دوره 12، شماره 34 - ( زمستان 1400 )
جلد 12 شماره 34 صفحات 184-172 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Tamroosi A, Dashab G R, Banabazi M H, Maghsoudi A. (2021). Bioinformatics Study of mtDNA Genes in Two Subspecies of Holstein (Bos taurus) and Cholistani (Bos indicus) Cattle Using RNA-Seq Data. Res Anim Prod. 12(34), 172-184. doi:10.52547/rap.12.34.172
URL: http://rap.sanru.ac.ir/article-1-1226-fa.html
URL: http://rap.sanru.ac.ir/article-1-1226-fa.html
تمروسی احمد، داشاب غلامرضا، بناء بازی محمد حسین، مقصودی علی. مطالعه بیوانفورماتیکی ژنوم میتوکندری در دو زیرگونه گاو هلشتاین (Bos taurus) و کلیستانی (Bos indicus) با استفاده از داده های RNA-Seq پژوهشهاي توليدات دامي 1400; 12 (34) :184-172 10.52547/rap.12.34.172
1- گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران
2- بخش پژوهشهای بیوتکنولوژی، موسسه تحقیقات علوم دامی کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج
3- گروه علوم دامی و بیوانفورماتیک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران
2- بخش پژوهشهای بیوتکنولوژی، موسسه تحقیقات علوم دامی کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج
3- گروه علوم دامی و بیوانفورماتیک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران
چکیده: (2672 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: ظهور نسل جدید توالییابی ترانسکریپتوم به بهبود صحت کلی پیشبینی بیان ژنهای مختلف با استفاده از توالیهای کوتاه RNA-Seq کمک کرده است.این فناوری میتواند یک دیدگاه جامعتری نسبت به ژنومیک عملکردی در بسیاری از گونهها با یک توالی ژن منحصر به فرد داشته باشد. هدف از انجام تحقیق حاضر بررسی دلایل ساختاری بیان متفاوت ژن های میتوکندری در دو زیرگونه گاو هلشتاین و کلیستانی شامل ژن های ND3، ND4، ND4L،ND5 و ND6 بود که در فرآیندهای مهمی از جمله متابولیسم انرژی در مقابله با تنش های زیستی و غیرزیستی و نیز مقاومت به بیماری نقش دارند.
مواد و روشها: در این مطالعه از داده های RNA-Seq مربوط به ادغام 40 نمونه از مرکز گاو شیری دانشگاه ویسکانسین آمریکا (Bos taurus) و 45 گاو ماده کلیستانی (Bos indicus) در مزرعه گوجایتپیر شهر باهاوالپور واقع در ایالت پنجاب پاکستان استفاده شد. برای انجام این مطالعه جهت بررسی سطح پوشش ترانسکریپتومی و اختلافات ژنتیکی در بین پنج ژن میتوکندری که شامل نواحی چندشکلی، نواحی حذف و اضافه، نواحی اتصال و درصد انواع جایگزینیهای نوکلئوتیدی انتقالی و تقاطعی از نرم افزارهای IGB، MEGA6و DnaSPV.5 استفاده شد.
یافتهها: بیشترین ناحیه و طول حذف در تمام ژنهای مورد مطالعه مربوط به ژنوم هلشتاین و بیشترین طول و ناحیه اتصال مربوط به گاو کلیستانی بود. بیشترین تعداد نواحی حذف در گاوهای هلشتاین و کلیستانی مربوط به ژن ND4 به ترتیب با 74 و 66 نقطه و کمترین نواحی حذف مربوط به ND4L به ترتیب با 9 و 4 ناحیه حذف بودند. ژنهای ND4 و ND4L هیچ ناحیه اتصال نداشتند، اما ژن های ND5 و ND6 در دو نژاد هلشتاین و کلیستانی بهترتیب با 1 و 2 ناحیه اتصال موجب افزایش ژنوم به ترتیب با طول 11 و 22 جفت باز شدند. بالاترین سطح پوشش ترانسکریپتومی در ژن های ND3 و ND4 و کمترین پوشش در جایگاه ژن ND6 مشاهده شد. تعداد نواحی چندشکل در جایگاه ND5 بیشتر از سایر ژن ها و برابر با 38 ناحیه چندشکلی بود. همچنین، نتایج نشان داد که درصد جانشینی انتقالی در بازها بیشتر از جانشینی تقاطعی هست که می تواند دلیل پایداری تغییرات در طی تکامل باشند. بنابراین، برخی از دلایل ساختاری ژن های میتوکندری که در دو زیرگونه هلشتاین و کلیستانی بیان متفاوت داشتند، می تواند مربوط به حذف و اضافه، نواحی چندشکلی، سطح پوشش ترانسکریپتومی و نوع و میزان جایگزینی های انتقالی و تقاطعی باشند که در طی تکامل دو زیرگونه بوجود آمده است.
نتیجهگیری: انتخاب شدید برای تولید شیر در گاوهای هلشتاین نسبت به نژاد کلیستانی منجر به کاهش طول ژنوم میتوکندری و تغییرات در ساختار نوکلئوتیدی برخی ژن های میتوکندری شده که نتیجه آن تغییر بیان ژن ها و عکس العمل متفاوت به شرایط متفاوت محیطی می باشد.
مقدمه و هدف: ظهور نسل جدید توالییابی ترانسکریپتوم به بهبود صحت کلی پیشبینی بیان ژنهای مختلف با استفاده از توالیهای کوتاه RNA-Seq کمک کرده است.این فناوری میتواند یک دیدگاه جامعتری نسبت به ژنومیک عملکردی در بسیاری از گونهها با یک توالی ژن منحصر به فرد داشته باشد. هدف از انجام تحقیق حاضر بررسی دلایل ساختاری بیان متفاوت ژن های میتوکندری در دو زیرگونه گاو هلشتاین و کلیستانی شامل ژن های ND3، ND4، ND4L،ND5 و ND6 بود که در فرآیندهای مهمی از جمله متابولیسم انرژی در مقابله با تنش های زیستی و غیرزیستی و نیز مقاومت به بیماری نقش دارند.
مواد و روشها: در این مطالعه از داده های RNA-Seq مربوط به ادغام 40 نمونه از مرکز گاو شیری دانشگاه ویسکانسین آمریکا (Bos taurus) و 45 گاو ماده کلیستانی (Bos indicus) در مزرعه گوجایتپیر شهر باهاوالپور واقع در ایالت پنجاب پاکستان استفاده شد. برای انجام این مطالعه جهت بررسی سطح پوشش ترانسکریپتومی و اختلافات ژنتیکی در بین پنج ژن میتوکندری که شامل نواحی چندشکلی، نواحی حذف و اضافه، نواحی اتصال و درصد انواع جایگزینیهای نوکلئوتیدی انتقالی و تقاطعی از نرم افزارهای IGB، MEGA6و DnaSPV.5 استفاده شد.
یافتهها: بیشترین ناحیه و طول حذف در تمام ژنهای مورد مطالعه مربوط به ژنوم هلشتاین و بیشترین طول و ناحیه اتصال مربوط به گاو کلیستانی بود. بیشترین تعداد نواحی حذف در گاوهای هلشتاین و کلیستانی مربوط به ژن ND4 به ترتیب با 74 و 66 نقطه و کمترین نواحی حذف مربوط به ND4L به ترتیب با 9 و 4 ناحیه حذف بودند. ژنهای ND4 و ND4L هیچ ناحیه اتصال نداشتند، اما ژن های ND5 و ND6 در دو نژاد هلشتاین و کلیستانی بهترتیب با 1 و 2 ناحیه اتصال موجب افزایش ژنوم به ترتیب با طول 11 و 22 جفت باز شدند. بالاترین سطح پوشش ترانسکریپتومی در ژن های ND3 و ND4 و کمترین پوشش در جایگاه ژن ND6 مشاهده شد. تعداد نواحی چندشکل در جایگاه ND5 بیشتر از سایر ژن ها و برابر با 38 ناحیه چندشکلی بود. همچنین، نتایج نشان داد که درصد جانشینی انتقالی در بازها بیشتر از جانشینی تقاطعی هست که می تواند دلیل پایداری تغییرات در طی تکامل باشند. بنابراین، برخی از دلایل ساختاری ژن های میتوکندری که در دو زیرگونه هلشتاین و کلیستانی بیان متفاوت داشتند، می تواند مربوط به حذف و اضافه، نواحی چندشکلی، سطح پوشش ترانسکریپتومی و نوع و میزان جایگزینی های انتقالی و تقاطعی باشند که در طی تکامل دو زیرگونه بوجود آمده است.
