نشانه های انتخاب و هستی شناسی ژن برای صفات مرتبط با ذخیره چربی در گوسفندان دنبه دار افشاری و سونیت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

سابقه و هدف: با توجه به تمایل دامداران به کوچک کردن اندازه‌ی دنبه در نژادهای دنبه‌دار به دلیل کاهش بازدهی تولید، محققین به دنبال یافتن راه‌ کارهایی برای کوچک شدن دنبه در این حیوانات هستند. شناسایی ساختار ژنتیکی و ژن‌های درگیر در فرآیند تشکیل دنبه، برای طراحی برنامه های اصلاح نژادی در جهت کاهش اندازه‌ی آن بسیار ضروری است. از روش‌های مختلف ژنومی مانند مطالعات گسترده ژنومی، مطالعه ردپای انتخاب یا تجزیه‌ و تحلیل بیان ژن برای توصیف زمینه‌ی ژنتیکی احتمالی برای رسوب چربی در انواع نژادهای مختلف دنبه‌دار استفاده‌ شده است. هدف از این مطالعه، شناسایی ژن‌های مؤثر در چربی دنبه در گوسفندان دنبه‌دار افشاری و سونیت در مقایسه با دو نژاد بدون دنبه دورپر و موتن آلمانی از طریق روش‌های شناسایی ردپای انتخاب و هستی شناسی ژن می باشد.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش از اطلاعات ژنوتیپ 366 رأس گوسفند (37 رأس نژاد افشاری ، 69 رأس نژاد سونیت، 99 رأس نژاد دورپر و 161 رأس نژاد موتن آلمانی) که با استفاده از آرایه‌های ژنگانی ایلومینا Ovine SNP50K BeadChip تعیین ژنوتایپ شده بودند، استفاده شد. برای جستجوی نشانه‌های انتخاب از آزمون XP-EHHدر بسته نرم‌افزاری R نسخه 9/1 استفاده شد. برای تعیین موقعیت ژنومی SNP ها در سطح ژنوم گوسفند نیز از نسخه ژنومی Oar_v4.0 پایگاه اطلاعاتی NCBI استفاده شد. ژن‌های کاندید با استفاده از SNP هایی که در بازه‌ی 1% بالای XP-EHH واقع‌شده بودند، با استفاده از نرم‌افزار Plink v1.9 و توسط لیست ژنی شرکت ایلومینا در محیط R شناسایی شدند. همچنین، برای بررسی وجود QTL های مرتبط با صفات مربوط به چربی در مناطق شناسایی‌شده معنی‌دار، از آخرین نسخه‌ی منتشرشده پایگاه genome Animal استفاده شد.
یافته‌ها: نتایج حاصل از XP-EHH نشان داد که در مقایسه‌ی جمعیت افشاری با دورپر و موتن آلمانی 18 ژن مشترک شناسایی گردید که پنج ژن (LOC114116389، LOC114118754، KCMF1، TCF7L1 و RASSF2) مرتبط با QTL های چربی شامل درصد چربی لاشه، مقدار چربی احشائی و ذخیره‌ی چربی در دنبه بودند. همچنین، در مقایسه‌ی جمعیت سونیت با دو جمعیت دورپر و موتن آلمانی، 15 ژن مشترک شناسایی گردید که دو ژن SEMA5B و CDH9 در ارتباط با QTLهای چربی بودند. نتایج هستی شناسی ژن نیز نشان داد که برخی از این ژن‌ها نقش مؤثری در مسیرهای سیگنال‌دهی Wnt تنظیم کننده رشد و توسعه‌ی سلول ها و مورفولوژی سلولی دارند.
نتیجه گیری: بر اساس نتایج حاصل از نشانه‌های انتخاب در نژادهای دنبه‌دار افشاری و سونیت، ژن RASSF2 با استفاده از روش XP-EHH به عنوان نشانه‌ انتخاب در نژاد دنبه‌دار افشاری شناسایی شد. ژن‌ مذکور با QTL ذخیره‌ی چربی دنبه نیز در ارتباط است که برای اولین بار در این تحقیق شناسایی شد. همچنین، ژن‌های LOC11411689 و LOC114118754 مرتبط با QTL درصد چربی در لاشه و ژن‌های KCMF1 و TCF7L1 مرتبط با QTL مقدار چربی احشائی در نژاد افشاری شناسایی شد. علاوه بر این، در نژاد سونیت ژن SEMA5B مرتبط با QTL درصد چربی در لاشه و ژن CDH9 مرتبط با QTL وزن چربی زیر جلدی شناسایی شدند. نتایج حاصل از این مطالعه می تواند در برنامه های اصلاح نژادی گوسفند به منظور حذف دنبه به خصوص در نژاد افشاری مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Selection signature and gene ontology for traits related to fat deposition in Afshari and Sunite fat-tailed sheep breeds

نویسندگان [English]

  • Maryam Roshandel ghalezo
  • Saeed Zerehdaran
  • Ali Javadmanesh
Department of Animal Sciences, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Background and objectives: Tail in sheep is a valuable energy source. However, in modern intensive and semi-intensive sheep industry the lean-tailed sheep breeds have more desirable and marketable. Therefore, due to the negative effect of tail size on production efficiency, researchers are looking for methods to eliminate this trait. Identification of genes involved in the process of fat deposition in tail is necessary for reducing tail size in sheep. Several genomic methods such as genome-wide association and selection signature studies or gene expression analysis for describing a possible genetic background for deposition of fat in various fat-tail breeds have been used. The aim of this study was to identify effective genes in fat-tailed sheep breeds (Afshari and Sunite) compared to breeds without tail (Dorper and German Mutton) using selection signature and gene ontology methods.
Materials and methods: In this study, genotype information of 366 sheep (37 Afshari, 69 Sunite, 99 Dorper and 161 German Mutton) genotyped with Illumina Ovine SNP50K BeadChip genome arrays, were used. The XP-EHH method using R software package version 1.9 was used to identify selection signature. Genomic version Oar_v4.0 database NCBI was used for detecting the genomic position of SNPs in sheep genome. Candidate genes were identified by SNPs located at 1% upper range of XP-EHH using Plink v1.9 software and gene list of Illumina in R. Additionally, the latest published version of Animal genome database was used for defining QTLs associated with fat deposition traits in identified locations.
Results: Based on the results of XP-EHH, 18 common genes were identified from comparing Afshari population with German Mutton and Dorper breeds, in which five genes (LOC114116389, LOC114118754, KCMF1, TCF7L1 and RASSF2) were associated with QTLs related to fat deposition including carcass fat percentage, internal fat amount and fat tail deposition. 15 common genes were also identified from comparing Sunite population with German Mutton and Dorper populations, in which two genes (SEMA5B and CDH9) were associated with QTLs related to fat deposition. The results of gene ontology showed that some of these genes play effective roles in signaling Wnt, growth, development and morphology of cells.
Conclusion: based on the results of selection signature using XP-EHH method in Afshari and Sunite breeds, RASSF2 gene was identified as a selection signature in Afshari breeds. This gene was also related to tail fat storage QTL, which was identified for the first time in this study. LOC11411689 and LOC114118754 genes related to carcass fat percentage QTL, KCMF1 and TCF7L1 genes related to the QTL of internal fat amount in Afshari breed were also identified. In addition, the SEMA5B gene associated with the QTL of carcass fat percentage and the CDH9 gene associated with of subcutaneous fat weight were identified in the Sunite breed. The results of this study could be used in sheep breeding programs to reduce fat deposition in tail, especially for Afshari breed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • fat-tailed sheep
  • selection signature
  • XP-EHH
  • gene ontology

مراجع

  1.  Bakhtiarizadeh, M.R., Moradi-Shahrbabak, M. and Ebrahimie, E. 2013. "Underlying functional genomics of fat deposition in adipose tissue. Gene, 521(1): 122-128.

    1. Biswas, S. and Akey, J.M. 2006. Genomic insights into positive selection. Trends in Genetics, 22(8): 437-446.
    2. Cavanagh, C.R., Jonas, E., Hobbs, M., Thomson, P.C., Tammen, I. and Raadsma, H.W. 2010. Mapping Quantitative Trait Loci (QTL) in sheep. III. QTL for carcass composition traits derived from CT scans and aligned with a meta-assembly for sheep and cattle carcass QTL. Genetics Selection Evolution, 42(1): 1-14.
    3. Georges, M. 2007. Mapping, fine mapping, and molecular dissection of quantitative trait loci in domestic animals. Annual Review of Genomics and Human Genetics, 8: 131-162.
    4. Gholibeikifard, A., Aminafshar, M. and Hosseinpour, M.M. 2013. "Polymorphism of IGF-I and ADRB3 genes and their association with growth traits in the Iranian Baluchi sheep."
    5. Goddard, M. 1996. "The use of marker haplotypes in animal breeding schemes." Genetics Selection Evolution 28(2): 161-176.
    6. Hayes, B.J., Chamberlain, A.J. Maceachern, S., Savin, K., Mcpartlan, H., Macleod, I., Sethuraman, L. and Goddard, M.E. 2009. "A genome map of divergent artificial selection between Bos taurus dairy cattle and Bos taurus beef cattle." Animal genetics 40(2): 176-184.
    7. Javadmanesh, A., Nàsiri, M.R., and Azghandi, M. 2017. "Study of HVR-III region of mitochondrial genome of Iranian sheep by sequencing method." Animal Science Research (Agricultural Science) 27 (2): 133-141.
    8. Kashan, N., Azar, G.M., Afzalzadeh, A. and Salehi, A. 2005. "Growth performance and carcass quality of fattening lambs from fat-tailed and tailed sheep breeds." Small Ruminant Research 60(3): 267-271.
    9. Khaldari, M. 2009. Challenges and strategies of sheep carcass quality in Iran. The first seminar on sheep carcass quality in Iran, Karaj Agricultural and Natural Resources Campus - University of Tehran. 25 June. Pages 79-68.
    10. Lv, F.-H., Agha, S., Kantanen, J., Colli, L., Stucki, S., Kijas, J.W., Joost, S., Li, M.-H. and Ajmone Marsan, P. 2014. "Adaptations to climate-mediated selective pressures in sheep." Molecular biology and evolution 31(12): 3324-3343.
    11. Mastrangelo, S., Bahbahani, H., Moioli, B., Ahbara, A., Al Abri, M., Almathen ,F., Da Silva, A., Belabdi, I., Portolano, B. and Mwacharo, J.M. 2019. "Novel and known signals of selection for fat deposition in domestic sheep breeds from Africa and Eurasia." plos One 14(6): e0209632.
    12. Matika, O., Riggio, V., Anselme-Moizan, M., Law, A.S., Pong-Wong, R., Archibald, A.L., and Bishop, S.C. 2016. Genome-wide association reveals QTL for growth, bone and in vivo carcass traits as assessed by computed tomography in Scottish Blackface lambs. Genetics Selection Evolution, 48(1), 1-15.
    13. Moradi, M.H., Nejati-Javaremi, A., Moradi-Shahrbabak, M., Dodds, K.G., and Mcewan, J.C. (2012). "Genomic scan of selective sweeps in thin and fat tail sheep breeds for identifying of candidate regions associated with fat deposition." BMC Genetics 13(1): 1-15.
    14. Morandat, F., Hill, B., Osvald, L., and Vitek, J. (2012, June). Evaluating the design of the R language. In European Conference on Object-Oriented Programming (pp. 104-131). Springer, Berlin, Heidelberg.
    15. Nielsen, R. 2005. "Molecular signatures of natural selection." Annu. Rev. Genet. 39: 197-218.
    16. Oget, C., Servin, B., and Palhiere, I. 2019. Genetic diversity analysis of French goat populations reveals selective sweeps involved in their differentiation. Animal genetics, 50(1), 54-63.
    17. Purcell, S., Neale, B., Todd-Brown, K., Thomas, L., Ferreira, M.A., Bender, D., ... and Sham, P.C. 2007. PLINK: a tool set for whole-genome association and population-based linkage analyses. The American journal of human genetics, 81(3), 559-575.
    18. Reya, T., and Clevers, H. 2005. Wnt signalling in stem cells and cancer. Nature, 434(7035), 843-850.
    19. Sabeti, P.C., Schaffner, S.F. Fry, B., Lohmueller, J., Varilly, P., Shamovsky, O., Palma, A., Mikkelsen, T., Altshuler, D. and Lander, E. 2006. "Positive natural selection in the human lineage." Science 312(5780): 1614-1620.
    20. Sabeti, P. C., Varilly, P., Fry, B., Lohmueller, J., Hostetter, E., Cotsapas, C., ... and Lander, E. S. (2007). Genome-wide detection and characterization of positive selection in human populations. Nature, 449(7164), 913-918.
    21. Teo, Y.Y., Fry, A.E., Clark, T G., Tai, E.S., and Seielstad, M. 2007. On the usage of HWE for identifying genotyping errors. Annals of Human Genetics, 71(5), 701-703.
    22. Xu, S.S., Ren, X., Yang, G.L., Xie, X.L., Zhao, Y.X., Zhang, M., Shen, Z.Q., Ren, Y.L., Gao, L. and Shen, M. 2017. "Genome‐wide association analysis identifies the genetic basis of fat deposition in the tails of sheep (Ovis aries)." Animal genetics 48(5): 560-569.
    23. Yang, J., Li, W.-R., Lv, F.-H., He, S. -G., Tian, S.-L., Peng, W.-F., Sun, Y.-W., Zhao, Y.-X., Tu, X.-L. and Zhang, M. 2016. "Whole-genome sequencing of native sheep provides insights into rapid adaptations to extreme environments." Molecular biology and evolution 33(10): 2576-2592.
    24. Yuan, Z., Liu, E., Liu, Z., Kijas, J., Zhu, C., Hu, S., Ma, X., Zhang, L., Du, L. and Wang, H. 2017. "Selection signature analysis reveals genes associated with tail type in Chinese indigenous sheep." Animal Genetics 48(1): 55-66.
    25. Zhang, L., Liu, J., Zhao, F., Ren, H., Xu, L., Lu, J., ... and Du, L. 2013. Genome-wide association studies for growth and meat production traits in sheep. PloS one, 8(6), e66569.
نشریه پژوهش‌ در نشخوار کنندگان
دوره 10، شماره 2
شهریور 1401
صفحه 47-62

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار