مطالعه پویش ژنومی و آنالیز مسیرهای زیستی برای شناسایی ژن‌های موثر بر رنگ پوشش در ‏گوسفندان لری-بختیاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی و محیط زیست، دانشگاه اراک، اراک، ایران

2 دانشیار، گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی و محیط زیست، دانشگاه اراک، اراک، ایران

چکیده

رنگ پوشش، یکی از صفات مهم اقتصادی در گوسفند بوده و همچنین می‌تواند در شناسایی و تعیین خصوصیات نژادی مورد استفاده قرار گیرد. هدف پژوهش حاضر، مطالعه پویش کل ژنوم و آنالیز مسیرهای زیستی بر مبنای تجزیه و تحلیل غنی­سازی مجموعه ژنی جهت شناسایی جایگاه­ها و ژن‌های مرتبط با صفت رنگ پوشش گوسفندان لری-بختیاری بوده است. پویش کل ژنوم بر اساس روش مورد-شاهدی در برنامه PLINK نسخه 90/1 انجام شد. آنالیز غنی­سازی مجموعه ژنی با بسته نرم­افزاری goseq برنامه R نسخه 1/6/3 با هدف شناسایی سطوح عملکردی و مسیرهای زیستی ژن‌های نزدیک در مناطق انتخابی کاندیدا انجام شد و در نهایت برای آنالیز بیوانفورماتیکی از پایگاه­های برخط GO، Metacyc، KEGG، Reactome و Panther استفاده گردید. در این پژوهش نشانگر تک نوکلئوتیدی معنی­دار روی کروموزوم­های 1، 2، 6، 9، 10­ و 16 شناسایی شدند که با ژن‌های EDNRB، PDGFRA، TCF25 و TYRP1 مرتبط بودند. در آنالیز غنی­سازی مجموعه ژنی تعداد 5 مسیر هستی­شناسی ژنی با صفت رنگ پوشش مرتبط بودند (05/0P<). از این بین، مسیرهای Regulation of protein tyrosine kinase activity، Regulation of protein kinase A signaling وActivation of protein kinase activity نقش مهمی در رشد و توسعه ملانوسیت­ها و تنظیم رنگدانه ­ها در بدن داشتند. با توجه به تأیید ارتباط برخی از مناطق ژنومی شناسایی شده در تحقیق حاضر با رنگ پوشش در گوسفند و بعضی گونه­های دیگر و همچنین شناسایی مناطق ژنومی جدید، ژن‌های شناسایی شده در این مطالعه می­توانند به عنوان ژن‌های کاندیدا برای مطالعات تکمیلی و نهایتا در انتخاب ژنتیکی رنگ پوشش در گوسفند مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Genome-wide association study and pathway analysis for identifying the genes ‎associated with coat color in Lori-Bakhtiari sheep breed

نویسندگان [English]

  • Hossein Mohammadi 1
  • Mohammad Hossein Moradi 2
  • Amir Hossein Khaltabadi Farahani 2
1 Assistant Professor, Department of Animal Sciences, Faculty of Agriculture and Environmental Science, ‎Arak University, Arak, Iran
2 Associate Professor, Department of Animal Sciences, Faculty of Agriculture and Environmental Science, Arak University, Arak, ‎Iran
چکیده [English]

Coat color is one of the important economic traits in sheep and it can be used for breed identification and characterization as well. The aim of the present study was to perform genome wide association study (GWAS) and pathway analysis based on gene set enrichment analysis for identifying the loci associated with coat color in Lori-Bakhtiari sheep breed. The GWAS was carried out using PLINK v. 1.90. The gene enrichment analysis was performed by goseq R package in R v.3.6.1 with the aim of identifying functional clusters and biological pathways of the genes in selected candidate regions and finally, for bioinformatics analysis we used online databases and softwares of GO, Metacyc, KEEG, Reactome and panther. In this study significant SNP markers were identified on chromosomes 1, 2, 6, 9, 10, and 16 that overlapped with EDNRB, PDGFRA, TCF25, and TYRP1 genes. According to pathway analysis, four GO pathways were associated with the coat color trait (P˂0.05). Among these pathways, regulation of protein tyrosine kinase activity, regulation of protein kinase A signaling and activation of protein kinase activity biological pathways, were previously reported to have an important role on the melanocyte development and coat pigmentation. Considering that the genomic regions identified in the current study have been confirmed to be associated with coat color in sheep and other species in previous reports, as well as the identification of some novel putative regions, the identified candidate genes in our study could be further studied and eventually used in genetic selection for coat color in sheep.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biological pathways
  • Coat color
  • Genome-wide association study
  • Sheep

