بررسی بیوانفورماتیکی داده‌های توالی‌یابی کل ژنوم در اردک پیکین به‌منظور تخمین میزان ضریب هم‌خونی ژنومی و شناسایی جزایر الگوهای هموزیگوسیتی

پژوهشهای علوم دامی ایران

مقاله 8، دوره 17، شماره 2 - شماره پیاپی 62، تیر 1404، صفحه 205-216   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ijasr.2025.90291.1220

نویسندگان

حسین محمّدی^* ؛ امیر حسین خلت آبادی فراهانی

گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

چکیده

در گله­های اردک همچون سایر گونه‌‌های دامی، شناسایی مناطق ژنومی مؤثر بر صفات مهم اقتصادی امری ضروری محسوب می_­شود. در این راستا، هدف از پژوهش حاضر، برآورد میزان ضریب هم‌خونی ژنومی و تجزیه و تحلیل عملکردی مناطق ژنومی کاندیدای مرتبط با تعداد تخم در اردک می_­باشد. در مجموع، از اطلاعات انفرادی ژنومی 630 اردک که به‌وسیله پلتفرم DNBSEQ-T7 توالی­یابی شده بودند، استفاده گردید. تخمین ضریب هم‌خونی، از طریق الگوی هموزیگوت ژنومی با برنامه PLINK محاسبه شد. به‌عنوان پیش‌فرض، یک درصد از نشانگرهای SNP با بالاترین فراوانی در قطعات هموزیگوت به‌عنوان جزایر ROH در نظر گرفته شدند. در نهایت، آنالیز غنی­سازی مجموعه­های ژنی با استفاده از برنامه آنلاین DAVID انجام شد. نتایج این مطالعه نشان داد که میزان ضریب هم‌خونی محاسبه‌شده با الگوی هموزیگوسیتی 204/0 در اردک‌های پیکین می‌باشد. میانگین تعداد و طول ROH محاسبه‌شده در اردک‌ها برابر با 141 و 52/1 مگاجفت‌باز نوکلئوتیدی در هر پرنده بود. همچنین، مجموع 91 جزیره ROH با طول 60/1 تا 13 مگاباز شناسایی شد. توزیع جزایر ROH در سرتاسر ژنوم یکنواخت نبود، به‌طوری‌که بیشترین و کمترین تعداد جزایر ROH به‌ترتیب روی کروموزوم­های شماره 1 و 31 مشاهده شدند. در تفسیر مجموعه­های ژنی، تعداد 10 مسیر هستی‌شناسی ژنی و بیوشیمیایی شناسایی شد. بررسی ژن­های گزارش‌شده در این مناطق نشان داد که ژن­های COL1A2، FCHSD2،DAZAP1 و NSG1 عملکرد‌های مهمی را در ارتباط با فرآیند تخمک­اندازی، تشکیل پوسته تخم و فسفریله کردن گلیکوپروتئین­ها بر عهده دارند. ژن­های متعددی که در نواحی شناسایی‌شده براساس عملکرد می­توانند به‌عنوان کاندیداهای تحت انتخاب مطرح باشند. به هر حال، بررسی بیشتر ژن­های مرتبط با مناطق ژنومی به‌دست‌آمده از مطالعات جستجوی پویش کل ژنومی ضروری است. استفاده از یافته­های این تحقیق می­تواند در درک ساز‌و‌کار ژنتیکی کنترل‌کننده صفت تعداد تخم تولیدی مورد استفاده قرار گیرد، به‌طوری‌که در انتخاب ژنتیکی اردک از طریق پرندگان برتر، باعث تسریع در پیشرفت ژنتیکی برنامه­های اصلاح نژادی شود.

کلیدواژه‌ها

آنالیز هستی‌شناسی؛ داده‌های ژنومی؛ ژن کاندیدا؛ نشانه‌های انتخاب

مراجع

1. Addo, S., Klingel, S., Thaller, G., & Hinrichs, D. (2021). Genetic diversity and the application of runs of homozygosity-based methods for inbreeding estimation in German White-headed Mutton sheep. PLoS One, 16, e0250608. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0250608
2. Almamun, H. A., Clark, S. A., Kwan, P., & Gondro, C. (2015). Genome-wide linkage disequilibrium and genetic diversity in five populations of Australian domestic sheep. Genetic Selection Evolution, 47, 90. https://doi.org/10.1186/s12711-015-0169-6  
3. Cádiz, M. I., Tengstedt, A. N. B., Sørensen, I. H., Pedersen, E. S., Fox, A. D., & Hansen, M. M. (2024). Demographic history and inbreeding in two declining sea duck species inferred from whole-genome sequence data. Evolutionary Applications, 17(9), e70008. https://doi.org/10.1111/eva.70008  
4. Chen, X., Sun, X., Chimbaka, I. M., Qin, N., Xu, X., Liswaniso, S., Xu, R., & Gonzalez, J. M. (2021). Transcriptome analysis of ovarian follicles reveals potential pivotal genes associated with increased and decreased rates of chicken egg production. Frontiers in Genetics, 12, 622751. https://doi.org/10.3389/fgene.2021.622751
5. Curik, I., Ferenčaković, M., & Sölkner, J. (2014). Inbreeding and runs of homozygosity: A possible solution to an old problem. Livestock Science, 166, 26-34. https://doi.org/10.1016/j.livsci.2014.05.034
6. Eydivandi, S., Roudbar, M. A., Karimi, M. O., & Sahana, G. (2021). Genomic scans for selective sweeps through haplotype homozygosity and allelic fixation in 14 indigenous sheep breeds from Middle East and South Asia. Scientific Reports, 11(1), 2834. https://doi.org/10.1038/s41598-021-82625-2
7. Gomez-Raya, L., Rodríguez, C., Barragán, C., & Silió, L. (2015). Genomic inbreeding coefficients based on the distribution of the length of runs of homozygosity in a closed line of Iberian pigs. Genetic Selection Evolution, 47,81. https://doi.org/10.1186/s12711-015-0153- 1
8. Kroger, C. A., Lee, W., Fraley, G. S., Brito, L. F., & Karcher, D. (2024). Genetic parameters for egg quality traits in Pekin ducks. Poulty Science, 103(12), 104264. https://doi.org/10.1016/j.psj.2024.104264 . Epub ahead of print. 
9. Li, T., Wang, Y., Zhang, Z., Ji, C., Zheng, N., & Huang, Y. (2024). A comparative analysis reveals the genomic diversity among 8 Muscovy duck populations. G3 (Bethesda), 14(7), jkae112. https://doi.org/10.1093/g3journal/jkae112
10. Lin, R., Li, J., Yang, Y., Yang, Y., Chen, J., Zhao, F., & Xiao, T. (2022). Genome-wide population structure analysis and genetic diversity detection of four Chinese indigenous duck breeds from Fujian province. Animals (Basel), 12(17), 2302. https://doi.org/10.3390/ani12172302
11. Lin, R., Li, H., Lin, W., Yang, F., Bao, X., Pan, C., Lai, L., & Lin, W. (2024). Whole-genome selection signature differences between Chaohu and Ji'an red ducks. BMC Genomics, 25(1), 522. https://doi.org/10.1186/s12864-024-10339-6
12. Liu, H., Wang, L., Guo, Z., Xu, Q., Fan, W., Xu, Y., Hu, J., Zhang, Y., Tang, J., Xie, M., Zhou, Z., & Hou, S. (2021a). Genome-wide association and selective sweep analyses reveal genetic loci for FCR of egg production traits in ducks. Genetic Selection Evolution, 53(1), 98. https://doi.org/10.1186/s12711-021-00684-5
13. Liu, J., Shi, L., Li, Y., Chen, L., Garrick, D., Wang, L., & Zhao, F. (2021b). Estimates of genomic inbreeding and identification of candidate regions that differ between Chinese indigenous sheep breeds. Journal of Animal Science and Biotechnology, 12(1), 95. https://doi.org/10.1186/s40104-021-00608-9
14. Machová, K., Marina, H., Arranz, J. J., Pelayo, R., Rychtářová, J., Milerski, M., Vostrý, L., & Suárez-Vega, A. (2023). Genetic diversity of two native sheep breeds by genome-wide analysis of single nucleotide polymorphisms. Animal, 17(1), 100690. https://doi.org/10.1016/j.animal.2022.100690 . Epub 2022 Dec 1
15. McKenna, A., Hanna, M., Banks, E., Sivachenko, A., Cibulskis, K., Kernytsky, A., Garimella, K., Altshuler, D., Gabriel, S., & Daly, M. (2010). The genome analysis toolkit: A MapReduce framework for analyzin next-generation DNA sequencing data. Genome Research, 20, 1297–1303. https://doi.org/10.1101/gr.107524.110 . Epub 2010 Jul 19
