تولیدات دامی

مطالعه پویش کامل ژنوم با تجزیه و تحلیل غنی‌سازی مجموعه-های ژنی برای شناسایی ژن‌ها و مسیرهای مرتبط با خلق‌وخوی در گاو براهمن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

حسین محمدی 1
امیر حسین خلت آبادی فراهانی 2
محمد حسین مرادی 2
ابوذر نجفی 3

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.

3 استادیار، گروه علوم دام و طیور، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، پاکدشت، ایران.

https://doi.org/10.22059/jap.2021.327445.623630
چکیده
درک کنترل ژنتیکی خلق‌وخوی به‌عنوان یک صفت پیچیده و دارای همبستگی با صفات اقتصادی یکی از اهداف اصلاح نژادی در صنعت گاو گوشتی است. هدف پژوهش حاضر، مطالعه پویش کل ژنوم بر مبنای تجزیه و تحلیل غنی­سازی مجموعه ژنی جهت شناسایی جایگاه­های ژنی مؤثر بر صفات مرتبط با خلق‌وخوی گاو نژاد براهمن بود. بدین منظور از اطلاعات ژنوتیپی 1370 رأس گاو براهمن و رکوردهای فنوتیپی شامل سرعت خروج، امتیاز پن و امتیاز خلق‌وخوی استفاده شد. ارزیابی پویش کامل ژنوم با PLINK نسخه 1/90 انجام شد. تجزیه و تحلیل غنی­ سازی مجموعه ­های ژنی به‌وسیله بسته نرم­افزاری goseq برنامه R با هدف شناسایی مسیرهای زیستی ژن‌های نزدیک در مناطق انتخابی کاندیدا انجام شد. در نهایت تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیکی از پایگاه­های برخط GO، Metacyc، KEGG، Reactome و Panther استفاده شد. با تجزیه و تحلیل غنی­سازی مجموعه­های ژنی، مسیرهای بیوشیمیایی و )ژن‌های کاندیدای( neurotransmitter secretion (NRXN3 و CACNG3)،­Cycle  Dopamine Neurotransmitter Release (PPFIA2)، regulation of neuron projection development (GRID2)، neuron projection (SLC8A1 و KCNQ2)، Axonal growth inhibition (RTN4R)، Neurotrophin signaling pathway (MAP2K2، MAP3K5 و PSEN1) و Focal adhesion (TLN2) مرتبط با سرعت خروج شناسایی شدند. ژن‌های کاندیدای شناسایی‌شده نقش مهمی در تفرق و تمایز سیناپس­ها، انتقال‌دهنده­های عصبی، بیماری­های عصبی و اختلال روانی، استرس­های اکسیداتیو و محیطی، گیرنده­های هورمونی و هموستازی گلوکز داشتند. با توجه به تأیید مناطق قبلی پویش ژنومی و شناسایی مناطق ژنومی جدید، استفاده از یافته­های این پژوهش می­تواند در انتخاب ژنتیکی حیوانات با تولید بالاتر از طریق دام­های آرام مفید باشد.

کلیدواژه‌ها

آرایه ژنومی
بوس ایندکیوس
رفتار
ژن کاندیدا
هستی‌شناسی ژن

عنوان مقاله English

Genome-wide association study by gene set enrichment analysis to identify genes and pathways associated with temperament in Brahman cattle

نویسندگان English

Hossein Mohammadi 1
Amir Hossein khaltabadi farahani 2
Mhammad hossein Moradi 2
Abouzar Najafi 3
1 Department of Animal Sciences, Faculty of Agriculture and Environmental Sciences, University of Arak
2 University of arak
3 Tehran University
چکیده English

Understanding the genetic control of temperament as a complex trait and correlated with economic traits is one of the breeding goals in beef cattle industry. The aim of the current study was genome wide association studies (GWAS) based on Gene set enrichment analysis for detecting the loci associated with temperament traits in Brahman cattle breed. Therefore, 1370 Brahman cattle and phenotype records associated with temperament traits including Exit velocity, Pen Score, and Temperament Score were used. The evaluation of genome-wide association was carried out using PLINK package 1.90. The gene enrichment analysis was performed by the goseq R package for identifying biological pathways of nearby genes in selected candidate regions and finally, GO, Metacyc, KEEG, Reactome and panther databases were applied for bioinformatics analysis. By Gene set enrichment analysis, the biological pathways and candidate genes of neurotransmitter secretion (NRXN3 and CACNG3), Dopamine Neurotransmitter Release Cycle (PPFIA2), regulation of neuron projection development (GRID2), neuron projection (SLC8A1 and KCNQ2), Axonal growth inhibition (RTN4R), Neurotrophin signaling pathway (MAP2K2, MAP3K5 and PSEN1) and Focal adhesion (TLN2) were identified. The detected candidate genes played an important role in differentiation of synapse, neurotransmitters, neurological diseases and disorders, oxidative and environmental stresses, hormone receptors and glucose homeostasis. Considering the confirmation of the previous region of genome wide association and the identification of new genomic regions, the findings of this study can be useful in the genetic selection of higher production cattle through calm animals.

کلیدواژه‌ها English

Behaviour
Bos indicus
Candidate gene
Gene ontology
SNPchip
  1. Alvarenga AB, Oliveira HR, Chen SY, Miller SP, Marchant-Forde JN, Grigoletto L and Brito LF (2021) A Systematic Review of Genomic Regions and Candidate Genes Underlying Behavioral Traits in Farmed Mammals and Their Link with Human Disorders. Animals (Basel), 11(3): 715.
  2. Azizpour N, Khaltabadi Farahani AH, Moradi MH and Mohammadi H (2020) Genome-wide association study based on Gene-set enrichment analysis associated with milk yield in Holstein cattle. Animal Science Researches, 30(1): 79-92. (In Persian)
  3. Borsotto M, Cavarec L, Bouillot M, Romey G, Macciardi F, Delaye A, Nasroune M, Bastucci M, Sambucy JL, Luan JJ, Charpagne A, Jouët V, Léger R, Lazdunski M, Cohen D and Chumakov I (2007) PP2A- Bgamma subunit and KCNQ2 K+ channels in bipolar disorder. The Pharmacogenomics Journal, (2): 123-32.
  4. Bouwman AC, Daetwyler HD, Chamberlain AJ, Ponce CH, Sargolzaei M and Schenkel FS (2018) Meta-analysis of genome-wide association studies for cattle stature identifies common genes that regulate body size in mammals. Nature Genetics, 50: 362.
  5. Burdick NC, Agado B, White JC, Matheney KJ, Neuendorff DA and Riley DG (2011) Technical note: Evolution of exit velocity in suckling Brahman calves. Journal of Animal Science, 89: 233-236.
  6. Carvalheiro R, Costilla R, Neves HHR, Albuquerque LG, Moore S and Hayes BJ (2019) Unraveling genetic sensitivity of beef cattle to environmental variation under tropical conditions. Genetic Selection Evaluation, 51(1): 29.
  7. Chen ZY, Zhang WW, Gan JK and Kong LN (2010) Genetic effect of an A/G polymorphism in the HSP70 gene on thermotolerance in chicken. Genet. Mol. Res. 15(2): gmr8271.
  8. Dos Santos FC, Peixoto MG, Fonseca PA, Pires MF, Ventura RV, Rosse ID, Bruneli FA, Machado MA and Carvalho MR (2017) Identification of Candidate Genes for Reactivity in Guzerat (Bos indicus) Cattle: A Genome-Wide Association Study. PLoS One, 12(1): e0169163.
  9. Friedrich J, Brand B and Schwerin M (2015) Genetics of cattle temperament and its impact on livestock production and breeding–A review. Archives Animal Breeding, 58: 13-21.
  10. Hsu R, Woodroffe A, Lai WS, Cook MN, Mukai J, Dunning JP, Swanson DJ, Roos JL, Abecasis GR, Karayiorgou M and Gogos JA (2007) Nogo Receptor 1 (RTN4R) as a candidate gene for schizophrenia: analysis using human and mouse genetic approaches. PLoS One, 2(11): e1234.
  11. Harkin LF, Lindsay SJ, Xu Y, Alzu'bi A, Ferrara A, Gullon EA, James OG and Clowry GJ (2019). Neurexins 1-3 Each Have a Distinct Pattern of Expression in the Early Developing Human Cerebral Cortex. Cerebral Cortex Journal, 27(1): 216-232.
  12. Kalkan Z, Durasi İM, Sezerman U and Atasever-Arslan B (2016) Potential of GRID2 receptor gene for preventing TNF-induced neurodegeneration in autism. Neuroscience Letters, 620: 62-9.
  13. Kim ES, Elbeltagy AR, Aboul-Naga AM, Rischkowsky B, Sayre B, Mwacharo JM and Rothschild MF (2016) Multiple genomic signatures of selection in goats and sheep indigenous to a hot arid environment. Heredity (Edinb), 116(3): 255-64.
  14. Kumar S, Chowdhury S, Razdan A, Kumari D, Purty RS, Ram H, Kumar P, Nayak P and Shukla SD (2021) Downregulation of Candidate Gene Expression and Neuroprotection by Piperine in Streptozotocin-Induced Hyperglycemia and Memory Impairment in Rats. Frontiers in Pharmacology, 11: 595471.
  15. León CD, Manrique C, Martínez R and Rocha JF (2019) Genomic association study for adaptability traits in four Colombian cattle breeds. Genetics and Molecular Research, 18(3): gmr18373.
  16. Mota LFM, Lopes FB, Fernandes Júnior GA, Rosa GJM, Magalhães AFB, Carvalheiro R and Albuquerque LG (2020) Genome-wide scan highlights the role of candidate genes on phenotypic plasticity for age at first calving in Nellore heifers. Scientific Reports, 10(1): 6481.
  17. Mohammadi H and 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 Persian)
  18. Paredes-Sánchez FA, Sifuentes-Rincón AM, Casas E, Arellano-Vera W, Parra-Bracamonte GM, Riley DG, Welsh TH and Randel RD (2020) Novel genes involved in the genetic architecture of temperament in Brahman cattle. PLoS One, 15(8): e0237825.
  19. Seabury CM, Oldeschulte DL, Saatchi M, Beever JE, Decker JE, Halley YA, Bhattarai EK, Molaei M, Freetly HC, Hansen SL, Yampara-Iquise H, Johnson KA, Kerley MS, Kim J, Loy DD, Marques E, Neibergs HL, Schnabel RD, Shike DW, Spangler ML, Weaber RL, Garrick DJ and Taylor JF (2017) Genome-wide association study for feed efficiency and growth traits in U.S. beef cattle. BMC Genomics, 18(1): 386-396.
  20. Sevane N, Martínez R and Bruford MW (2019) Genome-wide differential DNA methylation in tropically adapted Creole cattle and their Iberian ancestors. Animal Genetics, 50(1): 15-26.
  21. Shen J, Chen Q and Zhang F (2020) Genome-wide Association Studies Identify Quantitative Trait Loci Affecting Cattle Temperament. Research Square, rs-107748/v1.
  22. Shen Q, Qu K, Ma Z, Zhan J, Zhang F, Shen J, Ning Q, Jia P, Zhang J, Chen N, Chen H, Huang B and Lei C (2020) Genome-Wide Association Study Identifies Genomic Loci Associated With Neurotransmitter Concentration in Cattle. Frontiers in Genetics, 11: 139.
  23. Sun CH, Southard C, Witonsky DB and Kittler R (2010) Allele-Specific Down-Regulation of RPTOR Expression Induced by Retinoids Contributes to Climate Adaptations. PLoS one Genetics, 6: e1001178.
  24. Valente TS, Baldi F, SantAnna AC, Albuquerque LG and Paranhos da Costa MJ (2016) Genome-Wide Association Study between Single Nucleotide Polymorphisms and Flight Speed in Nellore Cattle. PLoS One, 11(6): e0156956.

 

تولیدات دامی
دوره 23، شماره 4
زمستان 1400
صفحه 481-490

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما