نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• ارغوان بستام ¹
• غلامرضا داشاب ²
• حسین بزی ³

¹ گروه علوم دامی ، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

² دانشیار ژنتیک و اصلاح دام، گروه علوم دامی،‌دانشکده کشاورزی،‌ دانشگاه زابل

³ گروه علوم دامی ، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل

چکیده

چکیده

هدف: ژن گیرنده اینترلوکین-4 (IL-4R) یکی از اجزای کلیدی مسیرهای سیگنالینگ ایمنی است که نقش مهمی در تنظیم پاسخ‌های ایمنی و فرآیندهای تولیدمثلی در پستانداران ایفا می‌کند. هدف از این مطالعه، بررسی تنوع ژنتیکی جایگاه ژن IL-4R در دو زیرگونه گاو Bos taurus (گاوهای اروپایی) وBos indicus (گاوهای هندی) بود.

روش پژوهش: بیست و شش توالی نوکلئوتیدی مربوط به نژادهای مختلف هر دو زیرگونه اروپایی و هندی از پایگاه‌های داده NCBI و Ensemble استخراج و هم‌تراز شدند. همترازی توالی‌های ژنی با الگوریتم CLUSTAL-W نرم افزار MEGA نسخه ۱۱ انجام شد. سپس تعداد و انواع جهش‌ها و میزان چندشکلی، تنوع نوکلئوتیدی، تعداد جایگاه‌های که در آن ها جایگزینی مشابه یا غیر‌مشابه اتفاق افتاده، درصد تفرق ژنی، درصد جایگزینی‌های انتقالی و تقاطعی و تبدیل ژنی با نرم افزارهای MEGA11 و Dnaspv5 محاسبه شدند. درصد جانشینی‌های انتقالی و تقاطعی نوکلئوتیدی با استفاده از روش حداکثر درست‌نمایی ترکیبی محاسبه شد. تنوع هاپلوتایپی بر اساس روش حداکثر درستنمایی و فاصله ژنتیکی بر اساس مدل تامورا-نئی محاسبه شدند و در نهایت درخت فیلوژنتیک با روش اتصال همسایگی(NJ) ترسیم گردید. برای بررسی فشار انتخاب در جایگاه ژن اینترلوکین-4 نسبت جایگزینی‌های غیرمترادف به مترادف (dN/dS) محاسبه شد.

یافته‌ها: میزان تنوع نوکلئوتیدی در ناحیه ژن IL-4R در گاوهای اروپایی و هندی به ترتیب 33/0 و 214/0 برآورد شد. نتایج نشان داد که در تمامی جمعیت‌ها، نرخ جانشینی‌های انتقالی بیشتر از جانشینی‌های تقاطعی است و همچنین، درصد تبدیل بازهای پورینی به پورینی بیشتر از تبدیل بازهای پیریمیدینی به پیریمیدینی و برعکس بودند. نسبت dN/dS در گاوهای اروپایی و هندی به ترتیب 9/0 و 11/1 محاسبه شد که بیانگر غالب بودن انتخاب خالص در گاوهای اروپایی و وجود نشانه‌هایی از انتخاب مثبت در گاوهای هندی طی تکامل این جایگاه ژنی است. تحلیل درخت فیلوژنتیک نشان‌دهنده مسیرهای تکاملی متفاوت ژن IL-4R در این نژادها بود؛ به‌ گونه‌ای که با وجود داشتن نیای مشترک، گاو های اروپایی قدمت تکاملی بیشتری نسبت به گاو های هندی نشان دادند.

نتیجه‌گیری: یافته‌های مطالعه حاضر بیانگر الگوهای تکاملی متفاوت در گاوهای اروپایی و هندی بودند. غالب بودن انتخاب خالص در گاوهای اروپایی و وجود شواهدی از انتخاب مثبت در گاوهای هندی بیانگر این است که ژن IL-4R در طول فرایند تکامل تحت فشارهای انتخابی متفاوتی قرار داشته است. لذا نتایج مذکور علاوه بر درک بهتر تکامل مولکولی و تنوع ژنتیکی ژن‌های ایمنی در گاو می‌تواند در راهبردهای آینده اصلاح نژاد در گاو بویژه در زمینه عملکرد ایمنی و مقاومت به بیماری‌ ها مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

• انتخاب طبیعی
• ژنIL-4R
• فیلوژنتیک
• گاوهای اروپایی
• گاوهای هندی

عنوان مقاله [English]

Genetic Diversity Analysis of the Interleukin-4 Receptor Gene (IL-4R) Sequence in Bos taurus and Bos indicus Cattle

نویسندگان [English]

• Arghavan Bastam ¹
• Gholam Dashab ²
• Hossein Bazzi ³

¹ Department of Animal Science, Faculty of Agriculture, University of Zabol, Zabol, Iran

² Associate Professor of Animal Breeding and Genetic, Department of Animal Science, University of Zabol, Zabol, Iran

³ Department of Animal Science, Faculty of Agriculture, University of Zabol, Zabol, Iran

چکیده [English]

ABSTRACT

Objective: The interleukin-4 receptor gene (IL-4R) is a critical component of immune signaling pathways and plays an essential role in regulating immune responses and reproductive functions in mammals. The present study aimed to investigate the genetic diversity of the IL-4R gene sequence and to compare nucleotide variation, substitution patterns, selective pressures, and phylogenetic relationships between European cattle (Bos taurus) and Indian cattle (Bos indicus).

Method: For this purpose, 26 nucleotide sequences related to different breeds of both European and Indian species were extracted from the NCBI and Ensemble databases and aligned. Alignment of gene sequences was performed using the CLUSTAL-W algorithm in MEGA software version11. Then, the number and types of mutations and the amount of polymorphism, nucleotide diversity, the number of positions where similar or non-similar substitutions occurred, the percentage of gene divergence, the percentage of transitional and transversional substitutions and gene conversion were calculated using MEGA11 and Dnaspv5 software. The percentage of nucleotide transition and transversion substitutions was calculated using the composite maximum likelihood method. Haplotype diversity was calculated based on the maximum likelihood method and genetic distance was calculated based on the Tamura-Nei model and finally the phylogenetic tree was drawn using the Neighbor-joining (NJ) method. To assess selective pressure acting on the IL-4R gene, the ratio of nonsynonymous to synonymous substitutions (dN/dS) was estimated.

Results: Nucleotide diversity was estimated to be 0.33 in European cattle and 0.214 in Indian cattle, demonstrating a higher level of genetic variability in Bos taurus compared to Bos indicus. In all analyzed populations, the frequency of transitional substitutions was higher than that of transversional substitutions. The dN/dS ratio was calculated as 0.9 for European cattle, indicating that purifying selection has predominantly acted on the IL-4R gene during its evolution in this group. In contrast, the dN/dS ratio in Indian cattle was estimated to be 1.11, suggesting evidence of positive selection acting on this gene locus. Phylogenetic analysis revealed distinct evolutionary patterns of the IL-4R gene among the studied populations. Although both cattle groups share a common ancestor, European cattle exhibit greater evolutionary divergence and appear to have a longer evolutionary history for this gene compared to Indian cattle.

Conclusions: The findings of the present study indicated different evolutionary patterns in European and Indian cattle. The dominance of pure selection in European cattle and the presence of evidence of positive selection in Indian cattle indicate that the IL-4R gene has been under different selective pressures during the evolutionary process. Therefore, in addition to a better understanding of the molecular evolution and genetic diversity of immune genes in cattle, the aforementioned results can be used in future breeding strategies in cattle, especially in the field of immune function and disease resistance.

کلیدواژه‌ها [English]

• Bos taurus
• Bos indicus
• Interleukin-4 receptor gene
• Natural selection
• Phylogenetic