آنالیز ساختار ژنتیکی جمعیت گاوهای بومی ایران با استفاده از نشانگرهای متراکم چندشکل تک نوکلئوتیدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای ژنتیک و اصلاح نژاد دام، گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان

2 عضو انجمن پژوهشگران جوان، دانشگاه شهید باهنر کرمان

3 استاد گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان

4 دانشیار گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان

چکیده

این تحقیق با هدف بررسی ساختار ژنتیکی گاوهای بومی بر اساس استفاده از نشانگرهای چندشکل تک­نوکلئوتیدی انجام شد. بدین منظور تعداد 90 راس گاو از نژادهای سرابی (20)، کردی (10)، مازندرانی (10)، تالشی (10)، سیستانی (10)، کرمانی (10)، نجدی (10) و توده بومی فارس (10) مورد نمونه­برداری قرار گرفتند. تعیین ژنوتیپ نمونه­ها با استفاده از چیپ Illumina High density Bovine BeadChip با تراکم 777962 جایگاه انجام شد. پس از حذف جایگاه­های دارای عدم تعادل پیوستگی (جفت جایگاه­های دارای r2 بالاتر از 2/0)، 64333 جایگاه SNP جهت آنالیزهای بعدی باقی ماندند. برنامه STRUCTURE جهت بررسی ساختار ژنتیکی گاوهای بومی کشور در این مجموعه داده­ به کار گرفته شد. تعداد جمعیت­های فرض شده در هر اجرا از دو تا هشت جمعیت در نظر گرفته شد. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که در اولین سطح خوشه­بندی (2K=)، جمعیت­های سرابی (6/97%) و کردی (3/94%) در خوشه مشترکی قرار گرفته­اند و نژاد سیستانی (92%) نیز خوشه متمایز دیگری را به خود اختصاص داده است، در حالی­که سایر نژادها آمیخته­ای از این دو خوشه بودند. تعداد سه خوشه (3K=) به بهترین شکل تعداد گروه­های ژنتیکی موجود در مجموعه داده­ها را توجیه کرد. وجود سه خوشه (3K=) در داده­ها موجب قرار گرفتن نژاد کردی در یک خوشه مستقل شد. در این مطالعه تفاوت­های ژنتیکی گاوهای بومی ایران به خوبی به وسیله داده­های متراکم SNP شناسایی شدند. همچنین شباهت­­های مربوط به توزیع جغرافیایی و خصوصیات تولیدی گاوها نیز با روابط ژنتیکی یافت شده در این مطالعه انطباق داشتند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Analysis of genetic structure of Iranian indigenous cattle populations using dense single nucleotide polymorphism markers

نویسندگان [English]

  • K. Karimi 1 2
  • A. Esmailizadeh Koshkoiyeh 3
  • M. Asadi Fuzi 4
1 Ph.D. Candidate of Animal Breeding and Genetics, Department of Animal Science, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Iran|Young Researchers Society, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
2 Ph.D. Candidate of Animal Breeding and Genetics, Department of Animal Science, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Iran|Young Researchers Society, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
3 Professor, Department of Animal Science, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
4 Associate Professor, Department of Animal Science, Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
چکیده [English]

The objective of this study was to detect genetic structure of Iranian indigenous cattle using dense single nucleotide polymorphism (SNP) markers. In total, 90 cattle individuals comprising Sarabi (n=20), Kurdi (n=10), Mazandarani (n=10), Taleshi (n=10), Sistani (n=10), Kermani (n=10), Najdi (n=10) and Fars (n=10) breeds were sampled. Genotyping was performed using Illumina High-density Bovine BeadChip designed to genotype 777,962 SNPs. After removing sites being in linkage disequilibrium (pairwise sites having r2 greater than 0.2), 64333 SNPs remained for further analyses. STRUCTURE software was used to detect genetic structure of native cattle in this data set. Number of assumed populations per run was selected between two to eight. Results of this study indicated that in the first level of clustering (K=2), Sarabi (97.6%) and Kurdi (94.3%) populations shared the same cluster and Sistani (92%) had another separate cluster while other breeds were admixed from these two clusters. Kurdi population appeared as an independent cluster at K=3. Most suitable number of genetic groups in data set was explained by three clusters (K=3). Genetic differentiation of Iranian indigenous cattle was well detected in this study. Also, similarities of geographical distribution and production characteristics were in good accordance with founded genetic relationships in this study.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bayesian inference
  • Single Nucleotide Polymorphism
  • Genetic structure
  • Iranian indigenous cattle

