تحلیل ترانسکریپتومیک و آنالیز بیان افتراقی ژن‌ها با استفاده از داده‌های RNA-Seq در گاوهای اصیل سیستانی و آمیخته آن با نژاد سیمنتال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان

2 استادیار گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

3 گروه علوم دامی، مؤسسه تحقیقات علوم دامی کشور، کرج، ایران

4 دانشیار گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

10.22069/ejrr.2026.24544.2042

چکیده

سابقه و هدف: گاو سیستانی به‌عنوان یکی از نژادهای بومی ارزشمند ایران، با مقاومت بالا به بیماری‌ها، تحمل تنش‌های گرمایی و تغذیه‌ای و سازگاری عالی با شرایط سخت اقلیمی مناطق شرقی کشور شناخته می‌شود. با این حال، ظرفیت پایین تولید شیر و گوشت، استفاده تجاری از آن را محدود کرده است. آمیخته‌گری با نژادهای پربازده خارجی مانند سیمنتال می‌تواند تعادلی میان بهره‌وری تولیدی و حفظ ویژگی‌های سازگاری بومی ایجاد کند. مطالعات ترانسکریپتومی با فناوری RNA-Seq ابزار قدرتمندی برای بررسی تغییرات بیان ژن ناشی از آمیخته‌گری و شناسایی نشانگرهای مولکولی مرتبط با صفات اقتصادی و سازگاری فراهم می‌کنند. هدف این مطالعه، تحلیل بیان افتراقی ژن‌ها بین گاوهای خالص سیستانی و آمیخته‌های آن با نژاد سیمنتال و شناسایی مسیرهای زیستی تحت تأثیر بود.
مواد و روش‌ها: نمونه‌های خون از سیاهرگ دمی گاوهای نژاد خالص سیستانی و آمیخته سیستانی × سیمنتال (هر تیمار دو تکرار بیولوژیکی) در مرکز اصلاح نژاد دام زابل تحت شرایط تغذیه‌ای، محیطی و مدیریتی یکسان جمع‌آوری شد. RNA کل با کیت RNeasy شرکت Qiagen استخراج و کیفیت آن (شامل شاخص RIN) با دستگاه Bioanalyzer و خلوص با NanoDrop ارزیابی گردید (نسبت A260/A280 بین 9/1 تا 1/2). نمونه‌ها برای ساخت کتابخانه و توالی‌یابی به شرکت BGI در چین ارسال شدند. کنترل کیفیت اولیه با FastQC v0.12.1 انجام شد و خوانش‌ها با Trimmomatic ویرایش گردیدند (حداقل طول ۵۰ جفت‌باز). خوانش‌های باکیفیت بر روی ژنوم مرجع گاو همتراز شدند. مونتاژ و کمی‌سازی رونوشت‌ها با Cufflinks (FPKM) و تحلیل بیان افتراقی با Cuffdiff در محیط R صورت گرفت. ژن‌های با q-value < 0.05 به‌عنوان DEG شناسایی شدند. تحلیل هستی‌شناسی ژن (GO) و غنی‌سازی مسیرهای زیستی با پایگاه PANTHER و آزمون فیشر دقیق (با تصحیح FDR) انجام شد.
نتایج: پس از کنترل کیفیت و همترازی، در مجموع ۱۴۳ ژن با بیان افتراقی معنی‌دار بین دو گروه شناسایی شد. کیفیت داده‌ها مطلوب بود، بطوریکه در گروه خالص سیستانی حدود 74% خوانش‌های پیش‌رو و 73% خوانش‌های پس‌رو و در گروه آمیخته حدود 81% و 82% به‌طور یکتا بر ژنوم مرجع همتراز شدند. از ۲۰ ژن با بیشترین تفاوت بیان، ژن‌هایی مانند UNC80، FBXO16، PKHD1، SCN10A و RGS16 در گاوهای خالص سیستانی کاهش معنی‌دار بیان نشان دادند، در حالی که ژن‌هایی مانند BOLA-DQB، PRSS2، PPP1R1B و BOLA-DQA5 افزایش بیان داشتند. تحلیل GO و مسیرهای زیستی نشان داد این ژن‌ها عمدتاً در فرآیندهایی مانند انتقال یون، تنظیم رشد سلولی، پاسخ به محرک‌ها و عملکرد ایمنی نقش دارند. پنج مسیر غنی‌شده با FDR < 0.05 شناسایی شد که مهم‌ترین آن‌ها شامل سیگنالینگ G Alpha (I)، سیگنالینگ پایین‌دستی GPCR، سیگنالینگ توسط GPCR، سیگنالینگ G Alpha (Q) و اتصال گیرنده‌های کموکاین به کموکاین‌ها بودند. این مسیرها با انتقال سیگنال‌های خارج‌سلولی، پاسخ‌های مرتبط با تولیدمثل، تولید شیر، رشد و عملکرد ایمنی تحت شرایط استرس مرتبط بودند.
نتیجه‌گیری: نتایج نشان می‌دهد آمیخته‌گری گاو سیستانی با نژاد سیمنتال تغییرات عمیقی در پروفایل بیان ژن و مسیرهای زیستی ایجاد می‌کند و می‌تواند راهبرد مؤثری برای بهبود بهره‌وری دام در عین حفظ سازگاری با محیط‌های چالش‌برانگیز باشد. این یافته‌ها مبنای ارزشمندی برای برنامه‌های اصلاحی مبتنی بر نشانگرهای مولکولی و انتخاب هدفمند در نژادهای بومی ایران فراهم می‌آورد.
کلمات کلیدی: آمیخته‌گری، بیان افتراقی ژن، ترانسکریپتوم، گاو سیستانی، RNA-Seq

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Transcriptomic and differential gene expression analysis using RNA-Seq data in purebred Sistani cattle and its crossbreed with Simmental

نویسندگان [English]

  • Hazhir Gharibi 1
  • jalal rostamzadeh 2
  • Nematollah Asadi 3
  • Mohammad Razmkabir 4
  • Mohammad Hossein Banabazi 3
1 PhD Student, Department of Animal Science, Faculty of Agriculture, University of Kurdistan
2 2. Department of Animal Science, Faculty of Agriculture, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran
3 3. Department of Animal Science, Animal Science Research Institute of Iran, Karaj, Iran
4 4. Department of Animal Science, Faculty of Agriculture, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran
چکیده [English]

Background and Objectives: The Sistani cattle, as one of Iran’s valuable indigenous breeds, is known for its high resistance to diseases, tolerance to heat and nutritional stress, and excellent adaptation to the harsh climatic conditions of the eastern regions of the country. However, its low milk and meat production has limited its commercial utilization. Crossbreeding with high-yielding exotic breeds such as Simmental can create a balance between production efficiency and the preservation of native adaptive traits. Transcriptomic studies using RNA-Seq technology provide a powerful tool to investigate gene expression changes induced by crossbreeding and to identify molecular markers associated with economic and adaptive traits. The aim of this study was to analyze differential gene expression between purebred Sistani cattle and their crosses with the Simmental breed, and to identify the affected biological pathways.
Materials and Methods: Blood samples were collected from the coccygeal vein of purebred Sistani cattle and Sistani × Simmental crossbreds (two biological replicates per treatment) at the Zabol Livestock Breeding Center under identical nutritional, environmental, and management conditions. Total RNA was extracted using the Qiagen RNeasy kit, and its quality (including RIN) was assessed using a Bioanalyzer, while purity was evaluated with a NanoDrop spectrophotometer (A260/A280 ratio between 1.9 and 2.1). Samples were sent to BGI (China) for library preparation and sequencing. Initial quality control was performed using FastQC v0.12.1, and reads were trimmed with Trimmomatic (minimum length of 50 bp). High-quality reads were aligned to the bovine reference genome. Transcript assembly and quantification were performed using Cufflinks (FPKM), and differential expression analysis was conducted with Cuffdiff in the R environment. Genes with q-value < 0.05 were identified as differentially expressed genes (DEGs). Gene Ontology (GO) and pathway enrichment analyses were performed using the PANTHER database and Fisher’s exact test with FDR correction.
Results: After quality control and alignment, a total of 143 genes showed significant differential expression between the two groups. Data quality was satisfactory, with approximately 74% of forward reads and 73% of reverse reads in the purebred Sistani group, and about 81% and 82% in the crossbred group, uniquely aligned to the reference genome. Among the 20 genes with the greatest expression differences, genes such as UNC80, FBXO16, PKHD1, SCN10A, and RGS16 showed significantly reduced expression in purebred Sistani cattle, whereas genes such as BOLA-DQB, PRSS2, PPP1R1B, and BOLA-DQA5 were upregulated. GO and pathway analyses indicated that these genes are mainly involved in processes such as ion transport, regulation of cell growth, response to stimuli, and immune function. Five enriched pathways with FDR < 0.05 were identified, the most important of which included G Alpha (i) signaling, GPCR downstream signaling, signaling by GPCR, G Alpha (q) signaling, and chemokine receptor binding to chemokines. These pathways are associated with extracellular signal transduction and responses related to reproduction, milk production, growth, and immune function under stress conditions.
Conclusion: The results indicate that crossbreeding Sistani cattle with the Simmental breed induces profound changes in gene expression profiles and biological pathways, and can be an effective strategy to improve livestock productivity while maintaining adaptation to challenging environments. These findings provide a valuable foundation for marker-assisted breeding programs and targeted selection in indigenous Iranian cattle breeds.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Crossbreeding
  • Differential gene expression
  • Transcriptome
  • Sistani cattle
  • RNA-Seq