تاثیر استرس گرمایی مزمن-منقطع بر ژن‎ های مرتبط با پروتئین ‎های انقباضی در عضله قلب جوجه گوشتی: براساس داده‎ های RNA-Seq

چکیده مبسوط مقدمه و هدف: طیور گوشتی به‎ دلیل رشد سریع، با عدم کفایت سیستم قلبی-عروقی و در نتیجه با هیپرتروفی ماهیچه قلب و مرگ ناگهانی مواجه می‎ شوند. از این ‎رو مدل مناسبی برای مطالعه سیستم قلبی می ‎باشند. یکی از استرس ‎هایی که می ‎تواند عملکرد قلب را تحت تاثیر قرار دهد، استرس گرمایی می ‎باشد. حیوانات هنگام مواجهه با گرمای هوا، شدت خون‎ رسانی به سطح پوست را می ‎افزایند تا به ‎روش عرق کردن و گرمای تشعشعی به خنک کردن خود کمک کنند. ماکیان اهلی فاقد غدد عرق بوده و این بر وخامت اوضاع برای خنک کردن بدن می ‎افزاید. سیستم قلبی-عروقی برای این‎ منظور فشار بیشتری را در طیور تحمل می‎ کند تا خون‎ رسانی بیشتری را به سطح پوست انجام دهد. نرخ متابولیکی بالای بدن در طیور گوشتی و منطقه خنثی حرارتی محدود پرندگان فشار بیشتری را بر قلب و عروق طیور به‎ وجود می‎ آورد. با توجه به حساسیت سیستم قلبی و عروقی طیور نسبت به استرس گرمایی خصوصا جوجه گوشتی به ‎دلیل نرخ رشد سریع و نرخ متابولیکی بالا، هدف این مطالعه بررسی تاثیراسترس گرمایی بر بیان ژن پروتئین ‎های انقباضی قلب جوجه‎ های گوشتی تا پایان دوره پرورش بود. همچنین برای بهبود توان قلبی- عروقی طیور گوشتی در شرایط استرس گرمایی، نیاز به بررسی و شناسایی ژن‎ های مرکزی در مسیرهای متابولیکی و عملکردی قلب می ‎باشد تا به فهم بهتر علل نارسایی قلب طیور تحت استرس ‎های طولانی‎ مدت پی برده شود. مواد و روش ‎ها: در این تحقیق جوجه ‎های گوشتی نژاد راس ۷۰۸ از روز ۲۱ پرورش تحت استرس گرمایی چرخه ‎ای روزانه قرار داده شدند. گروه شاهد تحت شرایط پرورش نرمال و خنثی حرارتی بودند. در تمام طول دوره پرورش دسترسی به آب و خوراک برای همه گروه ‎ها آزاد بود. دما در ابتدای دوره ۳۳ درجه سانتی‎ گراد بود و به ‎طور هفتگی ۳ درجه سانتی‎ گراد کاهش داده شد تا به ۲۱ روزگی سن رسیدند. از سن مذکور تحت استرس گرمایی قرار داده شدند. در آخر مرغ ‎ها به ‎صورت روش انسانی کشتار و ماهیچه بطن چپ استخراج و کل ژنوم توالی‎ یابی ژنی شد. براین اساس ابتدا داده‎ های مربوطه از پایگاه NCBI با شماره دسترسی SRP۰۸۲۱۲۵ در فرمت SRA دانلود شدند. در ادامه برای بررسی کیفیت داده‎ ها از نرم ‎افزار FastQC و برای ویرایش داده‎ ها و حذف آداپتورها از نرم ‎افزار Trimmomatic استفاده گردید. انجام مراحل نقشه ‎یابی خوانش ‎ها به‎روی ژنوم مرجع و آنالیز بیان ژن ‎ها با استفاده از نرم‎ افزار CLC Geneomics انجام شد. از وب سایت GeneOntology برای شناسایی مسیرهای بیولوژیکی ژن‎ ها، تعیین نقش ژن ‎ها در مسیرهای عملکردی سلول و از نرم ‎افزار STRING در جهت رسم شبکه ژنی و شناسایی ژن‎ های هاب و ژن‎ های مرکزی در بین مسیرهای مختلف متابولیسمی سلول‎ های قلب استفاده شد. یافته ‎ها: استرس گرمایی چرخه‎ ای روزانه به‎ مدت ۸ ساعت در روز از ۲۱ تا ۴۲ روزگی دوره پرورش سبب تغییر بیان در ۳۵ ژن مرتبط با سیستم انقباضی قلب شد. ۷ ژن مرتبط با پروتئین تروپونین بودند. که در این رابطه ژن مربوط به TNN، TNNI۱ به ‎طور معنی‎ داری کاهش و ژن TNNT۳ افزایش بیان نشان دادند (۰/۰۵P<). پنج ژن مرتبط با تروپومیوزین بود که از میان آن ‎ها ژن TPM۱ افزایش بیان معنی ‎داری را نشان داد (۰/۰۵P<). در مورد ژن ‎های گیرنده ریانودین دو و سه در بین ژنوم رونویسی شده مشاهده گردید، اما ژن مربوط به RYR۳ به ‎طور معنی‎ داری افزایش بیان نشان داد (۰/۰۵ P<). از ده ژن مرتبط با گیرنده دی هیدروپیریدین، CACNA۲D۲ به ‎طور معنی‎ داری دچار کاهش بیان گردید. از میان ۴ ژن مرتبط با کالمودولین، CAMK۱D و CAMKK۱ به ‎طور معنی ‎داری کاهش و CAMSAP۲ افزایش بیان را نشان دادند (۰/۰۵P<). پنج ژن مرتبط با زنجیره سنگین میوزین در بین ژنوم رونویسی شده مشاهده شدند که به ‎طور معنی‎ داری دچار کاهش بیان ژن شده بودند (۰/۰۵P<). نتیجه ‎گیری: این نتایج نشان داد که استرس گرمایی چرخه ‎ای طولانی مدت با کاهش بیان ژن ‎های مربوط به پروتئین‎ های تروپونین، ریانودین و دی هیدروپیرین از تجمع کلسیم در سیتوزول سلول ‎ها می‎ کاهد و همچنین با کاهش بیان رشته سنگین میوزین از هیپرتروفی قلب جلوگیری می‎ کند. براساس یافته‎ های حاصل از بررسی بیان کل ژنوم ارگانی از بدن که در شرایط استرس گرمایی طولانی دچار کاهش عملکرد می‎ گردد، سیستم قلبی عروقی در جوجه‎ های گوشتی مرحله رشد سریع می‎ باشد. به ‎عبارت دیگر شاید کلسیم موجود در سلول از نوع آزاد شده نباید باشد تا قلب بتواند در شرایط استرس گرمایی دوام بیاورد. اطلاعات ژن‎ های بیان شده در حالت استرس گرمایی چرخه‎ ای و مقایسه با گروه شاهد، بنایی را برای ژن‎ های هدف بالقوه در برنامه‎ های اصلاح نژادی و تولید نژادهای مقاوم به گرما در اختیار محققین علم مربوطه قرار خواهد داد.

کلیدواژه ها:

Broiler ، Gene Expression ، Heat Stress ، Heart ، Hypertrophy ، آنالیز بیان ژن ، استرس گرمایی ، جوجه گوشتی ، هیپرتروفی ماهیچه قلب