بررسی ساختار جمعیت اسب کاسپین در جمعیت های ایران و جهان با استفاده از اطلاعات شجره

چکیده مبسوط مقدمه و هدف: بررسی تنوع ژنتیکی و ساختار جمعیتی توسط اطلاعات شجره ای و نشانگرهای مولکولی می تواند الگوهای تفاوت ژنتیکی را که توسط روش های پرورشی در گذشته، جدایی جغرافیایی و انتخاب با واسطه انسان ایجاد شده اند را نشان دهد. اطلاعات از ساختار جمعیتی می تواند برای اجرای برنامه های اصلاحی، حفاظتی، پرورشی و مدیریتی مورد استفاده قرار گیرد. یکی از ابزارهای مهم جهت بررسی ساختار جمعیت ها تجزیه و تحلیل اطلاعات شجره است، که برای شناسایی تنوع ژنتیکی و تغییرات ژنتیکی منتقل شده از نسلی به نسل دیگر مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین، تحلیل شجره قادر است تا برآوردی را از پارامترهای مهم جمعیت مانند افزایش هموزیگوسیتی و کاهش هتروزیگوسیتی، همخونی و اندازه موثر جمعیت ارائه دهد. با وجود مطالعات زیادی که در خصوص ساختار جمعیت اسب در دنیا با کمک اطلاعات شجره صورت گرفته ‎اند، اما گزارشات در این خصوص برای اسب های ایرانی تنها محدود به اسب اصیل ایرانی (عرب ایرانی) و ترکمن هستند. علاوه ‎بر این، اسب کاسپین یکی از مهم‎ترین نژادهای بومی ایران است و به ‎عنوان یکی از قدیمی ترین نژادهای اسب در جهان شناخته می شود، اما مطالعه ای در خصوص ساختار جمعیت این نژاد با کمک اطلاعات شجره صورت نگرفته است. بنا بر این، در این پژوهش ساختار جمعیت اسب کاسپین با کمک دو منبع اطلاعاتی شامل شجره انجمن حفاظت از اسب کاسپین  (CCS)و انجمن جهانی کاسپین (ICS) بررسی شد. مواد و روش ‎ها: در این پژوهش، از اطلاعات ۱۰۳۴ و ۲۲۶۴ راس اسب ثبت ‎شده در شجره های CCS و ICS استفاده شد. پس از تصحیح خطاهای موجود در شجره ها، پارامترهای مهم جمعیتی برای هر یک از منابع اطلاعاتی به‎ صورت جداگانه محاسبه گردیدند. ابتدا با نرم ‎افزار CFC اطلاعات کلی از ساختار شجره های مورد مطالعه استخراج شد. همچنین، ضریب همخونی به کمک بسته نرم افزاری AGHmatrix در زبان برنامه‎نویسی R در هر دو جمعیت برآورد شد و روند تغییرات آن طی سال های مختلف بررسی گردید. اندازه موثر جمعیت (Ne) در هر دو شجره براساس روش افزایش فردی در همخونی با کمک purgeR محاسبه گردید. برآورد Ne بر اساس دو حالت مختلف شامل حالت اول استفاده از تمام افراد موجود در شجره، و حالت دوم استفاده از تنها اسب هایی که زنده بودند، انجام شد. در ادامه به ‎وسیله همین بسته نرم افزاری تعداد افراد پایه گذار (Nf) و اجداد (Na)، تعداد معادل های ژنوم پایه گذار (Ng) و همچنین میزان انحراف از هاردی-واینبرگ برای هر دو شجره محاسبه شدند. فاصله نسل براساس میانگین سن والدین برای چهار مسیر انتخابی شامل: ۱) سیلمی به کره نر، ۲) سیلمی به کره ماده، ۳) مادیان به کره نر، و ۴) مادیان به کره ماده محاسبه شد. در نهایت، آماره شاخص کامل بودن شجره (PCI) به وسیله بسته نرم افزاری optiSel در زبان R برای هر دو شجره محاسبه شد.   