نتیجهگیری: انتخاب شدید برای تولید شیر در گاوهای هلشتاین نسبت به نژاد کلیستانی منجر به کاهش طول ژنوم میتوکندری و تغییرات در ساختار نوکلئوتیدی برخی ژن های میتوکندری شده که نتیجه آن تغییر بیان ژن ها و عکس العمل متفاوت به شرایط متفاوت محیطی می باشد.
فهرست منابع
1. Banabazi, M.H., M. Ghaderi-Zefrehei, I. Imumorin and S. Peters. 2013. Whole transcriptome value index (WTVI): A methodology for integrating functional sequences from RNA-Seq data into animal selection. 21st International Conference on Plant and Animal Genome, 12-16 pp, San Diego, United States.
2. Bao, H., C. Zhao, L. Zhang, J. Li and C. Wu. 2008. Single-nucleotide polymorphisms of mitochondrially coded subunit genes of cytochrome c oxidase in five chicken breeds: Full-Length Research Paper. DNA Sequence, 19(5): 461-464. [DOI:10.1080/19401730802449212]
3. Barazandeh, A., M.R. Mohammadabadi, M. Ghaderi-Zefrehei, F. Rafeied and I.G. Imumorin. 2019. Whole genome comparative analysis of CpG islands in camelid and other mammalian genomes. Mammalian Biology, 98: 73-79. [DOI:10.1016/j.mambio.2019.07.007]
4. Bradley, D.G., D.E. MacHugh, P. Cunningham and R.T. Loftus. 1996. Mitochondrial diversity and the origins of African and European cattle. Proc. Natl Acad. Science, 93: 5131-5135. [DOI:10.1073/pnas.93.10.5131]
5. Cai, X., H. Chen, C. Lei, S. Wang, K. Xue and B. Zhang. 2007. mtDNA diversity and genetic lineages of eighteen cattle breeds from Bos taurus and Bos indicus in China. Genetica, 131(2): 175-183. [DOI:10.1007/s10709-006-9129-y]
6. Chen, Y.F., C.H. Kao, Y.T. Chen, C.H. Wang, C.Y. Wu, C.Y. Tsai, F.C. Liu, C.W. Yang, Y.H.Wei, M.T. Hsu, S.F. Tsai and T.F.Tsai. 2009. Cisd2 deficiency drives premature aging and causes mitochondria-mediated defects in mice. Genes & Development, 23(10): 1183-1194. [DOI:10.1101/gad.1779509]
7. Cloonan, N., A.R. Forrest, G. Kolle, B.B.A. Gardiner, G.J. Faulkner, M.K. Brown, D.F. Taylor, A.L. Steptoe, S. Wani, G. Bethel, A.J. Robertson, A.C. Perkins, S.J. Bruce, C.C. Lee, S.S. Ranade, H.E. Peckham, J.M. Manning, K.J. McKernan and S.M. Grimmond. 2008. Stem cell transcriptome profiling via massivescale mRNA sequencing. Nature Methods, 5: 613-619. [DOI:10.1038/nmeth.1223]
8. Cooper, G.M. and R.E. Hausman. 2007. The cell: a molecular approach. 4th edition Washigton, D.C., Sunderland, Mass., ASM Press.
9. Faure, E. and J.P. Casanova. 2006. Comparison of chaetognath mitochondrial genomes and phylogenetical implications. Mitochondrion, 6(5): 258-262. [DOI:10.1016/j.mito.2006.07.004]
10. Freese, N.H., D.C. Norris and A.E. Loraine. 2016. Integrated genome browser: Visual analytics platform for genomics. Bioinformatics, 32(14): 2089-2095. [DOI:10.1093/bioinformatics/btw069]
11. Fries, R. and A. Ruvinsky. 1999. The Genetics of Cattle. New York: CABI Publising.
12. Gray, M.W. 2012. Mitochondrial evolution. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 4(9): a011403. [DOI:10.1101/cshperspect.a011403]
13. Hanotte, O. and H. Jianlin. 2005. Genetic characterization of livestock populations and its use in conservation decision-making. Villa Gualino, Turin, Italy-5-7 March, 131-136.
14. Helmer, D., L. Gourichon, H. Monchot, J. Peters and M. Segui. 2005. Identifying early domestic cattle from Pre-Pottery Neolithic sites on the Midddle Euphratesusing sexual dimorphism. In The first steps of animal domestication: new archaeozoological approaches (eds J.-D. Vigne, D. Helmer & J. Peters), 86-95 pp. Oxford, UK: Oxbow Books.
15. Huang, W., A. Nadeem, B. Zhang, M. Babar, M. Soller and H. Khatib. 2012. Characterization and comparison of the leukocyte transcriptomes of three cattle breeds. PLoS One, 7(1): e30244. [DOI:10.1371/journal.pone.0030244]
16. Kujoth, G.C., P.C. Bradshaw, S. Haroon and T.A. Prolla. 2007. The role of mitochondrial DNA mutations in mammalian aging. PLoS Genetics, 3(2): e24. [DOI:10.1371/journal.pgen.0030024]
17. Lee, D.J. and C.P. Hong. 2019. Transcriptome atlas by long-read RNA sequencing: Contribution to a reference transcriptome, transcriptome analysis, Miroslav Blumenberg, IntechOpen, DOI: 10.5772/intechopen.84920. Available from: https://www.intechopen.com/chapters/65985
18. Lenstra, J.A. and D.G. Bradley. 1999. Systematics and phylogeny of cattle. In: Fries, R., A. Ruvinsky (eds) The Genetics of Cattle, CAB Int: Wallingford, 1-14 pp.
19. Levin, J., X. Adiconis, M. Yassour, D. Thompson, M. Guttman, M. Berger and A. Regev. 2010. Development and evaluation of RNA-Seq methods. Genome Biology, 11(Suppl 1): 1-1. [DOI:10.1186/gb-2010-11-s1-p26]
20. Librado, P. and J. Rozas. 2009. DnaSP v5: software for comprehensive analysis of DNA polymorphism data. Journal of Bioinformatics, 25: 1451-1452. [DOI:10.1093/bioinformatics/btp187]
21. Loftus, R.T., D.E. MacHugh, D.G. Bradley, P.M. Sharp and P. Cunningham. 1994. Evidence for two independent domestications of cattle. Proc. National Academy of Sciences, 91: 2757-2761. [DOI:10.1073/pnas.91.7.2757]
22. Mannen, H., M. Kohno, Y. Nagata, S. Tsuji, D.G. Bradley, J.S. Yeo, D. Nyamsamba, Y. Zagdsuren, M. Yokohama, K. Nomura and T. Amano. 2004. Independent mitochondrial origin and historical genetic differentiation in north eastern Asian cattle. Molecular Phylogenetic Evolution, 32: 539-544. [DOI:10.1016/j.ympev.2004.01.010]
23. Marguerat, S. and A. Bähler. 2010. RNA-seq: from technology to biology. Cellular and Molecular Life Sciences, 67(4): 569-579. [DOI:10.1007/s00018-009-0180-6]
24. Moradian, H., A.K. Esmailizadeh, M. Asadi and M.R. Mohammadabadi. 2019. Whole genome detection of recent selection signatures in Sarabi cattle: a unique Iranian taurine breed. Genes & Genomics, 96(11): 1-13.
25. Salimpour, M. 2016. Differential gene expression analysis between the Holstein and Cholistani (a Pakistani breed) population using RNA sequencing (RNA-seq). University of Tehran, IRAN.
26. Salimpour, M., S.R. Miraei-Ashtiani and M.H. Banabazi. 2019. Differential gene expression of two bovine Bos Taurus (Holstein) and Bos Indicus (Cholistani) sub-species using RNA-Seq data. Iranian Journal of Animal Science, 50(1): 47-55 (In Persian).
27. Tamura, K. and M. Nei. 1993. Estimation of the number of nucleotide substitutions in the control region of mitochondrial DNA in humans and chimpanzees. Molecular Biology and Evolution, 10: 512-526.
28. Tamura, K., G. Stecher, D. Peterson, A. Filipski and S. Kumar. 2013. MEGA6: Molecular evolutionary genetics analysis version 6.0. Molecular Biology and Evolution, 30(12): 2725-2729. [DOI:10.1093/molbev/mst197]
29. Tang, F., C. Barbacioru, Y. Wang, E. Nordman, C. Lee, N. Xu, X. Wang, J. Bodeau, B.B. Tuch, A.K. SiddiquiLao and and M.A. Surani. 2009. mRNA-Seq whole-transcriptome analysis of a single cell. Nature Methods, 6(5): 377. [DOI:10.1038/nmeth.1315]
30. Troy, C.S., D.E. MacHugh, J.F. Bailey, D.A. Magee, R.T. Loftus, P. Cunningham, A.T. Chamberlain, B.C. Sykes and D. G. Bradley. 2001. Genetic evidence for Near-Eastern origins of European cattle. Nature, 410: 1088-1091. [DOI:10.1038/35074088]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
