بررسی ژنومی ساختار جمعیتی و ارتباط فیلوژنتیکی گاومیش نژاد خوزستانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده علوم دامی و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان

2 گروه علوم دامی، دانشکده علوم دامی و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان

3 گروه علوم دامی، دانشکده علوم و مهندسی کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

چکیده

زمینه مطالعاتی: باتوجه به اهمیت گاومیش در جهت سازگاری با محیط­های خشک، مقاومت در برابر بیماری­ها، پایین بودن هزینه­های نگهداری و استفاده موثر از  مواد خشبی کم ارزش در جهت تولید مواد پروتئینی با ارزش، ارتقا ژنتیکی آن حائز اهمیت فراوانی است. هدف:  این تحقیق به منظور یافتن فواصل ژنتیکی گاومیش­های مناطق مختلف خوزستان و ارتباط ژنتیکی آنها به کمک آرایه چندشکلی تک نوکلئوتیدی اجرا شد. روش کار: در این مطالعه از تعداد 121 راس گاومیش از  گله­هایی که تحت پوشش سیستم ثبت مشخصات و رکوردگیری شیر در شهرستان­های اهواز، دزفول، شادگان، شوش، شوشتر، دشت آزادگان، کرمانشاهی با منشاء خوزستانی و سایر مناطق  بودند، نمونه­گیری شد. نمونه­ها با استفاده از تراشه ژنومی اختصاصی گاومیش با تعداد 90 هزار نشانگرSNP  تعیین ژنوتیپ شدند. سپس جایگاه­های با حداقل فراوانی آللی کمتر از 01/0، تعادل هاردی واینبرگ کمتر از 6-10 و نرخ خوانش کمتر از 05/0 کنار گذاشته شدند. داده­ها بکمک روش­های آماری چند متغییره همچون آنالیز مولفه­های اصلی مورد کنکاش قرار گرفتند. نتایج: نتایج آنالیز روابط فیلوژنتیکی نشان داد گاومیش­های اهواز بدلیل مرکزیت، متاثر از گاومیش­های سایر نقاط استان می­باشند، ولی گاومیش­های شوشتر و دزفول و دشت­آزادگان، نسبت به اهواز اختلاط کمتری دارند. با استفاده از آنالیز مولفه­های اصلی نتایج فوق تایید شد. جهت بررسی الگو و ساختار ژنتیکی برای جمعیت­های گاومیش استان خوزستان ارزش­های  FSTبرای هر SNP به روش نااریب تتا محاسبه گردید. بیشترین میانگین ارزش FST بین جمعیت مربوط به گاومیش­های شهرستان­های دشت­آزادگان و شادگان به ترتیب 0159/0 و 0147/0 و کمترین مربوط به شهرستان­های اهواز و شوش به ترتیب 0087/0 و 0086/0 بود. آزمون­های آماری ژنتیکی جمعیتی و تنوع نژادی نشان داد که در درون جمعیت گاومیش­های خوزستانی تنوع ­­­‍­ژنتیکی بالایی وجود دارد. نتیجه گیری نهایی: نتایج گرافیکی آزمون­های خوشه­بندی و انتساب حاکی از وجود حداقل 3 زیر جمعیت نسبتاً مجزا در گاومیش­های خوزستان می‌باشد. نتایج این تحقیق در مورد تنوع ژنتیکی مشاهده شده در سطح نوکلئوتیدها و فاصله ژنتیکی بین گروه­های جمعیتی گاومیش استان، در مطالعات بعدی همچون تشکیل جمعیت­ پایه گاومیش خوزستان  و انتخاب ژنومیکی شایسته توجه هستند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Genomic study of population structure and phylogenetic relationship of Khuzestani buffaloes

نویسندگان [English]