یافته‎ ها: مقدار PCI محاسبه ‎شده براساس اطلاعات CCS و ICS به‎ترتیب تا نسل ۲ و ۴  بالای ۷۰% بود، اما در نسل های بعد مقدار آن کاهش بسیار زیادی نشان داد. مقادیر همخونی مشاهده شده برای کل جمعیت برابر ۰/۷۹۴ (برای CCS) و ۴/۳۷۳ درصد (برای ICS) برآورد گردیدند و روند تغییرات همخونی مشاهده شده در هر دو منبع اطلاعاتی مثبت بود. میزان همخونی مشاهده شده در شجره CCS کمتر از ICS برآورد گردید که دلیل اصلی آن ناقص بودن بیشتر اطلاعات شجره ‎ای در این منبع اطلاعاتی بود. به‎ طور ‎کلی، Ne محاسبه ‎شده برای هر دو شجره کمتر از ۱۰۰ بود. همچنین، Ne در زمانی که از کل شجره استفاده گردید برای شجره ICS (۶۸/۳۳ ± ۱۳/۰۳) تقریبا دو برابر Ne برآورد شده برای شجره CCS (۳۲/۸۶ ± ۰/۸۸) بود. مقادیر Ne برآوردشده در حالتی که از اسب های زنده استفاده گردید، برای جمعیت های CCS و ICS به‎ ترتیب ۶۶/۴۳ ± ۱۴/۳۹ و ۳۲/۴۰ ± ۰/۹۳ برآورد شدند. در کل، مقادیر Ne برآوردشده با کمک اطلاعات شجره ای با برآوردهای انجام شده در مطالعات قبلی که با کمک اطلاعات ژنومی انجام شده بود، همخوانی نشان دادند. مقادیر Na و Nf محاسبه شده در دو شجره اختلاف بسیار زیادی را نشان دادند که نشان دهنده تاثیر نسبتا زیاد تنگه‎ های جمعیتی در گذشته ‎است. همچنین، با توجه به اختلاف بالای مشاهده شده بین gN (۱۱۰/۱۲ برای CCS و ۱۳/۲۵ برای ICS) و دیگر آماره ها شاملNf   (۳۳۳ برای CCS و ۱۵۵ برای ICS) و Na (۵۱۶ برای CCS و ۹۹۶ برای ICS)، میزان تاثیر رانش ژنتیکی بر کاهش تنوع جمعیت نیز قابل‎ توجه بود. مقدار انحراف برآوردشده از تعادل هاردی-واینبرگ در دو شجره مثبت بود، که نشان از وجود مقدار کمی آمیزش جورشده مثبت بین افراد خویشاوند در هر دو شجره است. نتیجه گیری: با وجود این که خاستگاه این نژاد در ایران است ولی شجره ثبتی دارای کیفیت کمتری نسبت به شجره جهانی آن است و نیاز جدی برای ثبت دقیق تر شجره در ایران را نشان‎ می ‎دهد. با توجه به برآوردهای Ne می توان گفت که جمعیت اسب کاسپین در شرایط بحرانی است و باید در خصوص حفظ تنوع ژنتیکی این نژاد برنامه مشخصی طراحی گردد. نتایج بررسی ساختار جمعیت مرجع نشان می ‎دهند که با وجود تعداد کمتر اسب های ثبت ‎شده در شجره CCS، وضعیت تنوع ژنتیکی در جمعیت ایران بهتر است و می توان از این منبع ژنتیکی برای بهبود شرایط اسب کاسپین در کل دنیا بهره جست. همچنین، وجود آمیزش های بین خویشاوندی می تواند وضعیت موجود را بدتر کند که انجام یک برنامه تلاقی کنترل‎ شده برای کاهش آمیزش های خویشاوندی برای هر دو جمعیت می تواند به‎ عنوان یک راه حل در نظر گرفته شود.

کلیدواژه ها:

Caspian horse ، Pedigree analysis ، Population structure ، Inbreeding ، اسب کاسپین ، آنالیز شجره ، ساختار جمعیت ، همخونی