شناسایی و دسته ‎بندی برخی از ژن های موثر در مقاومت نسبی ژنتیکی گوسفند به آلودگی نماتد مبتنی بر داده های ریزآرایه

چکیده مبسوط مقدمه و هدف: در سرتاسر جهان، آلودگی نماتدهای دستگاه گوارش، جمله جدی‎ترین علل بیماری در نشخوارکنندگان اهلی محسوب می‎شوند. در این راستا، تنوع فنوتیپی قابل‎توجهی در داخل و بین نژادهای گوسفند نسبت به مقاومت به نماتدهای گوارشی گزارش شده است که به‎نظر می‎رسد زمینه ژنتیکی دارد. لیست ژن های کاندیدای موثر و شبکه ژنی شناسایی شده در خصوص مقاومت انگلی در گوسفند نشان می دهد که ژن هایی دخیل در سیستم ایمنی همچون، ژن اینترفرون interferon γ (IFN-γ) می باشد. در مسیرهای بیوشیمیایی سیتوکنین سیستم ایمنی و ایجاد مقاومت به انگل و واکنش های ایمنی نقش دارد. همچنین، بعضی جهش های موجود روی این ژن تاثیر منفی روی عملکرد سلول های تخصصی سیستم ایمنی در مواجه با انگل های مهاجم دارد. فن آوری ریز آرایهDNA، یکی از پرکاربردترین روش های پربرونداد اطلاعات مربوط به بیان ژن در پروژه های عملکرد ژنوم است که امکان بررسی بیان همزمان هزاران ژن را فراهم می کند. فن آوری ریزآرایه، ریزآرایه ژنومیکس و ریزآرایه پروتئومیکس را شامل می شود. هدف از پژوهش حاضر، شناسایی و دسته‎بندی برخی از ژن های موثر در مقاومت نسبی ژنتیکی گوسفند به آلودگی نماتد با استفاده از داده های ریزآرایه می باشد. مواد و روش ها: در پژوهش حاضر، جهت دستیابی به پایگاه‎های با دسترسی آزاد، بانک برخط GEO متعلق به NCBI بررسی گردید و داده های ریزآرایه مناسب با بهترین تکرار برای آلودگی به نماتدهای انگلی دانلود (پلتفورم GPL۴۰۷۷، GPL۴۰۷۶ و GPL۴۰۷۲ با مجموع ۴۸ داده خام) و با استفاده از بسته های نرم افزاری مبتنی بر R مورد بررسی قرار گرفت و ژن های با بیان افتراقی معنی‎دار شناسایی شدند. این داده ­ها، به سه دسته‎ی شاهد، قبل از عفونت و سلول‎های عفونی تقسیم‎بندی شدند. به‎منظور، بررسی کیفیت داده ها از سه نمودار مرجع Heatmap، تجزیه مولفه‎های واریانس (PCA) و نمودار آتشفشانی استفاده گردید. سپس، با بررسی این نمودار ها نمونه هایی که دارای کیفیت نامطلوب بودند از مراحل بعدی تجزیه و تحلیل حذف گردید. از پکیج نرم‎افزاری تحت مجموعه R/Bioconductor و وابستگی‎های نرم‎افزاری آنها همچون (Biobase، GEOquery، limma، affy، Genfilter، Pheatmap، Plyr، Reshape۲، (Ggplot۲ برای مشخص شدن افزایش و یا کاهش معنی‎دار بیان ژن‎ها و تفکیک آنها از ژن‎های اولیه استفاده شد. داده‎های خام در مقیاس لگاریتمی سنجیده شد و همچنین، از آماره P value تصحیح شده در جهت مقایسات بیان بین گروه های ژنی استفاده گردید. یافته ها: نتایج مشاهده شده در خصوص کنترل کیفیت داده‎های خام و خروجی‎های مربوط به کنترل کیفیت داده‎های ادغام شده نشان داد که واریانس درون‎گروهی داده‎های خام بالا بوده فلذا، پیش تصحیح و پردازش داده‎های خام در این خصوص قبل از تجزیه و تحلیل اصلی انجام شد. نتایج آنالیز همبستگی پس از پیش پردازش داده‎های خام بیانگر ارتباط قوی ژن‎ها در گروه‎های آلوده (inf) و پیش‎آلوده ((pre-inf در مقایسه با نمونه‎ی سالم که به‎عنوان کنترل استفاده شد بود که اعتبارسنجی نتایج آتی را بطور قوی تایید کرد. پس از انجام آنالیزهای بیوانفورماتیکی، ژن‎های کاندیدای NACA، RPL۴،NAGS ، CTCF، GBP۱، BHLHE، YTHDF۳، PDHA۱، MXI۱ دچار افزایش بیان معنی‎دار و ژن‎های PDHA۱ و MXI۱ دچار کاهش بیان معنی‎دار شدند. با توجه به نتایج به‎دست آمده در این مطالعه، این ژن‎ها از دیدگاه آنتولوژی، در روند متابولیسم سلولی، عملکرد مولکولی، ایجاد ترکیبات ژنتیکی و زندگی سلولی نقش دارند. بنابراین، با مشاهده به سطح p-value <۰.۰۵ به‎عنوان ژن‎های معنادار گزارش شدند. ژن NAGS در واقع ژن ان اکریل گلوتامات سنتتاز می‎باشد که کوفاکتور اولین انزیم دخیل در سیکل دفع اوره در پستانداران می‎باشد نقش عملکردی این ژن در بسیاری از بیماری‎های عصبی مشخص شده است. ژن CTCF تاثیر مثبت بر روی سلول‎های سیستم ایمنی می‎گذارد و مخصوصا در مقابله با ویروس‎ها و عوامل مهاجم به بدن میزبان ایفای نقش می‎کند. ژن گوانیلات بایدنیگ پروتئینGBP۱  در مقابله بدن با بسیاری از عوامل عفونی نقش دارد. این ژن باعث پاسخ‎های اکسی داتیو و اتوفاژی سیستم ایمنی میزبان در برایر عوامل مهاجم می‎گردد. ژن متیل آدونوزین ار ان ای بابدینگ ۳ کارایی بیشتری در ایمنی آنتی‎ویرال داشته و همچنین ارتباط نزدیکی با ژن گوانیلات بایدنیگ پروتئین که در مقابله بدن با بسیاری از عوامل عفونی نقش دارد. این ژن باعث پاسخ‎های اکسی داتیو و اتوفاژی سیستم ایمنی میزبان در برابر عوامل مهاجم می‎گردد. ژن پیروات دهیدروژناز PDHA۱ در متابولیسم سیستم‎های ایمنی نقش دارد. این ژن در تنظیمات ناشی از فاکتورهای آلوستریک، ترمیم پیوندهای کووالانسی و تغییرات نسبتا سریع در مقادیر پروتئین های بیان شده، یا با تغییر بیان ژن یا تخریب پروتئولیتیک نقش آفرینی می‎کند. ژن MXI۱ برای کنترل ورود عوامل مهاجم به داخل بدن میزبان کمک می‎کند و باعث بهبود و التیام عفونت‎ها می‎شود.علت توجیهی عدم تطبیق نتایج پژوهش حاضر با مطالعات پیشین را می‎توان به عواملی همچون استفاده از نمونه‎ها (نژادهای متفاوت) و تکنیک‎های آزمایشگاهی متفاوت، میزان آلودگی با انگل متفاوت، سن متفاوت ماده آزمایشی، نوع و تیپ متفاوت نماتد، تکنیک و ابزار متفاوت، تفاوت‎های آب و هوایی منطقه آزمایش و موقعیت جغرافیایی و استفاده از تکنیک‎های متفاوت ار ان سیک و میکرواری را دانست. با این وجود نتایج و خروجی‎های این مطالعه در شرایط حاکم مربوطه می‎تواند کاربردی باشد. نتیجه گیری: استفاده از اطلاعات و خروجی‎های تکنیک میکرواری و بررسی الگوی بیان افتراقی می‎تواند برای اصلاح دام مولکولی گوسفند در جهت مقاومت به انگل‎های داخلی از طریق تلفیق اطلاعات فنوتیپی و ژنوتیپی در مدل‎های حیوانی کمک شایان توجهی نماید.

کلیدواژه ها:

Genetic Resistance ، Microarray ، Nematode Infection ، Sheep ، آلودگی نماتد ، ریز آرایه ، گوسفند ، مقاومت ژنتیکی