this study, data from 643 Pekin ducks genotyped using the whole-genome re-sequencing data were generated on the Illumina HiSeq 4000 platform using 150- bp paired-end reads. They were used to identify genomic regions under selection associated with important economic traits in Pekin ducks. Quality control measures were performed in Plink by setting an animal call rate of 0.90, a SNP call rate of 0.90, and SNPs with minor allele frequencies (MAF) lower than 0.01 or that do not conform to the indep-pairwise 25 5 0.2 parameter and unknown position. After quality control of the initial data using Plink software (v1.90; http://pngu.mgh.harvard.edu/purcell/plink), 67,856 SNP markers in 643 ducks were finally entered for further analysis.  To identify the signatures of selection, the statistical method of iHS was used under Selscan v.2.0 software. Candidate genes were identified by SNPs located at 1% upper range of iHS using Plink v1.9 software. Additionally, a gene enrichment analysis was performed with the DAVID software for the assignment of the genes to functional categories. Finally, GeneCards (http://www.genecards.org) and UniProtKB (http://www.uniprot.org) databases were also used to interpret the function of the obtained genes. Results: Using the iHS approach, different genomic regions were identified on chromosomes related to economic traits. In this research, different sets of candidate genes related to production traits: CSMD1, THYN1, ACAD8, CALCR, FOXO1, TMEM161A, and FRMPD3, were identified in ducks. According to pathway analysis, 14 pathways from gene ontology and biological pathways were associated with the egg production trait. Some of the found genes are consistent with some previous studies and are involved in biological pathways related to skeletal muscle growth and development, positive regulation of skeletal muscle fiber development, negative regulation of negative chemotaxis, release of sequestered calcium ion into cytosol, and cellular response to hormone stimulus. Considering that the economic coefficient of egg production in ducks is of great importance and is more important than the increase in the weight of breeding ducks, the economic activities of the station are more in line with increasing the number of chicks produced per breeding duck. Conclusion: As global demand for duck meat rises, it drives researchers to concentrate on duck carcass traits to enhance meat yields, reflecting the industry's growth potential. Additionally, various genes that were found within these regions can be regarded as candidates under selection based on function. Most of the genes found under selection are consistent with some previous studies and are involved in reproductive traits. However, it will be necessary to carry out more association and functional studies to demonstrate the implications of these genes. Using these findings can accelerate the genetic progress in the breeding programs and can be used to understand the genetic mechanism controlling this trait. The results of our research can be used to understand the genetic mechanism controlling growth and egg production traits. Since this study supported previous results from a genome scan of production traits and revealed additional regions, using these findings could potentially be useful for genetic selection in ducks for better body weight. Finally, this study identifies candidate genes influencing egg production and carcass traits in Pekin ducks, offering genetic insights into optimizing breeding programs and economic potential.  </div> آنالیز هستی‌شناسی, تولید تخم, ژن کاندیدا, عدم تعادل پیوستگی, وزن بدن Body weight, Candidate gene, Egg production, GO analysis, Linkage disequilibrium 126 135 http://rap.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-928-7&slc_lang=fa&sid=1 Hoseein Mohammadi حسین محمّدی H-mohammadi64@araku.ac.ir 100319475328460026787 100319475328460026787 Yes Department of Animal Sciences, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Arak University, Arak, Iran گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی و محیط‎زیست، دانشگاه اراک، اراک، ایران Amir Hossein Khaltabadi Farahani امیر حسین خلت آبادی فراهانی a-farahani@araku.ac.ir 100319475328460026788 100319475328460026788 No Department of Animal Sciences, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Arak University, Arak, Iran گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی و محیط‎زیست، دانشگاه اراک، اراک، ایران Mahdieh Mehdipour مهدیه مهدی پور mehdipourm@tabrizu.ac.ir 100319475328460026789 100319475328460026789 No Department of Agriculture, Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST), Tehran, Iran پژوهشکده کشاورزی، سازمان پژوهش‎های علمی و صنعتی ایران، تهران، ایران