مراجع

توکلیان ج. 1378. نگرشی بر ذخایر ژنتیکی دام و طیور بومی ایران. موسسه تحقیقات علوم دامی کشور، کرج، ص. 45-3.
Bolormaa S., Pryce J. E., Hayes B. J. and Goddard M. E. 2010. Multivariate analysis of a genome-wide association study in dairy cattle. Journal of Dairy Science, 93: 3818-3833.
Bovine HapMap C., Gibbs R. A., Taylor J. F., Van Tassell C. P., Barendse W., Eversole K. A., Gill C. A., Green R. D., Hamernik D. L., Kappes S. M., Lien S., Matukumalli L. K., McEwan J. C., Nazareth L. V., Schnabel R. D., Weinstock G. M., Wheeler D. A., Ajmone-Marsan P., Boettcher P. J., Caetano A. R., Garcia J. F., Hanotte O., Mariani P., Skow L. C., Sonstegard T. S., Williams J. L., Diallo B., Hailemariam L., Martinez M.L., Morris C. A., Silva L. O., Spelman R. J., Mulatu W., Zhao K., Abbey C. A., Agaba M., Araujo F. R., Bunch R. J., Burton J., Gorni C., Olivier H., Harrison B. E., Luff B., Machado M. A., Mwakaya J., Plastow G., Sim W., Smith T., Thomas M. B., Valentini A., Williams P., Womack J., Woolliams J. A., Liu Y., Qin X., Worley K. C., Gao C., Jiang H., Moore S. S., Ren Y, Song X. Z., Bustamante C. D., Hernandez R. D., Muzny D. M., Patil S., San Lucas A., Fu Q., Kent M. P., Vega R., Matukumalli A., McWilliam S., Sclep G., Bryc K., Choi J., Gao H., Grefenstette J. J., Murdoch B., Stella A., Villa-Angulo R., Wright M., Aerts J., Jann O., Negrini R., Goddard M. E., Hayes B. J., Bradley D. G., Barbosa da Silva M., Lau L. P., Liu G.E., Lynn D. J., Panzitta F. and Dodds K. G. 2009. Genome-wide survey of SNP variation uncovers the genetic structure of cattle breeds. Science, 324: 528-532.
Corander J., Waldmann P. and Sillanpäa M. J. 2003. Bayesian analysis of genetic differentiation between populations. Genetics, 163: 367–374.
Decker J. E., McKay S. D., Rolf M. M., Kim J., Molina Alcala A., Sonstegard T. S., Hanotte O., Gotherstrom A., Seabury C. M., Praharani L., Babar M. E., Correia de Almeida Regitano L., Yildiz M. A., Heaton M. P., Liu W. S., Lei C. Z., Reecy J. M., Saif-Ur-Rehman M., Schnabel R. D. and Taylor J. F. 2014. Worldwide patterns of ancestry, divergence, and admixture in domesticated cattle. PLoS Genetics, 10: e1004254.
Edea Z., Dadi H., Kim S. W., Dessie T., Lee T., Kim H., Kim J. J. and Kim K. S. 2013. Genetic diversity, population structure and relationships in indigenous cattle populations of Ethiopia and Korean Hanwoo breeds using SNP markers. Frontiers in Genetics, 4: 1-9.
Engelsma K. A., Veerkamp R. F., Calus M. P., Bijma P. and Windig J. J. 2012. Pedigree and marker-based methods in the estimation of genetic diversity in small groups of Holstein cattle. Journal of Animal Breeding and Genetics, 129: 195-205.
Evanno G., Regnaut S. and Goudet J. 2005. Detecting the number of clusters of individuals using the software STRUCTURE: a simulation study. Molecular Ecology, 14: 2611-2620.
FAO. 2007. The state of the world’s animal genetic resources for food and agriculture. In: Rischkowsky B, Pilling D (eds) United Nations Food and Agriculture Organization (FAO), Rome, Italy.
Franzen J. 2008. Bayesian cluster analysis: some extensions to non-standard situations. Doctoral dissertation, Stockholm university, Stockholm.
Goddard M. E.  and Hayes B. J. 2007.Genomic selection. Journal of Animal Breeding and Genetics, 124: 323–330.
Groeneveld L. F., Lenstra J. A., Eding H., Toro M. A. and Scherf B. 2010. Genetic diversity in farm animals-a review. Animal Genetics, 41: 6-31.
Gray I. C., Campbell D. A. and Nigel K. 2000. Single nucleotide polymorphisms as tools in human genetics. Human Molecular Genetics, 16: 2403–2408.
Helyar S. J., Hemmer-Hansen J., Bekkevold D., Taylor M. I., Ogden R., Limborg M. T., Cariani A., Maes G. E., Diopere E., Carvalho G. R. and Nielsen E. E. 2011. Application of SNPs for population genetics of nonmodel organisms: new opportunities and challenges. Molecular Ecology Resources, 11: 123-136.
Herrero-Medrano J. M., Megens H., Groenen M. A. M., Ramis G., Bosse M., Pérez-Enciso M. and Crooijmans R. P. M. A. 2013 . Conservation genomic analysis of domestic and wild pig populations from the Iberian Peninsula. BMC Genetics, 14:106-120.
Hoffmann I. 2010. Climate change and the characterization, breeding and conservation of animal genetic resources. Animal Genetics, 41: 32-46.
Holsinger K. E. and Wallace L. E. 2004. Bayesian approaches for the analysis of population structure:  an example from Platanthera leucophaea (Orchidaceae).  Molecular Ecology, 13: 887-894.
Lin B. Z., Sasazaki S. and Mannen H. 2010. Genetic diversity and structure in Bos taurus and Bos indicus populations analyzed by SNP markers. Animal Science  Journal, 81: 281–289.
McKay S. D., Schnabel R. D., Murdoch B. M., Matukumalli L. K., Aerts J., Coppieters W., Crews D., Dias Neto E., Gill C. A., Gao C., Mannen H., Stothard P., Wang Z., Van Tassell C. P., Williams J. L., Taylor J. F. and Moore S. S. 2007. Whole genome linkage disequilibrium maps in cattle. BMC Genetics, 8: 74.
McKay S. D., Schnabel R. D., Murdoch B. M., Matukumalli L. K., Aerts J., Coppieters W., Crews D., Dias Neto E., Gill C. A., Gao C., Mannen H., Wang Z., Van Tassell C. P., Williams J. L., Taylor J. F. and Moore S. S. 2008. An assessment of population structure in eight breeds of cattle using a whole genome SNP panel. BMC Genetics, 9: 37.
Mustafa H., Heather H. J., EuiSoo K., Ahmad N., Ali A., Ahmad Khan W., Naseer Pasha T., Farooq M. Z., Javed K., Ajmal A. and Sonstegard T. S. 2014. Comparative analysis of genome wide difference in Red Sindhi and Holstein cattle breeds using dense SNP marker. International Journal of Advanced Research, 2: 300-304.
Pertoldi C., Tokarska M., Wójcik J. M., Kawałko A., Randi E., Kristensen T. N., Loeschcke V., Coltman D., Wilson G. A., Gregersen V. R. and Bendixen C. 2010. Phylogenetic relationships among the European and American bison and seven cattle breeds reconstructed using the BovineSNP50 Illumina Genotyping BeadChip. Acta Theriologica, 55: 97-108.
Petersen J. L., Mickelson J. R., Cothran E. G., Andersson L. S., Axelsson J., Bailey  E. and Bannasch D. 2013. Genetic diversity in the modern horse illustrated from genome-wide SNP data. Plos One, 8: 1-15.
Pritchard J. K., Stephens M. and Donnelly P. 2000. Inference of population structure using multi locus genotype data. Genetics, 155: 945–959.
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. and Sham P. C. 2007. PLINK: a tool set for whole-genome association and population-based linkage analyses. American Journal of Human Genetics, 81: 559-575.
Sethuraman A. 2013. On inferring and interpreting genetic population structure - applications to conservation, and the estimation of pairwise genetic relatedness. Ph.D. dissertation, Iowa State University, Iowa State.
Symons M. J. 1981. Clustering criteria and multivariate normal mixtures. Biometrics, 37 :35-43.
Vonholdt B. M., Pollinger J. P., Lohmueller K. E., Han E., Parker H. G., Quignon P., Degenhardt J. D., Boyko A. R., Earl D. A., Auton A., Reynolds A., Bryc K., Brisbin A., Knowles J. C., Mosher D. S., Spady T. C., Elkahloun A., Geffen E., Pilot M., Jedrzejewski W., Greco C., Randi E., Bannasch D., Wilton A., Shearman J., Musiani M., Cargill M., Jones P. G., Qian Z., Huang W., Ding Z. L., Zhang Y. P., Bustamante C. D., Ostrander E. A., Novembre J. and Wayne R. K. 2010. Genome-wide SNP and haplotype analyses reveal a rich history underlying dog domestication. Nature, 464: 898-902.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار