مطالعه چند شکلی تک نوکلئوتیدی و تنوع ساختار ژنومی و پتانسیل کاربرد آن در اصلاح نژاد گاو

چکیده با پیشرفت توالی یابی ژنوم و رمز گشایی ژنوم گونه های اهلی، استفاده از تنوع های موجود در ژنوم در برنامه های اصلاح نژاد دام سرعت بیشتری گرفت. در آزمایش اول این پژوهش، از نژاد های هلشتاین (1073 نمونه)، براوون سوئیس (775 نمونه)، مارکیجانا (410 نمونه)، پایمونتزا (479 نمونه) و پزاتاروسا (364 نمونه) نمونه خون تهیه شد و سپس با چیپ 50 کی گاوی ایلومینا برای 54001 جهش تک نوکلئوتیدی در سراسر ژنوم بر اساس دستورالعمل تعیین ژنوتیپ شد. بدلیل اهمیت کروموزوم 14 در مطالعات نقشه یابی جایگاه صفات کمی، جهش های تک نوکلئوتیدی آن بر اساس اسمبلی umd3.1 ژنوم گاو تفکیک شد و دو پارامتر r2 و d? برای ارزیابی وسعت و بزرگی عدم تعادل لینکاژی در جمعیت های مختلف محاسبه شد. فاصله جفت مارکر ها بر اساس منابع مختلف به 15 گروه برای پوشش کل کروموزوم 14 تقسیم شد. روند میانگین و میانه r2 و d? با افزایش فاصله جفت مارکر ها کاهشی بود و شیب این روند کاهشی در نژاد های گوشتی تند تر از شیری بود. وسعت عدم تعادل لینکاژی در نژاد های شیری بیشتر از نژاد های گوشتی بود، بطوری که کاهش بزرگی متوسط r2 از 4/0 به 2/0 (سطح پایه عدم تعادل لینکاژی) در نژاد های شیری در فاصله 500-400 کیلو جفت باز حاصل شد اما در نژاد های گوشتی این مقدار در کمتر از 100 کیلو جفت باز مشاهده شد. ترسیم پلات نقطه ای میزان r2 بر اساس فاصله نشان داد در نژاد هلشتاین به دلیل فشار انتخاب بیشتر، جفت مارکر هایی وجود داشت که با فاصله بزرگتر از 10 مگا جفت باز 6/0 < r2 داشتند. اگر سطح مفید عدم تعادل لینکاژی را 2/0 = r2 در نظر بگیریم بطور تقریبی برای براوون سوئیس و هلشتاین به ازاء هر، به ترتیب 80 و 60 کیلو جفت باز یک مارکر برای مطالعات ارتباطی مورد نیاز است و در نژاد های گوشتی به ازاء حداقل هر 50 کیلو جفت باز یک مارکر مورد نیاز است. با این سطح r2 بطور تقریبی حداقل 37500 و حداکثر 64000 مارکر برای مطالعات ارتباطی در جمعیت های مورد مطالعه مورد نیاز است. پایداری فاز عدم تعادل لینکاژی در جمعیت ها و فواصل مختلف با محاسبه همبستگی r بررسی شد. در کلیه فواصل کمترین همبستگی بین هلشتاین فریزین و براوون سوئیس و بیشترین آن بین دو نژاد پایمونتزا و پزاتاروسا مشاهده شد. اندازه موثر جمعیت روند کاهشی داشت بطور که در 2500 نسل قبل برای هلشتاین، براوون سوئیس، مارکیجانا، پزاتاروسا و پایمونتزا به ترتیب 1590، 1409، 1467، 1726 و 1955 برآورد شد که در نهایت در حدود 10 نسل قبل به ترتیب به 120، 95، 245، 245 و 495 راس کاهش یافت. تعداد و میانگین طول بلوک های هاپلوتیپی در نژاد های شیری بیشتر از گوشتی بود. در هلشتاین از 84 مگا جفت باز طول کروموزوم 14 تقریبا 5/8 مگاجفت باز آن (بیش از 10%) ساختار بلوکی داشت. در نژاد های گوشتی مساحت کروموزومی پوشیده شده با بلوک ها کمتر از نژاد های شیری بود. بطوری که مساحت بلوک ها در سه نژاد گوشتی معادل با 60% مساحت بلوک در نژاد هلشتاین بود. تشابه در محل فیزیکی بلوک ها بین نژاد های شیری و گوشتی مشاهده شد. در آزمایش دوم 473 راس گاو نر نژاد هلشتاین نمونه گیری شد و با چیپ 50 کی نوع دو برای 54628 جهش تک نوکلئوتیدی بر اساس دستورالعمل تعیین ژنوتیپ شد و با استفاده از نرم افزار پنسی.ان.وی تنوع تعداد کپی نواحی ژنوم (سی.ان.وی) مورد بررسی قرار گرفت. در کل ژنوم گاو تعداد 1451 سی.ان.وی با میانگین و میانه به ترتیب 7/213 و 5/124 کیلو جفت باز بدست آمد. از کل این تعداد 707 سی.ان.وی فقط در یک حیوان مشاهده شد (49%). طول تنوع از 24 کیلو جفت باز تا 5/4 مگا جفت باز متفاوت بود که 6/94 مگا جفت باز از ژنوم گاو را پوشش می داد (8/3%). در این مطالعه 388 ناحیه سی.ان.وی با میانگین و میانه به ترتیب 9/243 و 9/133 کیلو جفت باز شناسایی شد. که 64% از این نواحی فراوانی کمتر از 5/%0 (یک تکرار) داشتند. بدون احتساب سی.ان.وی ها با یک تکرار فقط 14% نواحی سی.ان.وی ها فراوانی بالاتر از 2% داشته اند. تعداد 200 پپتید و ژن در نواحی سی.ان.وی ها با فراوانی بالاتر از 2% یافت شد که بیشترین تعداد ژن ها بر روی ناحیه سی.ان.وی 2491556-1616618 کروموزوم 14 شناسایی شد (56 ژن). بطور کلی بر اساس نتایج این پژوهش به نظر می رسد تنوع های موجود در ژنوم پتانسیل بالایی برای بکارگیری در برنامه های اصلاح نژادی دارند.