  • MR Zargar 1
  • J Fayazi 1
  • MT Beigi 2
  • H Moradi 3
Abasi-mashee B, Fayazi J, Roshanfekr H, Nasiri-Beigi MT and Mirzade K, 2009. Molecular marker assisted study of kappa casein gene in buffalo population in khouzestan province. National Symposium of Buffalo in Iran. 2:16-21 (In Persian).
Akey J, 2009. Constructing genomic maps of positive selection in humans: Where do we go from here? Genome research 19: 711-722.
Arif I, Khan Haseeb A, Bahkali Ali H, Al Homaidan Ali A, Al Farhan Ahmad H, Al Sadoon M and Shobrak M, 2011. DNA marker technology for wildlife conservation. Saudi journal of biological sciences 18: 219-225.
Azizi Z, Moradi Shahrbabak H, Moradi Shahrbabak M, Rafat A and Shodja J, 2016a. Genetic classification of Azari and North ecotype Buffalo population using SVM method.­ Iranian Journal of Animal Science. 2:279-291 (In Persian).
Azizi Z, Rafat A, Shoja J, Moradi Shahrbabak H and Moradi Shahrbabak M, 2016b. Study of population structure and stratification two ecotypes buffalo with dense single nucleotide polymorphism markers using Admixture, MDS, PCA and GC methods. Journal of Agricultural Biotechnology. 8(2):2-8 (In Persian).
Bromad-jezi  M, 2005. Buffalo Breeding .The Institute of Applied Agriculture. (In Persian).
Chen WC and Dorman K, 2010. phyclust: phylogenetic clustering (Phyloclustering) R package, http://cran.r-project.org/package=phyclust.
FAO. 2015. The second report on the state of the world's animal genetic resources for food and agriculture. Rome.
Goddard Michael E and Hayes Ben J, 2009. Mapping genes for complex traits in domestic animals and their use in breeding programmes. Nature Reviews Genetics 10: 381-391.
Grünwald Niklaus J and Goss Erica M, 2011. Evolution and population genetics of exotic and re-emerging pathogens: novel tools and approaches. Annual review of phytopathology 49: 249-267.
Iamartino D, Nicolazzi EL, Van Tassell CP, Reecy JM, Fritz-Waters ER, Koltes JE, et al. 2017. Design and validation of a 90K SNP genotyping assay for the water buffalo (Bubalus bubalis). PLoS ONE 12(10): e0185220. 
Jombart T, 2008. adegenet: a R package for the multivariate analysis of genetic markers. Bioinformatics 24: 1403-1405.
Jombart T, Devillard S and Balloux F, 2010. Discriminant analysis of principal components: a new method for the analysis of genetically structured populations. BMC genetics 1: 94.
Karimi K, Esmailizadeh KA, and Asadi Fuzi M, 2015. Analysis of genetic structure of Iranian indigenous cattle populations using dense single nucleotide polymorphism markers. Animal Production Research 3: 93-104.
Karimi K, Esmailizadeh KA, and Asadi Fuzi M, 2017. Linkage disequilibrium levels in Fars province native cattle population using high-density SNP data. Animal Science Researches 27(1): 17-27.
Lee C, Abdool A and Huang CH, 2009. PCA-based population structure inference with generic clustering algorithms. BMC bioinformatics 10: 1471-2105.
Liu N and Zhao H, 2006. A non-parametric approach to population structure inference using multilocus genotypes. Human genomics 6: 353-364.
Medugorac I, Medugorac A, Russ I, Veit‐Kensch C E, Taberlet P, Luntz B, Mix Henry M and Foerster M, 2009. Genetic diversity of European cattle breeds highlights the conservation value of traditional unselected breeds with high effective population size. Molecular ecology 16: 3394-3410.
Mokhber M, Moradi-Shahrbabak M, Sadegh M, Moradi-Shahrbabak H and Williams J, 2015. Genome-wide survey of signature of positive selection in Khuzestani and Mazandrani buffalo breeds. Iranian Journal of Animal Science. 46:119-31 (In Persian).
Mokhber M, 2015. A genome-wide scan for Selective signatures in Iranian buffalo breeds. PhD thesis, College of Agriculture and Natural Resources, Tehran University.
Paradis E, Claude J and Strimmer K, 2004. APE: analyses of phylogenetics and eEvolution in R language. Bioinformatics 20: 289-290.
Pometti CL, Bessega CF, Saidman BO and Vilardi JC, 2014. Analysis of genetic population structure in Acacia caven (Leguminosae, Mimosoideae), comparing one exploratory and two Bayesian-model-based methods. Genetics and molecular biology 37: 64-72.
Purcell S, Neale B, Todd-Brown K, Thomas L, Ferreira MAR, Bender D, Maller J, Sklar P, de Bakker PIW, Daly MJ and Sham PC, 2007. PLINK: a toolset for whole-genome association and population-based linkage analysis. American Journal of Human Genetics, 81: 945-959.
Rahmaninia J, Miraei-Ashtiani SR and Moradi Shahrbabak H, 2015. Unsupervised clustering analysis of population and subpopulation structure using dense SNP markers. Iranian Journal of Animal Science 46(3):277-287 (In Persian).
Rozgar S, Nasiri-Beigi MT, Roshanfekr H, Fayazi J, Mirzade K and Sadr-sadat A, 2009. The study of PIT1 Gene Polymorphism in buffalo population in khouzestan province using PCR-RFLP Method. National Symposium of Buffalo in Iran. 2:78-81 (In Persian).
Shojaee Y, Fayazi J, Roshanfekr H and Mirzade K, 2009. Investigation of prolactin polymorphism in buffalo population of Khuzestan province by PCR-RFLP. National Symposium of Buffalo in Iran. 2:82-85 (In Persian).
Simianer H, Ma Y and Qanbari S, 2014. Statistical problems in livestock population genomics. In: Proceedings, 10th World Congress of genetics applied to livestock production. Vancouver; https://asas.org/docs/default-source/wcgalp-proceedings-oral/202_paper_10373_manuscript_1346_0.pdf?sfvrsn=2.
Thomas DC and Witte JS, 2002. Point: population stratification: a problem for case-control studies of candidate-gene associations? Cancer Epidemiology Biomarkers & Prevention 11: 505-512.
Utsunomiya YT, Perez OBrien AM, Sonstegard TS, Van Tassell CP and do Carmo AS, 2013. Detecting loci under recent positive selection in dairy and beef cattle by combining different genome wide scan methods. PLoS ONE  8(5), e64280.
             doi:10.1371/journal.pone.0064280.
Voight BF, Kudaravalli S, Wen X and Pritchard JK, 2006. A map of recent positive selection in the human genome. PLoS Biology  4(3), e72.
Weir BS and Cockerham CC, 1984. Estimating F-statistics for the analysis of population structure. Evolution 38:1358–1370.
Williams JL, Iamartino D, Pruitt KD, Sonstegard T, Smith TPL, Low WY, Biagini T, Bomba L, et al., 2017. Genome assembly and transcriptome resource for river buffalo, Bubalus bubalis (2n = 50). GigaScience 6(10): 1-6.