توالی یابی و بررسی بیوانفورماتیکی ایجاد توالی هدف ریز RNA های سرکوب‌ گر در UTR 3' ژن میوستاتین برخی گوسفندان بومی ایران

پژوهشهای علوم دامی ایران

مقاله 9، دوره 11، شماره 1 - شماره پیاپی 37، فروردین 1398، صفحه 111-119   

نوع مقاله: علمی پژوهشی- ژنتیک و اصلاح دام و طیور

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ijasr.v1397i1.67295

نویسندگان

سعیده سلیمانی¹؛ محمدهادی سخاوتی²؛ علی جوادمنش^{* 3}

¹گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران

²گروه علوم دامی، دانشکده کشـاورزی، دانشـگاه فردوسـی مشهد، مشهد، ایران

³گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

چکیده

میوستاتین، به‌عنوان عامل تنظیم‌کننده منفی رشد ماهیچه‌های اسکلتی در پستانداران شناخته‌شده است. ثابت‌شده است که برخی از جهش­های طبیعی موجود در ژن میوستاتین، به علت اثر منفی بر بیان این ژن باعث افزایش رشد و عضلانی شدن گونه­هایی مانند گاو، گوسفند، موش و سگ می‌شود. می­توان با استفاده از این الگوهای جهش و استفاده از مهندسی ژنتیک، حیوانات مزرعه­ای تراریخت با سرعت رشد بالاتر تولید کرد. در این تحقیق قسمتی از ناحیه 3' UTR ژن میوستاتین، به طول 2180 جفت باز در 15 رأس از نژادهای گوسفند دالاق، بلوچی و زل تعیین توالی شد. سپس توالی‌ها با هدف بررسی وجود جهش­ها و همچنین محل هدف ریز RNA ها بررسی و نسبت به ایجاد تغییر in silico در ناحیه تعیین توالی شده برای ایجاد توالی هدف ریز RNA های miR-1 و miR-206 که در سرکوب ژن میوستاتین و افزایش رشد بافت عضله نقش دارند اقدام شد. نتایج تعیین توالی نشان داد که کلیه گوسفندان این مطالعه فاقد جهشی مؤثر در تغییر بیان ژن میوستاتین بودند. با ایجاد تغییر in silico در دو جایگاه به‌صورت هدفمند، نسبت به ایجاد دو توالی هدف برای ریز RNA های miR-1 و miR-206 اقدام شد. بررسی بیوانفورماتیکی مشخص کرد که این جهش­ها دارای اثرات قابل پیش‌بینی جانبی نبودند و به همین علت، می­توان در آینده از این جهش­ها برای دستکاری ژنتیکی با روش ویرایش ژنوم و ایجاد فنوتیپ عضلانی در گوسفندان تراریخت بومی استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

بافت عضله؛ گوسفند؛ میوستاتین و ریز RNA

مراجع

1- Abbasi, V., A. Javadmanesh, and M. Nassiry. 2016. Prediction and in silico validation of expressed micro- RNAs in ovine chromosomes 20. Proceedings of The 2nd International and The 14th Iranian Genetics Congress. 21-23 May, Tehran, Iran. (In Persian).

2- Aslaminejad, A. A. Nassiry, M. R. Shahroudi, F. E. Valizadeh, R. Javadmanesh, A. Norouzy, A. Samei, A. and Ghiasi, H. 2006. Study on the genetic polymorphisms of candidate genes in Karakul. Agricultural Sciences and Technology 20 (4): Pe21-Pe29. (In Persian).

3- Bartel, D. P. 2004. MicroRNAs: genomics, biogenesis, mechanism, and function: a review. Cell, 116: 281–297.

4- Bartel, D. P. 2009. MicroRNAs: target recognition and regulatory Functions. A review. Cell, 136: 215–233.

5- Bellinge, R. H., D. A. Liberles, S. P. Iaschi, and P. A. O’Brien. 2005. Myostatin and its implications on animal breeding: a review. Animal Genetics, 36: 1-6.

