بازسازی شبکه ژن‌های هم‌بیان مرتبط با رشد و تکامل فولیکول‌های الیاف در جنین بز کرکی

پژوهشهای علوم دامی ایران

مقاله 8، دوره 12، شماره 2 - شماره پیاپی 42، تیر 1399، صفحه 231-240   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ijasr.v12i2.81710

نویسندگان

ارسلان برازنده¹؛ مرتضی مختاری¹؛ الهام بهدانی²؛ زهرا رودباری^{* 1}

¹گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه جیرفت، جیرفت، ایران.

²دانشگاه دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی رامین ، خوزستان، ایران.و منابع طبیعی رامین ، خوزستان

چکیده

فولیکول مو قسمتی از پوست است که مو را تولید و چرخه رشد مو را کنترل می‌کند. فولیکول مو مرکزی برای رشد الیاف مهم از نظر اقتصادی در صنعت دامپروری است. مطالعات نشان داده‌اند که تغییرات در سطح بیان ژن ها در رشد و نمو فولیکول مو تاثیر دارد. با وجود پیشرفت های اخیر در شناسایی شبکه های هم بیانی ژن ها و سیگنال های مولکولی که بر توسعه پوست و رشد فولیکول مو حاکم است، مکانیسم های تنظیم کننده ساخت الیاف بز کرکی، هنوز شناسایی نشده است. از این‌رو، پژوهش کنونی برای بررسی مهمترین مولکول­های کنترل کننده رشد و نمو فولیکول­های الیاف در بز کرکی و رمزگشایی ژن های درگیر در رشد و نمو فولیکول‌های الیاف انجام شد. به این منظور، از داده­های مربوط به توالی یابی رونوشت های پوست جنین بزهای کرکی شانبی در سه مرحله رشد استفاده شد. آنالیز بیان افتراقی رونوشت ها نشان داد که در تمام طول روند رشد فولیکول  بیان 145 ژن افزایش و بیان 650 ژن کاهش داشته است. از بین ژن‌هایی با بیان افتراقی، ژن­های تنظیمی هم بیان بر اساس نتایج واکاوی پارامترهای آماری شبکه و مستند سازی کارکردی شناسایی شدند که شامل: SHH، KLF4، MMP9،MSX1، KRT17 ، COL2A1و VEGFA بودند. بر اساس نتایج حاصل از پژوهش کنونی ژن هایی با اثرات عمده شناسایی شدند که تنظیم کننده شبکه‌های بیانی ژن ها و سیگنال‌های مولکولی مرتبط با ساخت الیاف بز کرکی هستند. این ژن ها با توجه به  مستند سازی عملکردی می توانند نقش قابل توجهی در بهبود اصلاح نژاد بز کرکی ایفا کنند.

کلیدواژه‌ها

آنالیز رونوشت؛ الیاف بز کرکی؛ بیان افتراقی؛ شبکه تنظیمی بیان

مراجع

1- Anders, S., P. T. Pyl, and W. Huber. 2015. HTSeq--a Python framework to work with high-throughput sequencing data. Bioinformatics (Oxford, England), 31 (2): 166–169.

2- Ansari-renani, H. R., Z. Ebadi, S. Moradi, H. R. Baghershah, M. Y. Ansari-renani, and S. H. Ameli. 2011. Determination of hair follicle characteristics , density and activity of Iranian cashmere goat breeds. Small Ruminant Research, 95 (2–3): 128–132.

3- Ayaz, A., Z. Iqbal, B. Ahmad, N. A. Ganai, N. Singh, A. Ali, T. Mumtaz, M. A. Dar, M. Shabir, and S. Shanaz. 2017. Impact of high glycine tyrosine KAP genes on Cashmere fibre trait characteristics. Biotechnology Journal International, 19 (3): 1–5.

4- Barazandeh, A., S. M. Moghbeli, N. G. Hossein-Zadeh, and M. Vatankhah. 2012. Genetic evaluation of growth in Raini goat using random regression models. Livestock Science, 145 (1–3): 1–6.

5- Blin-Wakkach, C., F. Lezot, S. Ghoul-Mazgar, D. Hotton, S. Monteiro, C. Teillaud, L. Pibouin, S. Orestes-Cardoso, P. Papagerakis, and M. Macdougall. 2001. Endogenous Msx1 antisense transcript: in vivo and in vitro evidences, structure, and potential involvement in skeleton development in mammals. Proceedings of the National Academy of Sciences, 98 (13): 7336–7341.

6- Bolger, A. M., M. Lohse, and B. Usadel. 2014. Trimmomatic: a flexible trimmer for Illumina sequence data. Bioinformatics (Oxford, England), 30 (15): 2114–2120.

7- Dosch, R. 2015. Next generation mothers: maternal control of germline development in zebrafish. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology, 50 (1): 54–68.

8- Gao, Y., X. Wang, H. Yan, J. Zeng, S. Ma, Y. Niu, G. Zhou, Y. Jiang, and Y. Chen. 2016. Comparative transcriptome analysis of fetal skin reveals key genes related to hair follicle morphogenesis in cashmere goats. PLoS ONE, 11 (3): 1–20.

9- Geng, R., C. Yuan, and Y. Chen. 2013. Exploring differentially expressed genes by RNA-Seq in cashmere goat (Capra hircus) skin during hair follicle development and cycling. PloS One, 8 (4): e62704.

10- Georgantas, R. W., V. Tanadve, M. Malehorn, S. Heimfeld, C. Chen, L. Carr, F. Martinez-Murillo, G. Riggins, J. Kowalski, and C. I. Civin. 2004. Microarray and serial analysis of gene expression analyses identify known and novel transcripts overexpressed in hematopoietic stem cells. Cancer Research, 64 (13): 4434–4441.

11- Gong, H., H. Wang, Y. Wang, X. Bai, B. Liu, J. He, J. Wu, W. Qi, and W. Zhang. 2018. Skin transcriptome reveals the dynamic changes in the Wnt pathway during integument morphogenesis of chick embryos. PloS One, 13 (1): e0190933.

12- Jiang, J., and C. Hui. 2008. Hedgehog signaling in development and cancer. Developmental Cell, 15 (6): 801–812.

13- Kim, D., B. Langmead, and S. L. Salzberg. 2015. HISAT: a fast spliced aligner with low memory requirements. Nature Methods, 12 (4): 357–360.

14- Li, J., H. Zheng, J. Wang, F. Yu, R. J. Morris, T. C. Wang, S. Huang, and W. Ai. 2012. Expression of Kruppel-like factor KLF4 in mouse hair follicle stem cells contributes to cutaneous wound healing. PLoS ONE, 7 (6): e39663–e39663.

15- Liu, B., F. Gao, J. Guo, D. Wu, B. Hao, Y. Li, and C. Zhao. 2016. A microarray-based analysis reveals that a short photoperiod promotes hair growth in the Arbas Cashmere goat. PloS One, 11 (1): e0147124–e0147124.

16- Liu, G., R. Liu, X. Tang, J. Cao, S. Zhao, and M. Yu. 2015. Expression profiling reveals genes involved in the regulation of wool follicle bulb regression and regeneration in sheep. International Journal of Molecular Sciences, 16 (5): 9152–9166.

17- Liu, H., C.-W. Yue, W. Zhang, X. Zhu, G. Yang, and Z. Jia. 2011. Association of the KAP 8.1 gene polymorphisms with fibre traits in inner mongolian cashmere goats. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 24 (10): 1341–1347.

18- Love, M. I., W. Huber, and S. Anders. 2014. Moderated estimation of fold change and dispersion for RNA-seq data with DESeq2. Genome Biology, 15 (12): 550.

19- Nie, Y., S. Li, X. Zheng, W. Chen, X. Li, Z. Liu, Y. Hu, H. Qiao, Q. Qi, and Q. Pei. 2018. Transcriptome reveals long non-coding RNAs and mRNAs involved in primary wool follicle induction in carpet sheep fetal skin. Frontiers in Physiology, 9 446.

20- Nothnick, W. B. 2008. Regulation of uterine matrix metalloproteinase-9 and the role of microRNAs. Seminars in Reproductive Medicine, 26 (6): 494–499.

21- Ozeki, M., and Y. Tabata. 2003. In vivo promoted growth of mice hair follicles by the controlled release of growth factors. Biomaterials, 24 (13): 2387–2394.

22- Qiao, X., J. H. Wu, R. B. Wu, R. Su, C. Li, Y. J. Zhang, R. J. Wang, Y. H. Zhao, Y. X. Fan, and W. G. Zhang. 2016. Discovery of differentially expressed genes in cashmere goat (Capra hircus) hair follicles by RNA sequencing. Genetics and Molecular Research, 15 (3): gmr.15038589.

23- Qu, B. O., Y. Qiu, Z. Zhen, and F. Zhao. 2016. Computational identification and characterization of novel microRNA in the mammary gland of dairy goat ( Capra hircus ). 95 (3): 1–31.

24- Sennett, R., and M. Rendl. 2012. Mesenchymal–epithelial interactions during hair follicle morphogenesis and cycling. Seminars in Cell and Developmental Biology Developmental Biology, 23 (8): 917–927.

25- Shannon, P., A. Markiel, O. Ozier, N. S. Baliga, J. T. Wang, D. Ramage, N. Amin, B. Schwikowski, and T. Ideker. 2003. Cytoscape: a software environment for integrated models of biomolecular interaction networks. Genome Research, 13 (11): 2498–2504.

26- Sharov, A. A., M. Schroeder, T. Y. Sharova, A. N. Mardaryev, E. M. J. Peters, D. J. Tobin, and V. A. Botchkarev. 2011. Matrix metalloproteinase-9 is involved in regulation of the hair canal formation. The Journal of Investigative Dermatology, 131 (1): 257.

27- Song, S., M. Yang, Y. Li, M. Rouzi, Q. Zhao, Y. Pu, X. He, J. M. Mwacharo, N. Yang, Y. Ma, and L. Jiang. 2018. Genome-wide discovery of lincRNAs with spatiotemporal expression patterns in the skin of goat during the cashmere growth cycle. BMC Genomics, 19 (1): 1–12.

28- St-Jacques, B., H. R. Dassule, I. Karavanova, V. A. Botchkarev, J. Li, P. S. Danielian, J. A. McMahon, P. M. Lewis, R. Paus, and A. P. McMahon. 1998. Sonic hedgehog signaling is essential for hair development. Current Biology, 8 (19): 1058–1069.

29- Stelnicki, E. J., M. R. Harrison, D. Holmes, N. S. Adzick, L. G. Kömüves, W. Clavin, and C. Largman. 1997. The human homeobox genes MSX-1, MSX-2, and MOX-1 are differentially expressed in the dermis and epidermis in fetal and adult skin. Differentiation, 62 (1): 33–41.

30- Temizkan, M. C., and A. G. Bayraktaroglu. 2017. Effective Gene on Hair Follicle Growth. Mae Vet Fak Derg, 2 (1): 61–73.

31- Wang, L., Y. Zhang, M. Zhao, R. Wang, R. Su, and J. Li. 2015. SNP discovery from transcriptome of cashmere goat skin. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 28 (9): 1235.

32- Yang, M., S. Song, K. Dong, X. Chen, X. Liu, M. Rouzi, Q. Zhao, X. He, Y. Pu, W. Guan, Y. Ma, and L. Jiang. 2017. Skin transcriptome reveals the intrinsic molecular mechanisms underlying hair follicle cycling in Cashmere goats under natural and shortened photoperiod conditions. Scientific Reports, 7 (1): 1–12.

33- Yano, K., L. F. Brown, and M. Detmar. 2001. Control of hair growth and follicle size by VEGF-mediated angiogenesis. The Journal of Clinical Investigation, 107 (4): 409–417.