مراجع

  1. Abedi Dehsheikh, , & Muhaghegh-Dolatabady, M. (2010). Identification of single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the ovine melanocortin-1 receptor (MC1R) gene in Lori-Bakhtiari sheep. Iranian Journal of Animal Science, 47 (4), 571-577. (In Farsi)
  2. Amin, M., Masoudi, A. A., Amirinia, C., & Emrani, H. (2018). Molecular study of the extension locus in association with coat colour variation of Iranian indigenous sheep breeds. Russian Journal of Genetics, 54(4), 464-471.
  3. Chhotaray, S., Panigrahi, M., Bhushan, B., Gaur, G. K., Dutt, T., Mishra, B. P., & Singh, R. K. (2021). Genome-wide association study reveals genes crucial for coat color production in Vrindavani cattle. Livestock Science, 247, 104476.
  4. Durinck, S., Spellman, P. T., Birney, E., & Huber, W. (2009). Mapping identifiers for the integration of genomic datasets with the R/bioconductor package biomaRt. Nature Protocols, 4, 1184-1191.
  5. El-Halawany, N., Zhou, X., Al-Tohamy, A. F., El-Sayd, Y. A., Shawky, A. A., Michal, J. J., & Jiang, Z. (2016). Genome-wide screening of candidate genes for improving fertility in Egyptian native Rahmani sheep. Animal Genetics, 1(1), 10.1111/age.12437.
  6. Esmaeili-Fard, S. M., Hafezian, S. H. Gholizadeh, M., & Abdollahi-Arpanahi, R. (2019). Gene set enrichment analysis using genome-wide association study to identify genes and biological pathways associated with twinning in Baluchi sheep. Animal Production Research, 8(2), 63-80. (In Farsi)
  7. Fan, Y., Wang, P., Fu, W., Dong, T., Qi, C., Liu, L., Guo, G., Li, C., Cui, X., Zhang, S., Zhang, Q., Zhang, Y., & Sun, D. (2014). Genome-wide association study for pigmentation traits in Chinese Holstein population. Animal Genetics, 45(5), 740-4.
  8. Farahvash, T., Nazer Adl, K., & Bayeriyar, M. (2009). Practical Technology of Wool and Skin. (1st). Yavarian Publication, 156 pp.
  9. Gebreselassie, G., Liang, B., Berihulay, H., Islam, R., Abied, A., Jiang, L., Zhao, Z., & Ma, Y. (2020). Genomic mapping identifies two genetic variants in the MC1R gene for coat colour variation in Chinese Tan sheep. PLoS One, 15(8), e0235426.
  10. Kamaraj, B., & Purohit, R. (2014). Mutational analysis of oculocutaneous albinism: a compact review. BioMed Research International, 2, 905472. 
  11. Kijas, J. W., Serrano, M., McCulloch, R., Li, Y., SalcesOrtiz, J., Calvo, J. H., & Pérez-Guzmán, M. D. (2013). Genome wide association for a dominant pigmentation gene in sheep. Journal of Animal Breeding and Genetics, (6), 468-75. 
  12. Lu, M. D., Han, X. M., Ma, Y. F., Irwin, D. M., Gao, Y., Deng, J. K., Adeola, A. C., Xie, H. B., & Zhang, Y. P. (2016). Genetic variations associated with six-white-point coat pigmentation in Diannan small-ear pigs. Scientific Reports, 8(6), 27534. 
  13. Marques, D. B. D., Bastiaansen, J. W. M., Broekhuijse, M. L. W. J., Lopes, M. S., Knol, E. F., Harlizius, B., Guimarães, S. E. F., Silva, F. F., & Lopes, P. S. (2018). Weighted single-step GWAS and gene network analysis reveal new candidate genes for semen traits in pigs. Genetics Selection Evolution, 50(1), 40.