16. Oluwagbenga, E. M., Tetel, V., Schober, J., & Fraley, G. S. (2022). Chronic heat stress part 1: Decrease in egg quality, increase in cortisol levels in egg albumen, and reduction in fertility of breeder Pekin ducks. Frontiers in Physiology, 13, 1019741. https://doi.org/10.3389/fphys.2022.1019741
17. Purcell, S., Neale, B., Todd-Brown, K., Thomas, L., Ferreira, M. A., Bender, D., Maller, J., Sklar, P., de Bakker, P. I., & Daly, M. J. (2007). PLINK: A tool set for whole-genome association and population-based linkage analyses. The American Journal of Human Genetics, 81, 559–575. https://doi.org/10.1086/519795
18. Shen, Z., Zhang, T., Twumasi, G., Zhang, J., Wang, J., Xi, Y., Wang, R., Wang, J., Zhang, R., & Liu, H. (2024). Genetic analysis of a Kaijiang duck conservation population through genome-wide scan. British Poultry Science, 65(4), 378-386. https://doi.org/10.1080/00071668.2024.2335937
19. Sun, Y., Li, Y., Jiang, X., Wu, Q., Lin, R., Chen, H., Zhang, M., Zeng, T., Tian, Y., Xu, E., Zhang, Y., & Lu, L. (2024). Genome-wide association study identified candidate genes for egg production traits in the Longyan Shan-ma duck. Poultry Science, 103(9), 104032. https://doi.org/10.1016/j.psj.2024.104032 . Epub 2024 Jun 27
20. Tian, S., Tang, W., Zhong, Z., Wang, Z., Xie, X., Liu, H., Chen, F., Liu, J., Han, Y., Qin, Y., Tan, Z., & Xiao, Q. (2023). Identification of runs of homozygosity islands and functional variants in Wenchang chicken. Animals (Basel), 13(10), 1645. https://doi.org/10.3390/ani13101645
21. Walugembe, M., Bertolini, F., & Dematawewa, C. M. B. (2019). Detection of selection signatures among Brazilian, Sri Lankan, and Egyptian chicken populations under different environmental conditions. Frontiers in Genetics, 9, 737. https://doi.org/10.3389/fgene.2018.00737
22. Xu, W., Wang, Z., Qu, Y., Li, Q., Tian, Y., Chen, L., Tang, J., Li, C., Li, G., Shen, J., Tao, Z., Cao, Y., Zeng, T., & Lu, L. (2022). Genome-wide association studies and haplotype-sharing analysis targeting the egg production traits in Shaoxing duck. Frontiers in Genetics, 13, 828884. https://doi.org/10.3389/fgene.2022.828884
23. Yang, Z., Xi, Y., Qi, J., Li, L., Bai, L., Zhang, J., Lv, J., Li, B., & Liu, H. (2024). Genome-wide association studies reveal the genetic basis of growth and carcass traits in Sichuan Shelduck. Poultry Science, 103(11), 104211. https://doi.org/10.1016/j.psj.2024.104211 . Epub 2024 Aug 14 
24. Yu, J. Z., Zhou, J., Yang, F. X., Hao, J. P., Hou, Z. C., & Zhu, F. (2024). Genome-wide association analysis identifies important haplotypes and candidate gene XKR4for body size traits in Pekin ducks. Animals (Basel), 14(16), 2349. https://doi.org/10.3390/ani14162349
25. Yurchenko, A. A., Daetwyler, H. D., & Yudin, N. (2018). Scans for signatures of selection in Russian cattle breed genomes reveal new candidate genes for environmental adaptation and acclimation. Scientific Reports, 8, 12984. https://doi.org/10.1038/s41598-018-31304-w
26. Zhang, Q., Guldbrandtsen, B., Bosse, M., Lund, M. S., & Sahana, G. (2015). Runs of homozygosity and distribution of functional variants in the cattle genome. BMC Genomics, 16(1), 542. https://doi.org/10.1186/s12864-015-1715-x
27. Zheng, S., Ouyang, J., Liu, S., Tang, H., Xiong, Y., Yan, X., & Chen, H. (2023). Genomic signatures reveal selection in Lingxian white goose. Poultry Science, 102(1), 102269. https://doi.org/10.1016/j.psj.2022.102269 . Epub 2022 Oct 21 
28. Zhou, J., Yu, J. Z., Zhu, M. Y., Yang, F. X., Hao, J. P., He, Y., Zhu, X. L., Hou, Z. C., & Zhu, F. (2024). Genome-wide association analysis and genetic parameters for egg production traits in Peking ducks. Animals (Basel), 14(13), 1891. https://doi.org/10.3390/ani14131891
29. Zhou, Z., Li, M., Cheng, H., Fan, W., Yuan, Z., & Gao, Q. (2018). An intercross population study reveals genes associated with body size and plumage color in ducks. Nature Communications, 9, 2648. https://doi.org/10.1038/s41467-018-04868-4
30. Zhou, S., Ma, Y., Zhao, D., Mi, Y., & Zhang, C. (2020). Transcriptome profiling analysis of underlying regulation of growing follicle development in the chicken. Poultry Science, 99(6), 2861-2872. https://doi.org/10.1016/j.psj.2019.12.067 . Epub 2020 Mar 19 
31. Zhu, F., Cui, Q. Q., Yang, Y. Z., Hao, J. P., Yang, F. X., & Hou, Z. C. (2020). Genome-wide association study of the level of blood components in Pekin ducks. Genomics, 112(1), 379-387. https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2019.02.017