دوره 15، شماره 2 - ( تابستان 1403 )                   جلد 15 شماره 2 صفحات 20-11 | برگشت به فهرست نسخه ها


XML English Abstract Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

Roudbari Z, Eskandarynasab S, Mohamadabadi M, Mokhtari M. (2024). Analyzing the Transcript Response of Broiler Hypothalami under Thermal Stress and Investigating the Protein Network and Signaling Pathways. Res Anim Prod. 15(2), 11-20. doi:10.61186/rap.15.2.11
URL: http://rap.sanru.ac.ir/article-1-1384-fa.html
رودباری زهرا، اسکندری نسب سعیده، محمدآبادی محمدرضا، مختاری مرتضی. واکاوی پاسخ رونوشت هیپوتالاموس مرغ گوشتی تحت تنش حرارتی و بررسی شبکه‎ های پروتئینی و مسیرهای سیگنال‎ دهی پژوهشهاي توليدات دامي 1403; 15 (2) :20-11 10.61186/rap.15.2.11

URL: http://rap.sanru.ac.ir/article-1-1384-fa.html


1- گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران & گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران
2- گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران و گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران
3- گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران و گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران
4- گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران و گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران
چکیده:   (696 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: استفاده از روش‌های بهبود ژنتیکی پرندگانی را ایجاد کرده است که میتوانند با تولید گوشت و تخممرغ بخش مهمی از نیازهای غذایی انسان را تأمین کنند. دستیابی به بیشترین ظرفیت ژنتیکی نیازمند فراهم نمودن محیطی مناسب است. در صنعت پرورش طیور، تنش گرمایی چالش بزرگی است، زیرا بر میزان تولید و رشد طیور تاثیر منفی داشته و در نتیجه سود اقتصادی پرورش دهندگان را کاهش میدهد. سازگاری به تنش گرمایی تحت تاثیر عوامل مختلفی است. توانایی در ایجاد هومئوستازی با تغییر بیان ژن باعث جبران آسیبهای برون سلولی شده و میتواند شرایط فیزیولوژیکی بدن را پس از بازگشت به ناحیه دمایی مناسب متعادل سازد. پرندگان اهلی فقط در دامنه دمایی بین 24-18 درجه سانتیگراد قادر به زندگی سالم خود میباشند و هرگونه افزایش دمای بالاتر از این دامنه سبب افزایش مرگ و میر در جوجهها می‌شود. علت افزایش مرگ و میر بهدلیل نقش سرکوبکنندگی گرما بر سیستم ایمنی و تضعیف مقاومت حیوان گزارش شده است. علاوه بر این تنش گرمایی باعث افزایش ترشح هورمون آزاد کننده کورتیکوپروتین و متقابلاً افزایش کورتیکواسترون خون میباشد، که زمینهساز تغییرات سازوکارهای ملکولی طی تنش است. لذا، مطالعه این چالش از جنبه‌های مختلف می‌تواند بسیار سودمند باشد. بدینمنظور پژوهش کنونی با هدف شناسایی کمپلکسهای پروتئینی و مسیرهای سیگنالدهی مهم تنظیم شونده توسط ژن های متفاوت بیان در شرایط تنش گرمایی در هیپوتالاموس جوجههای گوشتی انجام شد.
مواد و روشها: در پژوهش حاضر برای واکاوی پاسخ سیستماتیک رونوشت هیپوتالاموس مرغ به تنش حرارتی دادههای پروفایل بیانی 8 بافت هیپوتالاموس مرغ (4 مرغ تحت تنش گرمایی و 4 مرغ در شرایط بدون تنش) با شماره دسترسی GSE37400 از پایگاه داده GEO استخراج شدند. دادههای ریزآرایه موجود شامل دادههای خام پردازش نشده بودند که با استفاده از نرمافزار GEO2R کنترل کیفیت و نرمالسازی انجام شدند. معیار انتخاب ژنهای متفاوت بیان، 0/05>P-value و (0/5-< LogFC <0/5) در نظر گرفته شد. در پژوهش کنونی ساخت شبکه تنظیم بیان ژن و مطالعه روابط بین ژنهای دخیل در تنش گرمایی جوجه­ های گوشتی با استفاده از نرم‌افزار Cytoscape و منبع STRING انجام شد. پس از ترسیم شبکه محل­ های متراکم شبکه، که به خوشه ­های پروتئینی موسوماند، با استفاده از افزونه CytoCluster که قابلیت مشخص کردن محلهای پرتراکم را دارد، تعیین و بررسی شدند. پس از شناسایی و مشخص شدن ژنهایی با تراکم بالا، برای شناسایی مسیرهای زیستی از پایگاه دادهای DAVID استفاده شد.
یافتهها: واکاوی دادههای ریزآرایه نشان داد از تعداد 43607 پروب استخراج شده، پس از حذف ژنهای تکراری و خارج از سطح معنیداری، 593 ژن متفاوت بیان شناسایی شد و فهرست ژنها تهیه گردید. سپس همه ژنهای انتخاب شده به نرمافزار STRING معرفی شدند و شبکه ژنی آنها با حداقل امتیاز تعامل مورد نیاز 0/4 در نظر گرفته شد و 149 ژن تشکیل شبکه دادند. بررسی بیشتر ژنهای دارای اثر تنظیم شوندگی بالاتر و معنیدار مرتبط با تنش گرمایی منجر به شناسایی ژنهایی تأثیرگذار بر فرایند مذکور گردید. واکاوی فعالیت عملکردی ژن­ های تشکیل دهنده شبکه نشان داد، برخی از ژنهای شناسایی شده در تنظیم مثبت ایمنی با واسطه سلول T، مسیر سیگنالدهی  WNTو MAPK و برخی دیگر نیز در فاگوسیتوز و فعالیت سلولهای NK (سلولهای کشنده طبیعی) نقش دارند. تنش گرمایی در جوجههای گوشتی باعث کاهش فعالیت سلولهای NK میشود که نشاندهنده افزایش سطح هورمون کورتیکوسترون است. کورتیکواسترونها باعث کاهش ترشح هورمونهای تیروئید T3) و(T4  میشوند که این هورمون‌ها مسئول کنترل دما و متابولیسم بدن هستند و در نتیجه حساسیت جوجه گوشتی به تنش گرمایی را افزایش میدهند و همچنین برخی دیگر نیز در هموستازی گلوکز نقش دارند. افزایش گلوکز خون ممکن است بخشی از پاسخ جنگ یا گریز باشد که به بقای جوجهها کمک میکند، پرندگانی که از یک عامل تنشزا جان سالم به در میبرند سطوح بالاتری از گلوکز در گردش دارند. تنش گرمایی مسیرهای ملکولی را در سلول در پاسخ به شرایط تنش تنظیم میکند و هموستازی سلول و بافتها را تغییر میدهد. این تغییرات بر فیزیولوژی بافت و در نتیجه توانایی تولید جوجه تأثیر میگذارد. اطلاعات بهدست آمده از واکاوی مسیرهای بیولوژیکی کمپلکسهای پروتئینی نشان داد بعضی از ژنهای دخیل در کمپلکس پروتئینی بر روی چرخه سلولی تأثیرگذار هستند. چرخه سلولی مجموعهای از فرآیندهای بسیار منظم است که منجر به تولید سلول میشود. تنش گرمایی باعث توقف چرخه سلولی در مهره‌داران و ساز و کار جدیدی از مقاومت در برابر تنش می‌شود.
نتیجهگیری: واکاوی فعالیت عملکردی ژنهای وارد شده به شبکه نشان داد که پاسخ ایمنی ذاتی و مرگ سلولی ناشی از تنش گرمایی پیچیده است، برخی از ژنهای شناسایی شده در تنظیم مثبت ایمنی با واسطه سلول T، مسیرهای سیگنالدهی VEGF،  WNTو MAPK میباشند. پژوهش کنونی با معرفی پانل بیومارکری که شامل ژنهای MAPK14، NT3، SOX2، YAP1، FGF2، LRRK1، LEF1 و TLE1 میباشد، میتواند در درک ساز و کارهای مولکولی زیربنایی پاسخ به تنش در طیور و کشف ژن‌های جدیدی مؤثر باشد که به شیوه‌ای خاص تحت تنش حرارتی تنظیم می‌شوند.

