Research on Animal Production

fa ردیابی نشانه‌های انتخاب مثبت و آنالیز غنی‌سازی مرتبط با صفات مهم اقتصادی در اردک با استفاده از داده‌های توالی‌یابی کل ژنوم Identification of positive selection signatures and enrichment analysis related to economic important traits in duck using whole genome sequence data ژنتیک و اصلاح نژاد طیور ژنتیک و اصلاح نژاد طیور پژوهشي Research مقدمه و هدف: اردک در مقایسه با سایر طیور، در برابر عوامل نامساعد محیطی مقاوم‌تر بوده 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، با دسترسی به داده‌های توالی‌یابی کل ژنوم در گونه‌های مختلف، شناسایی مناطق ژنومی که هدف انتخاب بودهاند، اطلاعاتی در مورد مراحل تکامل گونههای مختلف از جمله اردک را فراهم میکند. به عبارت دیگر اهلیسازی و انتخاب به شدت در خصوصیات ظاهری و رفتاری پرندگان اهلی امروز تغییر ایجاد کرده است. در این مسیر انتخابهای انجام شده توسط انسان نشانههای قابل شناسایی را در ژنوم اردک‌های امروزی به جا گذاشته است که شناسایی این نشانهها میتواند به اصلاح و بهبود ژنتیکی صفات مهم اقتصادی در این پرندگان کمک کند. طی دهههای اخیر تمایل به شناسایی مناطق ژنومی که حاوی ژنهای کاندیدای که هدف انتخاب بودهاند، با توجه به دسترسی و هزینه پایین تعیین ژنوتیپ رو به افزایش بوده است. شناسایی نشانههای انتخاب میتواند دیدگاههای ارزشمندی در مورد ژنها و یا مناطق ژنومی که تحت انتخاب مثبت بوده و یا هستند فراهم کند که به نوبه خود منجر به درک بهتر ارتباط ژنوتیپ با فنوتیپ میشود. 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 میباشد. مواد و روشها: در این پژوهش اطلاعات ژنوتیپی مربوط به 643 قطعه اردک‌ با حداقل روابط خویشاوندی مربوط به نژاد پیکین که بوسیله پلتفرمHiseq 4000  شرکت ایلومینا به صورت  paired-endو طول خوانش 150 جفت‌باز توالی‌یابی کل ژنوم شده بودند، استفاده گردید. ابتدا جهت اطمینان از کیفیت دادههای تعیین ژنوتیپ، مراحل مختلف کنترل کیفیت روی دادههای اولیه تعیین ژنوتیپ شده قبل از آنالیزهای ژنومی انجام شد. برای فیلتراسیون دادههای ژنوتیپ شده، ابتدا نمونههایی که فراوانی نرخ تعیین ژنوتیپ آنها کمتر از 90% بود، شناسایی و حذف شد. در مرحله بعد نشانگرهایی که حداقل فراونی آللی در آنها کمتر از 1% بود حذف شدند. سپس نشانگرهایی که نرخ تعیین ژنوتیپ آنها در نمونهها کمتر از 90% بود شناسایی و حذف شدند. در گام بعدی برای شناسایی SNPهای مستقل از نرم افزارPLINK  استفاده شد. برای این منظور با حذف SNPهایی که در حالت عدم تعادل پیوستگی بالایی با یکدیگر قرار داشتند، در پنجرههایی شامل SNP 25 و با حرکت SNP 5 رو به جلو در هر مرحله، SNPهای دارای r2 (معیار عدم تعادل پیوستگی) بیش از 2/0 (دستور --indep-pairwise 25 5 0.2) با یکدیگر از مجموعه دادهها حذف شدند .پس از کنترل کیفیت دادههای اولیه تعیین ژنوتیپ 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 منظور شناسایی مناطق ژنومی و ژنهای کاندیدای مرتبط با صفات مهم اقتصادی توسط آزمون iHS که مبتنی بر عدم تعادل پیوستگی است بهوسیله نرم‌افزار Selscan (نسخه 0/2) مورد استفاده قرار گرفت. ژن‌های کاندیدا با استفاده از SNPهایی که در بازه‌ی 1% ارزش بالای این آزمون واقع‌ شده بودند، با استفاده از نرم‌افزارPlink  شناسایی شدند. همچنین، برای آنالیز غنیسازی مجموعههای ژنی با استفاده از برنامه آنلاین KOBAS (https://bioinformaticshome.com/tools/rna-seq/descriptions/KOBAS.html#google_vignette) با هدف شناسایی مسیرهای هستی‌شناسی و مسیرهای بیوشیمیایی KEGG معنی‌دار مرتبط با صفات مهم اقتصادی انجام شد. در نهایت، برای تفسیر بهتر عملکرد ژنهای به دست آمده از پایگاههای اطلاعاتی آنلاینGeneCards  http://www.genecards.org)) و (http://www.uniprot.org) UniProtKB استفاده شد. یافتهها: نتایج این پژوهش منجر به شناسایی مناطق  ژنومی مختلغی کاندیدا با بالاترین ارزش آزمون آماره iHS شد. در تفسیر مجموعههای ژنی، تعداد 14 مسیر هستی شناسی ژنی و بیوشیمیایی شناسایی شد (P˂0.05). از این بین، مسیرهای positive regulation of skeletal muscle fiber development، negative regulation of negative chemotaxis،release of sequestered calcium ion into cytosol ، positive regulation of transcription DNA-templated، cellular response to hormone stimulus و response to a peptide hormone stimulus بیشترین ضریب غنیسازی را داشتند. بررسی ژنهای گزارش شده در این مناطق نشان داد ژنهای CSMD1، THYN1، FOXO1، ACAD8، CALCR، TMEM161A و FRMPD3 در این مناطق حضور دارند که عملکرد‌های مهمی را در ارتباط با رشد و توسعهی عضلات بدن، فرآیند تخمکاندازی، تشکیل پوسته تخم، فسفریله کردن گلیکوپروتئینها، کیفیت گوشت و تفرق سلولهای استئوبلاست انجام میدهند. نتیجه گیری: در هر صورت، ژنهای متعددی که در نواحی شناسایی شده بر اساس عملکرد میتوانند بعنوان کاندیداهای تحت انتخاب مطرح باشند. برخی از این ژنهای کاندیدا در مناطق تحت انتخاب مثبت با مطالعات قبلی پویش ژنومی گزارش شده بودند. به هر حال بررسی بیشتر ژنهای مرتبط با مناطق ژنومی بدست آمده از مطالعات جستجوی پویش کل ژنومی ضروری است. استفاده از یافتههای این تحقیق میتواند باعث تسریع در پیشرفت ژنتیکی برنامههای اصلاح نژادی شود. همچنین نتایج این تحقیق میتواند در درک ساز و کار ژنتیکی کنترل کننده صفات مهم اقتصادی شامل رشد بدن و تعداد تخم تولیدی مورد استفاده قرار گیرد و استفاده از یافتههای این پژوهش میتواند در انتخاب ژنتیکی اردک از طریق پرندگان برتر، باعث تسریع در پیشرفت ژنتیکی برنامههای اصلاح نژادی شود.   Introduction and Objective: Compared to other poultry, duck is more resistant to adverse environmental factors, so they are less likely to get sick. duck 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 depending on the purpose of breeding, they will answer the breeding costs and create the necessary productivity for the industry. 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 duck by humans left detectable signatures on the genome of modern duck. The identification of these signals can help us to improve the genetic characteristics of economically important traits in duck. Over the last decade, interest in detection of genes or genomic regions that are targeted by selection has been growing. Identifying signatures of selection can provide valuable insights about 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 Peking ducks, holds a significant global market share, prized for their high meat yield and fat content. However, understanding of the molecular genetic mechanisms influencing carcass yield in ducks is limited. The aim of this study was to identify effective genes related to important economic traits and genomic region on positive signature of selection in pekin ducks using selection signature method. For this purpose, iHS analyses-based linkage disequilibrium were conducted using the genome-wide single nucleotide polymorphisms (SNPs) Material and Methods: In this study, data from 643 pekin duck genotyped using the whole-genome re-sequencing data were generated on the Illumina Hiseq 4000 platform using 150- bp paired-end reads. were used to identify genomic regions under selection associated with important economic traits in pekin duck. Quality control measures were performed in Plink by setting animal call rate of 0.90, 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 duck were finally entered for further analysis.  To identify the signatures of selection, 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 KOBAS software (https://bioinformaticshome.com/tools/rna-seq/descriptions/KOBAS.html#google_vignette) for the assignment of the genes to functional categories were used. 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 and Discussion Using iHS approach, we identified different genomic regions on chromosomes related to economic traits. In this research, we identified different sets of candidate genes related to production traits: CSMD1, THYN1, ACAD8, CALCR, FOXO1, TMEM161A and FRMPD3 in duck. According to pathway analysis, 14 pathways from gene ontology and biological pathways were associated with the egg production trait. Some of the genes were found are consistent with some previous studies and to be involved 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 duck is of great importance and is more important than the increase in the weight of breeding duck, and 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. By the way, various genes that were founded within these regions can be considered as candidates under selection based on function. Most of the genes under selection were found are consistent with some previous studies and to be involved in reproductive traits. However, it will be necessary to carry out more association and functional studies to demonstrate the implication 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 and considering, this study supported previous results from genome scan of production traits, also revealed additional regions, using these findings could potentially be useful for genetic selection in duck for better body weight. Finally, this study identifies candidate genes influencing egg production and carcass traits in Peking ducks, offering genetic insights for optimizing breeding programs and economic potential.   آنالیز هستی‌شناسی, تولید تخم, ژن کاندیدا, عدم تعادل پیوستگی, وزن بدن Body weight, Candidate gene, Egg production, GO analysis, Linkage disequilibrium 0 0 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 100319475328460026416 100319475328460026416 Yes Arak University, Arak, Iran. دانشگاه اراک، اراک، ایران Amir Hossein Khaltabadi Farahani امیر حسین خلت آبادی فراهانی a-farahani@araku.ac.ir 100319475328460026417 100319475328460026417 No Arak University, Arak, Iran. دانشگاه اراک، اراک، ایران Mahdieh Mehdipour مهدیه مهدی پور mehdipourm@tabrizu.ac.ir 100319475328460026418 100319475328460026418 No تهران