6- Boman, I. A., G. Klemetsdal, O. Nafstad, T. Blichfeldt, and D. I. Våge. 2010. Impact of two myostatin (MSTN) mutations on weight gain and lamb carcass classification in Norwegian White Sheep (Ovis aries). Genetics Selection Evolution, 42: 4.

7- Chen, J. F; M. M. Elizabeth, J. M. Thomson, Q. Wu, T. E. Callis, S. M. Hammond, F. L. Conlon, D. Z. Wang. 2005. The role of microRNA-1 and microRNA-133 in skeletal muscle proliferation and differentiation. Nature Genetics, 38: 228-233.

8- Chris P., D. F. Carlson, R. Huddart, C. R. Long, J. H. Pryor, T. J. King, S. G. Lillico, A. J. Mileham, D. G. McLaren, C. B. A. Whitelaw, and S. C. Fahrenkrug. 2015. Genome edited sheep and cattle. Transgenic Research, 24: 147-153.

9- Clop, A., F. Marcq, H. Takeda, D. Pirottin, X. Tordoir, B. Bibe, J. Bouix, F. Caiment, J. M. Elsen, F. Eychenne, C. Larzul, E. Laville, F. Meish, D. Milenkovic, J. Tobin, and C. M. Charlier. 2006. A mutation creating a potential illegitimate microRNA target site in the myostatin gene affects muscularity in sheep. Nature Genetics, 38: 813-818.

10- Gonzalez-C. N., W. E. Taylor, K. E. Yarasheski, I. Sinha- Hikim, K. Ma, S. Ezzat, R. Shen, R. Lalani, S. Asa, M. Mamita, G. Nair, S. Arver, and S. Bhasin. 1998. Organization of the human myostatin gene and expression in healthy men and HIV-infected men with muscle wasting. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 95: 14938–14943.

11- Grisolia, A. B., G.T. D’Angelo, L. R. Porto Neto, and F. Siqueira. 2009. Myostatin (GDF8) single nucleotide polymorphisms in Nellore cattle. Genetics and Molecular Research, 8: 822-830.

12- Hadjipavlou, G., O. Matika, A. Clop, and S. C. Bishop. 2008. Two single nucleotide polymorphisms in the myostatin (GDF8) gene have significant association with muscle depth of commercial Charollais sheep. Animal Genetics, 39: 346–353.

13- Heravi Mousavi, A., M. Ahouei, M.R. Nassiry and A. Javadmanesh. 2006. Association of leptin polymorphism with production, reproduction and plasma glucose level in Iranian Holstein cows. Asian Australian Journal of Animal Sciences. 19 (5): 627-631.

14- Javadmanesh, A. 2013. Contribution of IGF system and GH-IGF1 axis to heterosis in a bovine fetus model. PhD thesis. The University of Adelaide, Adelaide, Australia.

15- Javadmanesh, A., M. R. Nassiry, and M. Azghandi. 2017. Sequencing of HVR-III region of mtDNA in Iranian sheep breeds. Journal of Animal Science Researches, 27 (2): 133-141. (In Persian).

16- Lillico, S. G., C. Proudfoot, D. F. Carlson, D. Stverakova, C. Neil, C. Blain, T. J. King, W. A. Ritchie, W. Tan, A. J. Mileham, D. G. McLaren, S. C. Fahrenkrug, and C. B. A. Whitelaw. 2013. Live pigs produced from genome edited zygotes. Scientific Reports, 3: 2847.

17- Lv, Q., L. Yuan, J. Deng, M. Chen, Y. Wang, J. Zeng, Z. Li, and L.Lai, 2016. Efficient generation of myostatin gene mutated rabbit by CRISPR/Cas9. Scientific Reports, 6: 25029.

18- McPherron, A, and S. J. Lee. 1997. Double muscling in cattle due to mutations in the myostatin gene. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 94: 12457–12461.

19- McPherron, A. C., A. M. Lawler, and S. J. Lee. 1997. Regulation of skeletal muscle mass in mice by a new TGF-beta superfamily member. Nature, 387: 83–90.

20- Miar, Y., R. Salehi, S. A. Aleyasi, D. Kolbehdari, and S. Raoofzadeh. 2009. Polymorphisms in Myostatin Gene and its Association with Growth and Carcass Traits in Iranian Sheep. The 6th National Biotechnology Congress of Iran. (In Persian).

21- Nassiry, M. R., M. Tahmoorespur, A. Javadmanesh, M. Soltani, and S. Foroutanifar. 2006. Calpastatin polymorphism and its association with daily gain in Kurdi sheep. Iranian Journal of Biotechnology 4 (3): 188-192.

22- Nassiry, M. R., F. Eftekhari Shahroudi, M. Tahmoorespur and A. Javadmanesh. 2008. The diversity of BoLA-DRB3 gene in Iranian native cattle. Asian Australian Journal of Animal Sciences. 21 (4): 456-470.

23- Ran, F. A., P. D. Hsu, J. Wright, V. Agarwala, D. A Scott, and F. Zhang. 2013. Genome engineering using the CRISPR-Cas9 system. Nature Protocols, 8: 2281-2308.

24- Rhoades, M. W., B. J. Reinhart, L.P. Lim, C. B. Burge, B. Bartel, and D. P. Bartel. 2002. Prediction of Plant MicroRNA Targets. Cell, 110: 513–520.

25- Tang, D. Z., H. J. Wu, H. Chen, Y. Zhang, X. Zhao, X. Chen, W. Du, D. Wang, and X. Lin. 2012. Silencing myostatin gene by RNAi in sheep embryos. Journal of Biotechnology, 158: 69–74.

26- Taylor, W. E., S. Bhasin, J. A. Frances Byhower, M. Azam, H. Darril, J. r. Willard, F. C. Kull, and N. Gonzalez-Cadav. 2001. Myostatin inhibits cell proliferation and protein synthesis in C2C12 muscle cells. American Journal of Physiology, Endocrinology and Metabolism, 280: E221–E228.

27- Warner, R. D., P. L. Greenwood, and D. M. Ferguson. 2011. Understanding genetic and environmental effects for assurance of meat quality. Control of Meat Quality, 117-145.

28- Yousefi, A. R., Kohram, H. Zare Shahneh, A. Nik-khah, A. and Campbell, A. W. 2012. Comparison of the meat quality and fatty acid composition of traditional fat-tailed (Chall) and tailed (Zel) Iranian sheep breeds. Meat Science. 92 (4): 417-422.

29- Zhang, Z. J., Y.H. Ling, L. J. Wang, Y. F. Hang, X. F. Guo, Y. H. Zhang, J. P. Ding, and X. R. Zhang. 2013. Polymorphisms of the myostatin gene (MSTN) and its relationship with growth traits in goat breeds. Genetics and Molecular Research, 12: 965-971.

30- Zheng, Y., H. Ma, Y. Zheng, Y. Wang, B. Zhang, X. He, X. He, J. Liu, and Y. Zhang. 2012. Site-directed mutagenesis of the myostatin gene in ovine fetal myoblast cells in vitro. Research in Veterinary Science. 93 (2): 763-769.

31- Zou, Q., X. Wang, Y. Liu, Z. Ouyang, H. Long, S. Wei, J. Xin, B. Zhao, S. Lai, J. Shen, Q. Ni, H. Yang, H. Zhong, L. Li, M. Hu, Q. Zhang, Z. Zhou, J. He, Q. Yan, N. Fan, Y. Zhao, Z. Liu, L. Guo, J. Huang, G. Zhang, J. Ying, L. Lai, X. Gao. 2015. Generation of gene-target dogs using CRISPR/Cas9 system. Journal of Molecular Cell Biology. 7 (6): 580-583.