 
متن کامل [PDF 658 kb]   (110 دریافت)    
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: ژنتیک و اصلاح نژاد طیور
دریافت: 1402/2/15 | پذیرش: 1402/10/4

فهرست منابع
1. Abbasi, A., Hashemi, R., Hassani, S., & Ebrahimi, M. (2021) Growth Response and Humoral Immunity of Broiler Chickens Fed Organic Acids and Zeolite Coated with Silver Nanoparticles under Heat Stress Conditions. Research on Animal Production,12 (33) ,113-123. (In Persian). https://doi.org/10.52547/rap.12.33.113 [DOI:10.52547/rap.12.33.113.]
2. Agapito, G., Milano, M., & Cannataro, M. (2022). A statistical network pre-processing method to improve relevance and significance of gene lists in microarray gene expression studies. BMC bioinformatics, 23(6), 1-20. [DOI:10.1186/s12859-022-04936-z]
3. Bao, J. W., Qiang, J. Y., Tao, F., Li, H. X., He, J., Xu, P. & Chen, D. J. (2018). Responses of blood biochemistry, fatty acid composition and expression and microRNAs to heat stress in genetically improved farmed tilapia (Oreochromis niloticus), Journal of thermal biology, 73, 91-93. https://doi.org/10.1016/j.jtherbio.2018.02.007 [DOI:10.1016/j.jtherbio.2018.02.007.]
4. Birey, F., Kloc, M., Chavali, M., Hussein, I., Wilson, M., Christoffel, D. J. & Aguirre, A. (2015). Genetic and stress-induced loss of NG2 glia triggers emergence of depressive-like behaviors through reduced secretion of FGF2, Neuron, 88(5), 941-956. [DOI:10.1016/j.neuron.2015.10.046]
5. Chen, Z., Xie, J., Wang, B., & Tang, J. (2014). Effect of γ-aminobutyric acid on digestive enzymes, absorption function, and immune function of intestinal mucosa in heat-stressed chicken. Poultry Science, 93(10), 2490-2500. https://doi.org/10.3382/ps.2013-03398 [DOI:10.3382/ps.2013-03398.]
6. Cheng, C. Y., W. Tu, L. S., Wang, H. P., Tang, C., Chen, C. F., Chen, H. H., &. Huang, S. Y. (2015). Annotation of differential gene expression in small yellow follicles of a broiler-type strain of Taiwan country chickens in response to acute heat stress. PloS one, 10(11), e0143418. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0143418 [DOI:10.1371/journal.pone.0143418.]
7. Cheruiyot, E. K., Haile-Mariam, M. B., Cocks, G. I., MacLeod, M., Xiang, R., & Pryce, J. E. (2021). New loci and neuronal pathways for resilience to heat stress in cattle. Scientific reports, 11(1), 1-16. [DOI:10.1038/s41598-021-95816-8]
8. Doncheva, N. T., Morris, J. H., Gorodkin, J., & Jensen, L. J. (2018). Cytoscape StringApp: network analysis and visualization of proteomics data. Journal of proteome research, 18(2), 623-632. 10.1021/acs.jproteome.8b00702. [DOI:10.1021/acs.jproteome.8b00702]
9. Garcia, R., Merino, D. J., Gómez, M. J., Nistal, F. M., Hurlé, A. A., Cortajarena, L., & Villar, A. V. (2016). Extracellular heat shock protein 90 binding to TGFβ receptor I participates in TGFβ-mediated collagen production in myocardial fibroblasts. Cellular Signalling, 28(10), 1563-1579. https://doi.org/10.1016/j.cellsig.2016.07.003 [DOI:10.1016/j.cellsig.2016.07.003.]
10. Hao, Y., Liu, J.R., Zhang, Y., Yang, P. G., Feng, Y. J., Cui, Y. J., & Gu, X. H. (2016). The micro RNA expression profile in porcine skeletal muscle is changed by constant heat stress. Animal genetics, 47(3), 365-369. https://doi.org/10.1111/age.12419 [DOI:10.1111/age.12419.]
11. He, X., Lu, Z. B., Ma, L., Zhang, J., Li, Y., Jiang, & Gao, F. (2019). Chronic heat stress alters hypothalamus integrity, the serum indexes and attenuates expressions of hypothalamic appetite genes in broilers. Journal of thermal biology, 81, 110-117. https://doi.org/10.1016/j.jtherbio.2019.02.025 [DOI:10.1016/j.jtherbio.2019.02.025.]
12. Huang, Z., Ma, A., Yang, X., Liu, T., Zhao, J., Zhang, L., & Xu, R. (2020). Transcriptome analysis and weighted gene co-expression network reveals potential genes responses to heat stress in turbot Scophthalmus maximus. Comparative Biochemistry and Physiology Part D, Genomics and Proteomics, 33, 100632. https://doi.org/10.1016/j.cbd.2019.100632 [DOI:10.1016/j.cbd.2019.100632.]
13. Jiang, X., Maruyama, H., Iwasa, K., Arimoto-Matsuzaki, H., Nishina, J., & Hata, Y. (2021). Heat shock induces the nuclear accumulation of YAP1 via SRC. Experimental Cell Research, 399(1), 112439. https://doi.org/10.1016/j.yexcr.2020.112439 [DOI:10.1016/j.yexcr.2020.112439.]
14. Khodaei, M., Ghasemi H.A., & Salehizadeh, A. (2022). Effect of Different Levels of a Blended Supplement Including Probiotics, Prebiotics and Enzymes on Productive Performance, Blood Metabolites, Hormonal Profile and Antioxidant Status of Laying Hens. research on Animal Production, 13(38), 128-137. (in Persian). https://doi.org/ 10.52547/rap.13.38.128. https://doi.org/10.52547/rap.13.38.128 [DOI:10.52547/rap.13.38.128.]
15. Larkindale, J., & Knight, M. R. (2002). Protection against heat stress induced oxidative damage in Arabidopsis involves calcium, abscisic acid, ethylene, and salicylic acid. Plant physiology, 128(2), 682-695. https://doi.org/10.1104/pp.010320 [DOI:10.1104/pp.010320. (In Persian).]
16. Li, M., Li, D., Tang, Y., Wu, F., & Wang, J. (2017). CytoCluster: a cytoscape plugin for cluster analysis and visualization of biological networks. International journal of molecular sciences, 18(9), 1880. 10.3390/ijms18091880. [DOI:10.3390/ijms18091880]
17. Lucio, A., Alves, K. A., Alves, M. C., Martins, L. S., Braga, L., Miglio, L., & Beletti, M. E. (2016). Selected sperm traits are simultaneously altered after scrotal heat stress and play specific roles in in vitro fertilization and embryonic development. Theriogenology, 86(4), 924-933. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2016.03.015 [DOI:10.1016/j.theriogenology.2016.03.015.]
18. Mehmood, K., Zhang, K., Li, L., Wang, M. U., Rehman, F., Nabi, H., & Li, J. (2018). Effect of tetramethylpyrazine on tibial dyschondroplasia incidence, tibial angiogenesis, performance and characteristics via HIF-1α/VEGF signaling pathway in chickens. Scientific reports, 8(1), 1-10. https://doi.org/10.1038/s41598-018-20562-3 [DOI:10.1038/s41598-018-20562-3.]
19. Merya, J., Mohit, A., Hasanzadeh, M., & Shahbazee, B. (2015). Effect of tryptophan, melatonin and dark diet on performance and blood parameters of broilers under heat stress. Research on Animal Production, 6(12), 70-78. (In Persian).
20. Mitchell, J. B., Dugas, B. K., Mcfarlin, J., & Nelson, M. J. (2002). Effects of exercise, heat stress. And hydration on immune cell number and function. Medicine and Science in sports and exercise, 34(12), 1941-1950. https://doi.org/ 10.1249/01.MSS.0000039070.40418.90. https://doi.org/10.1097/00005768-200212000-00013 [DOI:10.1249/01.MSS.0000039070.40418.90.]
21. Mohammadabadi M. R., Kheyrodin, H., & Latifi Babenko, A. (2022). mRNA expression profile of DNAH1 gene in testis tissue of Raini Cashmere goat. Agricultural Biotechnology Journal, 14 (3), 243-256. (in Persian) [DOI:10.22103/jab.2022.20199.1428.]
22. Nakai, A., & Ishikawa, T. (2001). Cell cycle transition under stress conditions controlled by vertebrate heat shock factors. The EMBO Journal, 20(11), 2885-2895. https://doi.org/10.1093/emboj/20.11.2885 [DOI:10.1093/emboj/20.11.2885.]
23. Naseer, Z., Ahmad, E., Epikmen, U., Uçan, M., & Akosy, M. (2017). Quercetin supplemented diet improves follicular development, oocyte quality, and reduces ovarian apoptosis in rabbits during summer heat stress. Theriogenology, 96, 136-141. https://doi.org/10.1016/j.theriogenology.2017.03.029 [DOI:10.1016/j.theriogenology.2017.03.029.]
24. Quinteiro-Filho, M., Rodrigues, A., Ribeiro, V., Ferraz-de-Paula, M. L., Pinheiro, L., & Palermo-Neto, J. (2015). Acute heat stress impairs performance parameters and induces mild intestinal enteritis in broiler chickens, role of acute hypothalamic-pituitary-adrenal axis activation. Journal of animal science, 90(6), 1986-1994. https://doi.org/10.2527/jas.2011-3949 [DOI:10.2527/jas.2011-3949.]
25. Rajaei-Sharifabadi, H., Ellestad, T., Porter, A., Donoghue, W., Bottje, G., & Dridi, S. (2017). Noni (Morinda citrifolia) modulates the hypothalamic expression of stress-and metabolic-related genes in broilers exposed to acute heat stress. Frontiers in genetics, 8, 192. https://doi.org/10.3389/fgene.2017.00192 [DOI:10.3389/fgene.2017.00192.]
26. Rual, J. F., Venkatesan, T., Hao, T., HirozaneKishikawa, A., Dricot, B., & Li., N. (2005). Towards a proteome-scale map of the human protein- protein interaction network. Nature, 437(7062), 1173-1178. https://doi.org/10.1038/nature04209 [DOI:10.1038/nature04209.]
27. Sakuma, Y., Maruyama, F., Qin, Y., Qsakabe, Y., Shinozaki, K., Shinozaki, F., & Yamaguchi-Shinozaki, K. (2006). Dual function of an Arabidopsis transcription factor DREB2A in water-stress-responsive and heat -stress-responsive gene expression. Proceedings of the National Academy of Sciences, 103(49), 18822-18827. https://doi.org/10.1073/pnas.0605639103 [DOI:10.1073/pnas.0605639103.]
28. Sen, S., Webber, J., & West, A. B. (2009). Depend of leucine-rich repeat kinase2 (LRRK2) kinase activity on dimerization. Journal of Biological Chemistry, 284 (52), 36346-36356. https://doi.org/10.1074/jbc.M109.025437 [DOI:10.1074/jbc.M109.025437.]
29. Sinaki, M. R., Sadeghi, A., Bahrami, D., & Shahrbabak, M. M. (2020). Identification of genes biological pathways and signaling affecting heat stress with microarray data sets in poultry. Iranian Journal of Animal Science, 51(3), 243-251. [DOI:10.22059/ijas.2020.307066.653793.]
30. Singh, A. Upadhyay, G., Chandra, S., Kumar, D., Malakar, S. V., & Singh, M. K. (2020). Genomewide expression analysis of the heat stress response in dermal fibroblasts of Tharparkar (zebu) and Karan-Fries (zebu× taurine) cattle. Cell Stress and Chaperones, 25(2), 327-344. https://doi.org/10.1007/s12192-020-01076-2 [DOI:10.1007/s12192-020-01076-2.]
31. Sun, H., Jiang, R., Xu, S., Zhang, Z., Xu, G., Zheng, J., & Qu, L. (2015). Transcriptome responses to heat stress in hypothalamus of a meat-type chicken. Journal of animal science and biotechnology, 6, 1-12. 10.1186/s40104-015-0003-6. [DOI:10.1186/s40104-015-0003-6]
32. Sun, L., Lamont, A. M., Cooksey, F., McCarthy, C. O., Tudor, K., Vijay-Shanker, S., & Schmidt, C. J. (2015). Transcriptome response to heat stress in a chicken hepatocellular carcinoma cell line. Cell Stress and Chaperones, 20(6), 939-950. https://doi.org/10.1007/s12192-015-0621-0 [DOI:10.1007/s12192-015-0621-0.]
33. Tohidi Nezhad, F., Mohammadabadi, M. R., Esmaeili Zadeh, A., & Najmi Nouri, O. (2015). Comparison of different levels of rheb gene expression in different tissues of Raini Cashmi goat. Agricultural Biotechnology Journal, 6(4), 37-50. 10.22103/JAB.2015.1338.
34. Wang, J., Xiang, Y., Jiang, S., Li, F., Caviezel, S., Katawatin, H., & Duangjinda. M. (2021). Involvement of the VEGF signaling pathway in immunosuppression and hypoxia stress, analysis of mRNA expression in lymphocytes mediating panting in Jersey cattle under heat stress. BMC veterinary research, 17(1), 1-14. 10.1186/s12917-021-02912-y. [DOI:10.1186/s12917-021-02912-y]
35. Weller, M., Alebrante, H., Campose, A., Saraiva, B., Silva, J., Donzele L., & Guimaraes, S. (2013). Effect of heat stress and feeding phosphorus levels on pig electron transport chain gene expression. Animal, 7(12), 1985-1993. https://doi.org/10.1017/S1751731113001535 [DOI:10.1017/S1751731113001535.]
36. Xing, T., Zhao, X., Zhao, S., Zhuang, D., & Xu, X. (2020). Phosphoproteome analysis of sarcoplasmic and myofibrillar proteins in stress-induced dysfunctional broiler pectoralis major muscle. Food chemistry, 319, 126531. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.126531 [DOI:10.1016/j.foodchem.2020.126531.]
37. Zerini, F., Cendron, F., Rovelli, G., Castellini, C., Cassandro, M. & Lasagna, E. (2020). Emerging genetic tools to investigate molecular pathways related to heat stress in chickens, A review. Animals, 11(1), 46. https://doi.org/10.3390/ani11010046 [DOI:10.3390/ani11010046.]
38. Zou, L., Cheng, C., Xu, H., Liu, Y., Wang, N., Li, E., & Xia, W. (2021). The role of miR‐128‐3p through MAPK14 activation in the apoptosis of GC2 spermatocyte cell line following heat stress. Andrology, 9(2), 665-672. https://doi.org/10.1111/andr.12923 [DOI:10.1111/andr.12923.]

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA

ارسال پیام به نویسنده مسئول


بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.

کلیه حقوق این وب سایت متعلق به پژوهشهای تولیدات دامی می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

© 2024 CC BY-NC 4.0 | Research On Animal Production

Designed & Developed by : Yektaweb