Research on Animal Production

fa بررسی ارتباط چندشکلی‌های تک‌نوکلئوتیدی در اگزون ‌سه ژن لپتین با صفات رشد در گوسفندان نژاد لری‌بختیاری و زل Analysis of the Association Between Single Nucleotide Polymorphisms in Exon 3 of the Leptin Gene and Growth Traits in Lori-Bakhtiari and Zel Sheep ژنتیک و اصلاح نژاد دام ژنتیک و اصلاح نژاد دام پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه:  پرورش گوسفند از دیرباز نقش بی‌بدیلی در تأمین منابع ارزشمندی چون گوشت، پشم، شیر و پوست داشته است و همچنان یکی از پایه‌های اصلی صنعت دامپروری محسوب می‌شود. این حیوان، با سازگاری به شرایط اقلیمی مختلف، توانسته است به بخش جدایی‌ناپذیری از زندگی روستایی و عشایری تبدیل شود. در این میان، ژن‌های مؤثر بر صفات رشد و تولید گوسفندان، توجه ویژه‌ای را به خود جلب کرده‌اند. ژن لپتین، به‌عنوان یکی از عوامل کلیدی در این زمینه، نقشی اساسی در تنظیم متابولیسم و سیستم‌های فیزیولوژیکی ایفا می‌کند. لپتین، محصول ژن obese (ob) با وزن مولکولی ۱۶ کیلودالتون، توسط بافت چربی ترشح می‌شود. این هورمون با تأثیر بر مراکز اشتها در هیپوتالاموس، نه‌تنها مصرف غذا را تنظیم می‌کند، بلکه در حفظ تعادل انرژی، باروری و عملکرد ایمنی بدن نیز دخیل است. ساختار ژن لپتین شامل سه اگزون و دو اینترون است که دو اگزون آن به پروتئین ترجمه می‌شوند. تغییرات ژنتیکی یا واریانت‌های موجود در این ژن، می‌توانند منجر به تفاوت‌های قابل‌توجهی در صفات رشد و تولید شوند. مواد و روش‌ها: در این پژوهش، با هدف بررسی نقش ژن لپتین در رشد گوسفندان، ۱۶۹ رأس گوسفند نه‌ماهه نژاد لری-بختیاری (۶۳ رأس نر و ۱۰۶ رأس ماده) و ۱۳۰ رأس گوسفند زل (۳۰ رأس نر و ۱۰۰ رأس ماده) مورد مطالعه قرار گرفتند. نمونه‌گیری از طریق خونگیری انجام شد و صفات بیومتری آن‌ها با دقت اندازه‌گیری گردیدند. داده‌های مرتبط با صفات رشد، شامل وزن تولد، وزن از شیرگیری، وزن شش و نه ماهگی از ایستگاه‌های به‌نژادی جمع‌آوری و برای تحلیل دقیق، ثبت شدند. فرآیند استخراج DNA با استفاده از ۲۵۰ میکرولیتر خون و به‌کارگیری روش نمکی بهینه‌یافته صورت پذیرفت. ارزیابی کیفیت و کمیت DNA استخراج‌شده از طریق اسپکتروفتومتری و الکتروفورز ژل آگارز ۱٪ انجام شد تا صحت و دقت داده‌ها تضمین گردد. پس از واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR)، الگوهای ژنتیکی تعیین گردید و توالی‌یابی دقیق انجام شد. برای بررسی تأثیر ژنوتیپ‌ها بر صفات اندازه‌گیری‌شده، دو مدل حیوانی به کار گرفته شد. در گوسفندان نژاد لری-بختیاری، به&lrm;دلیل هم‌سن بودن دام‌ها، عامل سن از مدل حذف گردید. عوامل ثابت مورد بررسی شامل نحوه تولد (تک‌قلو یا چندقلو بودن)، ماه تولد، سن مادر و ژنوتیپ هر دام بودند. علاوه بر این، اثر هر دام به‌عنوان عاملی تصادفی و میزان هم‌خونی به‌عنوان متغیری مستقل در مدل آماری لحاظ شدند. وزن تولد، وزن از شیرگیری و سن دام در زمان وزن‌کشی سه‌ماهگی نیز به‌عنوان عوامل همبسته در نظر گرفته شدند تا مدل تحلیلی از دقت بالاتری برخوردار باشد. تحلیل آماری داده‌ها با نرم‌افزار SAS 9.12 انجام شد تا نرمال بودن توزیع داده‌ها بررسی شود و در صورت لزوم، اصلاحات لازم صورت پذیرند.  یافته‌ها:  نتایج بررسی‌های ژنتیکی انجام‌شده بر روی نمونه‌های گوسفندان نشان دادند که نمونه‌های DNA برای مراحل بعدی پژوهش مناسب بودند. پس از اجرای فرآیند PCR و استفاده از نشانگر SCCP، هفت الگوی باندی متفاوت شناسایی شدند که نشان‌دهنده تنوع ژنتیکی میان نمونه‌ها بود. تحلیل نتایج توالی‌یابی، پنج ژنوتیپ مختلف را مشخص کرد، که در نژادهای زل و لری‌بختیاری، در جایگاه‌های ۱۰۷ و ۳۱۶ ژن لپتین هیچ‌گونه چندشکلی وجود نداشت. اما در این نژادها، جهش‌های نوکلئوتیدی در موقعیت‌های ۲۷۱، ۳۸۷ و ۴۳۳ شناسایی شدند که منجر به تغییر در اسیدهای آمینه مرتبط گردید. این تغییرات می‌توانند ساختار سه‌بعدی پروتئین لپتین را تحت‌تأثیر قرار دهند و در نتیجه بر عملکرد آن مؤثر باشند. در نژاد زل، تنها جهش نوکلئوتیدی در موقعیت ۳۸۷ مشاهده شد که بیانگر تنوع ژنتیکی کمتر در این نژاد نسبت به لری‌بختیاری است. تحلیل آماری نیز نشان داد که جنسیت، ماه تولد و ژن لپتین تأثیرات معنی‌داری بر صفات مختلف داشتند. به‌طور مشخص، جنسیت بر صفاتی همچون طول بدن، قد، طول دم (P < 0.05)، دور سینه و دور گردن (P < 0.01)، دور شکم، دور ران، دور دم، طول میان، طول چپ و راست دنبه، عرض میانی و پایین دنبه و طول شکاف دنبه (P < 0.05) تأثیرگذار بود. دام‌های نر در بسیاری از این صفات، مقادیر بالاتری را نسبت به دام‌های ماده نشان دادند که می‌تواند به دلایل فیزیولوژیکی و هورمونی باشد. ماه تولد نیز بر وزن تولد و افزایش وزن روزانه (P < 0.01) تأثیر داشت. بره‌های متولد شده در ماه‌های مختلف، به‌دلیل تفاوت در شرایط محیطی مانند دما، رطوبت و دسترسی به منابع غذایی، رشد متفاوتی را نشان دادند. به‌عنوان مثال، بره‌های متولد شده در فصل‌هایی با شرایط آب‌وهوایی مناسب‌تر، افزایش وزن بهتری داشتند. ژن لپتین تأثیر معنی‌داری بر افزایش وزن روزانه، نسبت کلیبر، طول بدن، قد، دور شکم، دور گردن و دور سینه (P < 0.05) نشان داد. این نتایج بیانگر نقش مهم این ژن در فرآیندهای مربوط به رشد و متابولیسم انرژی در گوسفندان هستند. دام‌هایی با ژنوتیپ‌های خاص لپتین، عملکرد بهتری در صفات رشد داشتند که می‌تواند به‌عنوان معیاری در برنامه‌های اصلاح نژادی مورد استفاده قرار گیرد. نتیجه‌گیری: یافته‌های این پژوهش نشان می&lrm;دهند که جهش‌های ژنتیکی در ژن لپتین می‌توانند بر ساختار و عملکرد پروتئین تأثیر بگذارند و در نتیجه، صفات رشد و تولید را در گوسفندان تحت‌تأثیر قرار دهند. در نژاد لری‌بختیاری، بیشترین تنوع ژنتیکی مشاهده شد. در این نژاد، ژنوتیپ یک کمترین و ژنوتیپ سوم بیشترین مقادیر را در صفات مورد مطالعه داشتند، که نشان‌دهنده‌ی تأثیر مثبت برخی ژنوتیپ‌ها بر صفات رشد است. در نژاد زل نیز ژنوتیپ‌های یک، دو و سه شناسایی شدند و بین آن‌ها در صفاتی مانند افزایش وزن روزانه، شاخص کلیبر، طول دم، طول بدن، قد، دور سینه، دور شکم و دور گردن ارتباط معنی‌داری وجود داشت. این نتایج تأکید می‌کنند که حتی در نژادهایی با تنوع ژنتیکی کمتر، شناسایی ژنوتیپ‌های برتر می‌تواند به بهبود صفات اقتصادی مهم کمک کند. به‌طور کلی، این پژوهش نشان می‌دهد که شناسایی و تحلیل دقیق جهش‌های ژنتیکی در ژن لپتین می‌تواند ابزار قدرتمندی برای بهبود برنامه‌های اصلاح نژادی و افزایش بهره‌وری در صنعت دامپروری باشد. استفاده از مارکرهای ژنتیکی مرتبط با صفات رشد، امکان انتخاب هدفمند دام‌های برتر را فراهم می‌کند و می‌تواند به افزایش تولید گوشت با کیفیت، بهبود کارایی تغذیه و ارتقاء صفات تولیدی منجر شود. پیشنهاد می‌شود که تحقیقات بیشتری در زمینه‌ی تأثیر جهش‌های ژنتیکی ژن لپتین بر سایر صفات اقتصادی گوسفندان انجام شوند تا بتوان از اطلاعات به‌دست‌آمده در برنامه‌های به‌نژادی و مدیریت پرورش بهره‌برداری کامل‌تری داشت.  </div> <div style="text-align: justify;"><a name="_Hlk220490091">Extended Abstract</a> <a name="_Hlk220490098">Background</a>: Sheep farming has long played an indispensable role in providing valuable resources, such as meat, wool, milk, and hides, and remains a cornerstone of the livestock industry. This animal, with its adaptability to various climatic conditions, has become an integral part of rural and nomadic life. Among the genetic factors that affect the growth and production traits of sheep, the leptin gene has garnered special attention. Leptin, a key regulator in this context, plays a crucial role in regulating metabolism and physiological systems. Leptin, a product of the obese (ob) gene with a molecular weight of 16 kiloDaltons, is secreted by adipose tissue. This hormone, by acting on appetite centers in the hypothalamus, not only regulates food intake but also contributes to maintaining energy balance, fertility, and immune function. The structure of the leptin gene includes three exons and two introns, two exons of which are translated into protein. Genetic variations or polymorphisms within this gene can lead to significant differences in growth and production traits. Methods: In this study, 169 nine-month-old Lori-Bakhtiari sheep (63 males and 106 females) and 130 Zel sheep (30 males and 100 females) were investigated to examine the role of the leptin gene in sheep growth. Blood sampling was followed by precisely measuring biometric traits. Growth-related data, including birth weight, weaning weight, and six- and nine-month weights, were collected from breeding stations and recorded for detailed analysis. DNA was extracted using 250 microliters of blood and an optimized saline method. The quality and quantity of extracted DNA were assessed through spectrophotometry and 1% agarose gel electrophoresis to ensure accuracy and reliability. Following the polymerase chain reaction (PCR), genetic patterns were determined, and precise sequencing was performed. Two animal models were employed to evaluate the effect of genotypes on the measured traits. In Lori-Bakhtiari sheep, the age factor was excluded from the model due to the uniform age of the animals. Fixed factors examined included birth type (singleton or multiple), birth month, maternal age, and each animal’s genotype. Additionally, the effect of each animal was considered a random factor, and the inbreeding coefficient was treated as an independent variable in the statistical model. Birth weight, weaning weight, and the age of animals at the three-month weighing were considered covariates to enhance model accuracy. Data were analyzed statistically using SAS 9.12 software to verify the normal distribution of data and apply necessary adjustments where required. Results: Genetic analysis conducted on sheep samples indicated that the DNA samples were suitable for further research stages. The PCR process and the use of the SCCP marker could identify seven distinct banding patterns, highlighting genetic diversity among the samples. Sequence analysis revealed five different genotypes, with no polymorphisms detected at positions 107 and 316 of the leptin gene in Zel and Lori-Bakhtiari sheep. However, nucleotide mutations were identified at positions 271, 387, and 433, leading to changes in associated amino acids. These alterations may impact the three-dimensional structure of the leptin protein and consequently influence its functionality. Only a nucleotide mutation at position 387 was observed in the Zel breed, indicating lower genetic diversity than Lori-Bakhtiari sheep. Statistical analysis also demonstrated significant effects of sex, birth month, and the leptin gene on various traits. Specifically, sex had a notable impact on traits such as body length, height, tail length (P < 0.05), chest and neck circumference (P < 0.01), abdominal girth, thigh circumference, tail circumference, mid-length, left and right rump length, mid and lower rump width, and rump cleft length (P < 0.05). Male sheep exhibited higher values in many of these traits than females, which can be attributed to physiological and hormonal factors. Birth month also influenced birth weight and daily weight gain (P < 0.01). Lambs born in different months exhibited growth variations due to environmental factors, such as temperature, humidity, and feed availability. For example, lambs born in favorable climatic conditions demonstrated better weight gain. The leptin gene significantly affected daily weight gain, Kleiber ratio, body length, height, abdominal girth, neck circumference, and chest circumference (P < 0.05). These results underscore the critical role of this gene in growth-related processes and energy metabolism in sheep. Animals with specific leptin genotypes showed superior growth performance, making them potential candidates for selective breeding programs. Conclusion: The findings of this study demonstrate that genetic mutations in the leptin gene can influence the structure and function of the protein, thereby affecting growth and production traits in sheep. The highest genetic diversity was observed in the Lori-Bakhtiari breed. In this breed, genotype 1 exhibited the lowest values, while genotype 3 showed the highest values in the studied traits, indicating a positive impact of certain genotypes on growth characteristics. Genotypes 1, 2, and 3 were identified in the Zel breed, with significant correlations among them in traits such as daily weight gain, Kleiber ratio, tail length, body length, height, chest circumference, abdominal girth, and neck circumference. These results highlight that, even in breeds with lower genetic diversity, identifying superior genotypes can contribute to the enhancement of key economic traits. Overall, this study underscores that precise identification and analysis of genetic mutations in the leptin gene can serve as a powerful tool for improving breeding programs and boosting efficiency in the livestock industry. The use of genetic markers associated with growth traits facilitates the targeted selection of superior animals, leading to increased high-quality meat production, improved feed efficiency, and enhanced productive traits. Further research is recommended to explore the effects of leptin gene mutations on additional economically relevant traits in sheep, ensuring optimal utilization of the acquired data in breeding strategies and livestock management.  </div> لپتین, گوسفند, اگزون سه, صفات رشد Exon three, Growth traits, Leptin, Sheep 1 12 http://rap.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-185-13&slc_lang=fa&sid=1 Parviz Azizi پرویز عزیزی azizi.p88@gmail.com 100319475328460025983 100319475328460025983 Yes 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 100319475328460025984 100319475328460025984 No College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran پردیس کشاورزی و منابع طبیعی،‌ دانشگاه تهران، کرج، ایران Mohammad Moradi shahrbabak محمد مرادی شهربابک moradim@ut.ac.ir 100319475328460025985 100319475328460025985 No College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran پردیس کشاورزی و منابع طبیعی،‌ دانشگاه تهران، کرج، ایران Zeynab Aslezare Razlighi زینب اصل زارع رازلیقی zeynab.aslzare@ut.ac.ir 100319475328460025986 100319475328460025986 No College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran پردیس کشاورزی و منابع طبیعی،‌ دانشگاه تهران، کرج، ایران