Research on Animal Production

fa بیان افتراقی ژن‌های بافت خون مرتبط با کتوز قبل از زایمان در گاو هلشتاین با استفاده از داده‌های ترانسکریپتومیکس Differential Genes Expression of Blood Tissue Related to Pre-Calving Ketosis in Holstein cow using Transcriptomics Data ژنتیک و اصلاح نژاد دام ژنتیک و اصلاح نژاد دام پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: طی دهه های اخیر گاوهای شیری برای سطح بالایی از تولید شیر انتخاب شده اند؛ در نتیجه تقاضای گاو برای مواد مغذی بسیار افزایش می یابد که در صورت عدم تأمین مقدار انرژی مورد نیاز، بروز کتوز در گاو شیری افزایش می یابد؛ از این رو در این پژوهش هدف شناسایی ژنهای شاخص متفاوت بیانشده بین دو گروه سالم و مبتلا به کتوز قبل از زایمان بود که در نهایت بتوان مسیرهای متابولیکی و فعالیتهای مولکولی درگیر در زمان بروز کتوز را شناسایی نمود. مواد و روش ها: ترانسکریپتوم (توالی کل mRNA) شش نمونه از بافت خون شامل سه تکرار از هر گروه از پایگاه اطلاعاتی NCBI استخراج و ذخیره شد. مراحل پیش پردازش خوانش ها با استفاده از نرم افزارهای Fastq-dump، FastQC و Trimmomatic و نیز مطالعه پروفایل بیان ژن با استفاده از نرم افزارهای Hisat2 و Samtools انجام شد. در نهایت آنالیز بیان افتراقی ژنها با استفاده از بسته نرم افزاری Cufflinks و آنالیز هستی شناسی ژن به وسیله پایگاه های اطلاعاتی DAVID و Ensembl صورت گرفت. یافته ها: در نهایت 35342 ژن بر روی ترانسکریپتوم این نمونه ها مشخص شد و 179 ژن با بیان متفاوت و معنی دار شناسایی شدند (p<0.00055)،که با در نظر گرفتن log2 > 4 و log2 < -4، هفت ژن با بیان متفاوت بین دو گروه، مورد مطالعه قرار گرفتند. بیشترین تفاوت بیان ژنی بین دو گروه، مربوط به ژنهای، HBA و PTGS2 با log2(fold_change) به ترتیب 4،53 و 4،47 است. آنالیز هستی شناسی ژن (GO) و مسیرهایی که در آنها درگیر هستند نشان داد که جزء غشای میتوکندری و شبکه آندوپلاسمی، پاسخ التهابی و استرس اکسیداتیو، فرآیند کاهش اکسیداسیون و بیوسنتز هموگلوبین، پاسخ سلولی به هیپوکسی، اتصال یون فلزی، بیوسنتز و متابولیسم اسیدهای چرب و لیپیدها ونیز مسیرهای پیام رسانی شیمیوکین و TNF نقش دارند. نتیجه گیری: هفت ژن شاخص با بیان متفاوت و معنیدار، بر روی ترانسکریپتوم نمونه ها مشخص شدند؛ که ژنهای CXCL3 و GRO1 دارای بیشترین بیان در بین دو گروه و ژن HBA دارای بیشترین بیان افتراقی، با بیان بیش از 23 برابری در گروه مبتلا به کتوز قبل زایمان نسبت به گروه سالم بود. آنالیز هستی شناسی ژن نشان داد، که ژن HBA به عنوان شاخصترین ژن با بیان متفاوت، با بیان بیشتر در گروه مبتلا به کتوز قبل زایمان، عاملی بر افزایش انتقال اکسیژن، بیوسنتز هموگلوبین، اتصال اکسیژن و یون آهن است.</div> <div style="text-align: justify;">Extended Abstract Introduction and Objective: In recent decades, dairy cows have been selected for high levels of milk production; As a result, the cow's demand for nutrients increases so much that if the required amount of energy is not provided, the incidence of ketosis in dairy cows will increase; Therefore, in this study, the aim is to identify different index genes expressed between healthy and pre-calving ketosis groups that ultimately identify the metabolic pathways and molecular activities involved during ketosis. Material and Methods: Transcript (total mRNA sequence) of six blood tissue samples containing three replicates from each group was prepared. The preprocessing steps of the readings were performed using Fastq-dump, FastQC and Trimmomatic software and also the study of gene expression profile was performed using Hisat2 and Samtools software. Finally, the differential expression analysis of genes was performed using Cufflinks software package and gene ontology analysis was performed using DAVID and Ensembl databases. Results: Finally, 35342 genes and 107722 isoforms were identified on the transcript of these samples and finally 179 genes with different and significant expression were identified (p <0.00055) which, considering log2> 4 and log2 <-4, Seven genes with different expression between the two groups were studied. The largest differences in gene expression between the two groups were related to the genes, HBA and PTGS2 with log2 (fold_change), 4.53 and 4.47, respectively. Gene ontology (GO) analysis and the pathways involved in it showed that the mitochondrial membrane and endoplasmic reticulum component, inflammatory response and oxidative stress, hemoglobin redox process and biosynthesis, cellular response to hypoxia, metal ion binding, biosynthesis and metabolism Fatty acids and lipids are also involved in the chemokine and TNF signaling pathways. Conclusion: Seven index genes with different and significant expression were identified on the transcript of the samples; The CXCL3 and GRO1 genes had the highest expression between the two groups and the HBA gene had the highest differential expression, with more than 23-fold expression in the pre-calving ketosis group compared to the healthy group. Gene ontology analysis showed that HBA gene as the most significant gene with different expression, with more expression in the group with pre-calving ketosis, is a factor in increasing oxygen transfer, hemoglobin biosynthesis, oxygen binding and iron ions. </div> آنالیز هستی شناسی ژن, بیان افتراقی ژن, ترانسکریپتوم, کتوز, RNA-seq Differential gene expression, Gene ontology analysis, Ketosis, RNA-seq, Transcriptum 147 153 http://rap.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-1664-1&slc_lang=fa&sid=1 Milad Gholami Tahoone میلاد غلامی طاحونه gholami.milad@ut.ac.ir 100319475328460018411 100319475328460018411 Yes College of Agriculture & Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران Hossein Moradi SharBabak حسین مرادی شهربابک hmoradis@ut.ac.ir 100319475328460018412 100319475328460018412 No College of Agriculture & Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران