ردیابی نشانه های انتخاب در اردک با استفاده از داده‎ های توالی‎ یابی کل ژنوم

چکیده مبسوط مقدمه و هدف: در مقایسه با سایر طیور، اردک در برابر عوامل نامساعد محیطی مقاوم تر است و دارای سرعت رشد نسبتا بالایی است. همچنین، نسبت به پرورش مرغ نیاز به تاسیسات و تجهیزات کمتری برای دوره پرورشی دارد. از طرف دیگر، دسترسی به داده های توالی یابی کل ژنوم در گونه های مختلف، شناسایی مناطق ژنومی که هدف انتخاب بوده‎ اند، اطلاعاتی در مورد مراحل تکامل گونه‎‎ های مختلف از جمله اردک را فراهم می‎ کند. به‎عبارت دیگر، اهلی‎ سازی و انتخاب به‎ شدت در خصوصیات ظاهری و رفتاری پرندگان اهلی امروز تغییر ایجاد کرده‎ اند. در این مسیر، انتخاب‎ های انجام شده توسط انسان نشانه‎ های قابل شناسایی را در ژنوم اردک های امروزی به‎ جا گذاشته ‎اند که شناسایی این نشانه‎ ها می‎ تواند به اصلاح و بهبود ژنتیکی صفات مهم اقتصادی در این پرندگان کمک کند. طی دهه ‎های اخیر، تمایل به شناسایی مناطق ژنومی که حاوی ژن‎ های کاندیدایی که هدف انتخاب بوده ‎اند، با توجه به دسترسی و هزینه پایین تعیین ژنوتیپ رو به افزایش بوده ‎است. شناسایی نشانه‎ های انتخاب می ‎تواند دیدگاه ‎های ارزشمندی را در مورد ژن‎ ها و یا مناطق ژنومی که تحت انتخاب مثبت بوده‎ اند و یا هستند فراهم کند که به نوبه خود منجربه درک بهتر ارتباط ژنوتیپ با فنوتیپ می‎ شود. هدف از این مطالعه، شناسایی مناطق ژنومی تحت انتخاب مثبت و ژن های کاندیدای مرتبط با صفات مهم اقتصادی در اردک های نژاد پیکین از طریق روش آماری مبتنی بر عدم تعادل پیوستگی است. مواد و روش‎ ها: در این پژوهش، اطلاعات ژنوتیپی مربوط به ۶۴۳ قطعه اردک با حداقل روابط خویشاوندی مربوط به نژاد پیکین که به‎‎وسیله پلت‎فرم Hiseq ۴۰۰۰ شرکت ایلومینا به‎صورت  paired-endو طول خوانش ۱۵۰ جفت باز توالی یابی کل ژنوم شده بودند، استفاده گردید. ابتدا، جهت اطمینان از کیفیت داده ‎های تعیین ژنوتیپ، مراحل مختلف کنترل کیفیت روی داده‎ های اولیه تعیین ژنوتیپ ‎‎شده قبل از آنالیزهای ژنومی انجام شدند. برای فیلتراسیون داده ‎های ژنوتیپ ‎شده، ابتدا نمونه‎ هایی که فراوانی نرخ تعیین ژنوتیپ آن‎ ها کمتر از ۹۰ درصد بود شناسایی و حذف شدند. در مرحله بعد، نشانگرهایی که حداقل فراونی آللی در آن‎ ها کمتر از ۱ درصد بود، حذف شدند. سپس، نشانگرهایی که نرخ تعیین ژنوتیپ آن‎ ها در نمونه‎ ها کمتر از ۹۰ درصد بود شناسایی و حذف شدند. در گام بعدی، برای شناسایی SNP‎های مستقل از نرم ‎افزارPLINK  استفاده شد. برای این منظور، با حذف SNPهایی که در حالت عدم تعادل پیوستگی بالایی با یکدیگر قرار داشتند، در پنجره ‎هایی شامل SNP ۲۵ و با حرکت SNP ۵ رو به جلو در هر مرحله، SNPهای دارای r۲ (معیار عدم تعادل پیوستگی) بیش از ۰/۲ با یکدیگر از مجموعه داده‎ ها حذف شدند. پس از کنترل کیفیت داده‎ های اولیه تعیین ژنوتیپ ‎شده در برنامه PLINK (v۱.۹۰; http://pngu.mgh.harvard.edu/purcell/plink)، نهایتا ۶۷۵۸۶ نشانگر SNP و ۶۴۳ قطعه پرنده وارد آنالیزهای بعدی شدند. در مرحله بعدی، به‎ منظور شناسایی مناطق ژنومی و ژن ‎های کاندیدای مرتبط با صفات مهم اقتصادی توسط آزمون iHS که مبتنی ‎بر عدم تعادل پیوستگی است، نرم افزار Selscan (نسخه ۰/۲) مورد استفاده قرار گرفت. ژن های کاندیدا با استفاده از SNPهایی که در بازه ی ۱ درصد ارزش بالای این آزمون واقع شده‎ بودند، با استفاده از برنامه BioMart در پایگاه آنلاین Ensemble شناسایی شدند. همچنین، برای آنالیز غنی ‎سازی مجموعه ‎های ژنی با استفاده از برنامه آنلاین DAVID (DAVID ۶.۸; https://david.ncifcrf.gov/summary.jsp) با هدف شناسایی مسیرهای هستی شناسی و مسیرهای بیوشیمیایی KEGG معنی دار مرتبط با صفات مهم اقتصادی انجام شد. در نهایت، برای تفسیر بهتر عملکرد ژن‎ های به‎ دست ‎آمده از پایگاه‎ های اطلاعاتی آنلاینGeneCards   http://www.genecards.org)) و (http://www.uniprot.org) UniProtKB استفاده شد. یافته‎ ها: نتایج این پژوهش منجربه شناسایی مناطق ژنومی مختلغی کاندیدا با بالاترین ارزش آزمون آماره iHS شدند. در تفسیر مجموعه‎ های ژنی، تعداد ۱۴ مسیر هستی‎ شناسی ژنی و بیوشیمیایی شناسایی شدند (P˂۰.۰۵). از این بین، مسیرهای تنظیم مثبت رشد و توسعه فیبرهای عضات اسکلتی، آزاد‎سازی یون کلسیم به درون سیتوزول، تنظیم منفی کموتاکسین‎ های منفی، پاسخ سلولی به محرک های هورمونی، تنظیم مثبت رونویسی از الگوی DNA و پاسخ به محرک هورمون های پپتیدی بیشترین ضریب غنی‎ سازی را داشتند. بررسی ژن‎ های گزارش‎ شده در این مناطق نشان داد که ژن‎ های CSMD۱، THYN۱، FOXO۱، ACAD۸، CALCR، TMEM۱۶۱A و FRMPD۳ در این مناطق حضور داشتند که عملکرد های مهمی را در ارتباط با رشد و توسعه‎ ی عضلات بدن، فرآیند تخمک‎ اندازی، تشکیل پوسته تخم، فسفریله‎ کردن گلیکوپروتئین‎ها، کیفیت گوشت و تفرق سلول ‎های استئوبلاست انجام می‎دهند. نتیجه‎ گیری: برخی از ژن ‎های کاندیدای شناسایی‎ شده در مناطق تحت انتخاب مثبت با مطالعات قبلی پویش ژنومی در نژادهای مختلف گونه اردک و مرغ گزارش شده ‎بودند. ژن ها نقش موثری در رشد و توسعه عضلات اسکلتی، رشد استخوان و غضروف و فرآیند میوژنز داشتند. با توجه به نقش کلیدی و موثر ژن‎ های کاندیدای شناسایی‎ شده بر صفات مهم اقتصادی شامل رشد بدن و تعداد تخم تولیدی در این تحقیق، در صورت تایید به ‎وسیله مطالعات تکمیلی، آن‎ ها می‎ توانند در انتخاب ژنتیکی گله ‎های تجاری اردک از طریق پرندگان برتر باعث تسریع در پیشرفت ژنتیکی برنامه‎ های اصلاح‎ نژادی شوند.

کلیدواژه ها:

Body weight ، Candidate gene ، Egg production ، GO analysis ، Linkage disequilibrium ، آنالیز هستی شناسی ، تولید تخم ، ژن کاندیدا ، عدم تعادل پیوستگی ، وزن بدن