نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• محمد مرادی شهربابک ¹
• فاطمه اسماعیلی لیما ²
• حسین مرادی شهربابک ¹
• علی جلیل سرقلعه ³

¹ گروه علوم دامی ، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تهران

² 'گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تهران

³ گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

چکیده

شناسایی نواحی ژنومی مرتبط با انتشار متان در گاو هلشتاین با استفاده از پویش کل ژنومی صفات نسبت اسیدهای چرب فرار استات به پروپیونات و پرو پیونات به بوتیرات



چکیده

هدف: متان یک گاز گلخانه‌ای قدرتمند است که پتانسیل گرمایش جهانی آن 2/27 برابر بیشتر از دی اکسید کربن است. فرآیند تخمیر در روده نشخوارکنندگان منجر به تولید گاز گلخانه‌ای قوی متان می‌شود. این پژوهش با هدف شناسایی نواحی ژنومی مرتبط با انتشار متان در نسبت‌های اسیدهای چرب فرار استات به پروپیونات و پروپیونات به بوتیرات در گاو هلشتاین با استفاده از روش پویش کل ژنومی انجام شد.

روش پژوهش: نمونه‌های مو و مایع شکمبه (از طریق لوله مری) از 150 راس حیوان انتخاب شده بر اساس روش ارزش‌های اصلاحی صفت تولید شیر دوطرفه در یک گله پرورش گاو شیری صنعتی و مطابق با استانداردهای مربوطه نمونه‌گیری شد. بعد از اندازه‌گیری غلظت اسیدهای چرب فرار مایع شکمبه، انتشار متان به ازای هر حیوان با استفاده از این اسیدها اندازه‌گیری شد. کارت مو 150 حیوان جهت ژنوتاپینگ برای شرکت GeneSeek در کشور آمریکا فرستاده شده بود و این نمونه‌ها با GGP-LD v4 SNP panel (حاوی SNPs30٬108) ژنوتایپ شده بودند. جهت کنترل کیفیت ژنوتایپینگ از نرم‌افزار PLINK 2.0 استفاده شده بود. کل SNPهای برآورد شده 29558 بود و بعد از کنترل کیفیت به تعداد 5723 از SNPها حذف شدند آنالیز GWAS برای شناسایی نواحی ژنومی مرتبط با انتشار متان: جهت شناسایی عوامل ثابت موثر بر صفت انتشار متان درGWAS، داده‌ها با استفاده از تجزیه واریانس حداقل مربعات با استفاده از رویه (GLM= Generalized linear model ) در نرم افزار SAS نسخه 1/9 مورد آنالیز قرار گرفتند(SAS S, 2002). آنالیز ارتباط بین ژنوتیپ‌ها و صفت انتشار متان با استفاده از یک مدل خطی مختلط در نرم افزار (19) plink انجام شد.

یافته‌ها: بر اساس، آنالیز تجزیه واریانس حداقل مربعات با استفاده از رویه GLM اثر بهاربند و سن حیوان برای صفت انتشار متان پیش‌بینی شده معنی دار بود.(P<0/05) برای صفت‌های نسبت استات به پروپیونات و نسبت پروپیونات به بوتیرات به تربیت پنج و دو اسنیپ معنی‌دار مشخص گردید که SNPهای در ارتباط با صفت استات به پروپیونات در کروموزم‌های 3، 28 و SNP های در ارتباط با صفت نسبت پروپیونات به بوتیرات در کروموزوم‌های 11 و 10 شناسایی گردید. با استفاده از Annotating، یکسریQTL های مرتبط با انتشار متان، وزن بدن، دوره شیردهی و شیر تولیدی و ترکیب‌های آن اطراف بعضی از این SNPها نشان داده شد.

نتیجه‌گیری: این نتایج نشان دهنده پتانسیل انتخاب ژنتیکی برای کاهش انتشار متان به ازای هر حیوان را نشان می‌دهد به طوری که بهبود حاصل از انتخاب ژنتیکی به دلیل توارث‌پذیری، تجمعی و دائمی بودن بسیار مفید می‌باشد.

واژه‌های کلیدی: انتشار متان، مطالعه پویش کل ژنومی، گاو هلشتاین، انتخاب ژنتیکی

کلیدواژه‌ها

• انتشار متان
• مطالعه پویش کل ژنومی
• گاو هلشتاین
• انتخاب ژنتیکی

عنوان مقاله [English]

Genome-wide association study to identify genomic regions associated with methane emission in Holstein cattle using volatile fatty acid ratios of acetate to propionate and propionate to butyrate

نویسندگان [English]

• Mohammad Moradi Shahr Babak ¹
• Fatemeh Esmaeili Lima ²
• Hossain Moradi Shahrbabak ¹
• Ali Jalil Sarghale ³

¹ Department of Animal Science, Agricultural College, Tehran University

² Department of Animal Science, Agricultural College, University of Tehran

³ , Department of Animal Science, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran.

چکیده [English]

Abstract

Objective: Methane is a potent greenhouse gas with a global warming potential of 27.2 times greater than the carbon dioxide. The fermentation process in the ruminant gut results in the strong production of methane, a potent greenhouse gas. The aim of this research was to identify genomic regions associated with methane emission in Holstein dairy cattle using a genome-wide association method and volatile fatty acid ratios of acetate to propionate and propionate to butyrate.

Research Materials and Methods: Hair and rumen fluid samples (via an esophageal tube) were collected from 150 selected animals based on the bidirectional milk yield trait breeding values (EBV) method from an industrial Holstein dairy cattle herd and using related standards for sampling. Methane emission was measured for each animal using these acids after measuring the concentration of rumen fluid volatile fatty acids. Hair cards samples of 150 animals were sent to Gene Seek company in country of America, and the DNA samples were genotyped using SNP panel of GGP-LD v4' (containing 30,108 SNPs). Quality control of genotyping results was done using Plink2.0 software. Total estimated SNPs were 29558 and after quality control 5723 of them were culled due quality control criteria.

GWAS Analysis: GWAS analysis was used for identifying genomic regions related to methane emission and least squared analysis of variance with proc GLM (Generalized linear model) in SAS (2002-v 9.1) software was used to identify significant fixed effect factors related to methane emission. A mixed linear model in Plink (19) software was used to analyze the relation between genotypes and methane emission traits.

Results: The effect of age and barnyard were significant for predicted methane emission trait based on the results of least square analysis variance (P<0/05). Five and two significant SNPs were determined for acetate to propionate and propionate to butyrate traits respectively. SNPs related to ratio of acetate to propionate trait were located on chromosomes 3, 28 and those related to ratio if propionate to butyrate trait were located on chromosomes 10, 11 respectively. Using annotation, a series of QTLs associated with methane emission, body weight, milk production traits, and remaining lactation period were identified around some of these SNPs.

Conclusion: The results of this research demonstrate the potential of genetic selection to reduce methane emissions per animal, such that the improvement resulting from genetic selection is very useful due to heritability, accumulation, and permanence.

Keywords: genetic selection, genome-wide analysis study, Holstein cattle, Methane emissions

کلیدواژه‌ها [English]

• Genetic selection
• Genome-wide analysis study
• Holstein cattle
• Methane emissions