  14. Marcon, C. R., & Maia, M. (2019). Albinism: epidemiology, genetics, cutaneous characterization, psychosocial factors. Anais Brasileiros de Dermatologia, 94, 503-520.
  15. Metallinos, D., & Rine, J. (2000). Exclusion of EDNRB and KIT as the basis for white spotting in Border Collies. Genome Biology, 1(2), 0004.
  16. Mohammadi, H., & Sadeghi, M. (2010). Estimation of genetic parameters for growth and reproduction traits and genetic trends of growth traits in Zel sheep breed under rural production system. Iranian Journal of Animal Science, 41(3), 231-241. (In Farsi)
  17. Moradi, M. H., Nejati-Javaremi, A., Moradi-Shahrbabak, M., Dodds K. G., & McEwan, J. C. (2012). Genomic scan of selective sweeps in thin and fat tail sheep breeds for identifying of candidate regions associated with fat deposition. BMC Genetics, 13, 10.
  18. Nazari-Ghadikolaei, A., Mehrabani-Yeganeh, H., Miarei-Aashtiani, S. R., Staiger, E. A., Rashidi, A., & Huson, H. J. (2018). Genome-wide association studies identify candidate genes for coat color and mohair traits in the Iranian Markhoz goat. Frontiers in Genetics, 4(9), 105.
  19. Peñagaricano, F, Weigel, K. A., Rosa, G. J., & Khatib, H. (2013). Inferring quantitative trait pathways associated with bull fertility from a genome-wide association study. Frontiers in Genetics, 3, 307-314.
  20. Purcell, S., Neale B., Todd-Brown, K., Thomas, L., Ferreira, M. A. R., & Bender, D. (2007). PLINK: a toolset for whole-genome association and population-based linkage analysis. The American Journal of Human Genetics, 81, 559-575.
  21. Seabury, C. M., Oldeschulte, D. L., Saatchi, M., Beever, J. E., Decker, J. E., & Taylor, J. F. (2017). Genome-wide association study for feed efficiency and growth traits in U.S. beef cattle. BMC Genomics, 18(1), 386-396.
  22. Teo, Y. Y, Fry, A. E, Clark, T. G., Tai, E.S., & Seielstad, M. (2007). On the usage of HWE for identifying genotyping errors. Annals of Human Genetics, 71, 701-703.
  23. Vatankhah, M., Talebi, M. A., & Edriss, M. A. (2008). Estimation of genetic parameters for reproductive traits in Lori-Bakhtiari sheep. Small Ruminant Research, 74, 216-220.
  24. Wu, Z. Y., Li, L., Fu, Y. H., Wang, S., An, Q. M., Tang, X. H., Du, X. Y., & Zhou, F. (2021). Identification of differentially expressed genes between white and black skin tissues by RNA-Seq in the Tibetan sheep (Ovis arises). Pakistan Journal of Zoology, 53(2), 721-731.
  25. Xiaowei, W., Yi, F., Xiaoming, M. A., Lina, M. A., Caijuan, Y. U. E., Jin, W., Zhengwei, Z., & Qing, M. A. (2020). Quantitative analysis of mRNA expression of Tan sheep coat color candidate genes MC1R and TCF25. Journal Acta Agriculture, 32(8), 1351-1356.
  26. Zheng, X., Zhang, B., Zhang, Y., Zhong, H., Nie, R., Li, J., Zhang, H., & Wu, C. (2020). Transcriptome analysis of feather follicles reveals candidate genes and pathways associated with pheomelanin pigmentation in chickens. Scientific Reports, 10(1), 12088. 
علوم دامی ایران
دوره 53، شماره 3
آذر 1401
صفحه 153-160

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 15 شهریور 1400
  • تاریخ بازنگری: 20 آبان 1400
  • تاریخ پذیرش: 17 اسفند 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار