شناسایی و دسته ‎بندی برخی از ژن‌های موثر در مقاومت نسبی ژنتیکی گوسفند به آلودگی نماتد مبتنی بر داده‌های ریزآرایه

مقدمه و هدف: در سرتاسر جهان، آلودگی نماتدهای دستگاه گوارش، جمله جدی‎ترین علل بیماری در نشخوارکنندگان اهلی محسوب می‎شوند. در این راستا، تنوع فنوتیپی قابل‎توجهی در داخل و بین نژادهای گوسفند نسبت به مقاومت به نماتدهای گوارشی گزارش شده است که به‎نظر می‎رسد زمینه ژنتیکی دارد. لیست ژن‌های کاندیدای موثر و شبکه ژنی شناسایی شده در خصوص مقاومت انگلی در گوسفند نشان می‌دهد که ژن‌هایی دخیل در سیستم ایمنی همچون، ژن اینترفرون interferon γ (ifn-γ) می‌باشد. در مسیرهای بیوشیمیایی سیتوکنین سیستم ایمنی و ایجاد مقاومت به انگل و واکنش‌های ایمنی نقش دارد. همچنین، بعضی جهش‌های موجود روی این ژن تاثیر منفی روی عملکرد سلول‌های تخصصی سیستم ایمنی در مواجه با انگل‌های مهاجم دارد. فن‌آوری ریز آرایهdna، یکی از پرکاربردترین روش‌های پربرونداد اطلاعات مربوط به بیان‌ژن در پروژه‌های عملکرد ژنوم است که امکان بررسی بیان همزمان هزاران ژن را فراهم می‌کند. فن‌آوری ریزآرایه، ریزآرایه ژنومیکس و ریزآرایه پروتئومیکس را شامل می‌شود. هدف از پژوهش حاضر، شناسایی و دسته‎بندی برخی از ژن‌های موثر در مقاومت نسبی ژنتیکی گوسفند به آلودگی نماتد با استفاده از داده‌های ریزآرایه می‌باشد.مواد و روش‌ها: در پژوهش حاضر، جهت دستیابی به پایگاه‎های با دسترسی آزاد، بانک برخط geo متعلق به ncbi بررسی گردید و داده‌های ریزآرایه مناسب با بهترین تکرار برای آلودگی به نماتدهای انگلی دانلود (پلتفورم gpl4077، gpl4076 و gpl4072 با مجموع 48 داده خام) و با استفاده از بسته‌های نرم‌افزاری مبتنی بر r مورد بررسی قرار گرفت و ژن‌های با بیان افتراقی معنی‎دار شناسایی شدند. این داده ها، به سه دسته‎ی شاهد، قبل از عفونت و سلول‎های عفونی تقسیم‎بندی شدند. به‎منظور، بررسی کیفیت داده‌ها از سه نمودار مرجع heatmap، تجزیه مولفه‎های واریانس (pca) و نمودار آتشفشانی استفاده گردید. سپس، با بررسی این نمودار‌ها نمونه‌هایی که دارای کیفیت نامطلوب بودند از مراحل بعدی تجزیه و تحلیل حذف گردید. از پکیج نرم‎افزاری تحت مجموعه r/bioconductor و وابستگی‎های نرم‎افزاری آنها همچون (biobase، geoquery، limma، affy، genfilter، pheatmap، plyr، reshape2، (ggplot2 برای مشخص شدن افزایش و یا کاهش معنی‎دار بیان ژن‎ها و تفکیک آنها از ژن‎های اولیه استفاده شد. داده‎های خام در مقیاس لگاریتمی سنجیده شد و همچنین، از آماره p value تصحیح شده در جهت مقایسات بیان بین گروه‌های ژنی استفاده گردید.یافته‌ها: نتایج مشاهده شده در خصوص کنترل کیفیت داده‎های خام و خروجی‎های مربوط به کنترل کیفیت داده‎های ادغام شده نشان داد که واریانس درون‎گروهی داده‎های خام بالا بوده فلذا، پیش تصحیح و پردازش داده‎های خام در این خصوص قبل از تجزیه و تحلیل اصلی انجام شد. نتایج آنالیز همبستگی پس از پیش پردازش داده‎های خام بیانگر ارتباط قوی ژن‎ها در گروه‎های آلوده (inf) و پیش‎آلوده ((pre-inf در مقایسه با نمونه‎ی سالم که به‎عنوان کنترل استفاده شد بود که اعتبارسنجی نتایج آتی را بطور قوی تایید کرد. پس از انجام آنالیزهای بیوانفورماتیکی، ژن‎های کاندیدای naca، rpl4،nags ، ctcf، gbp1، bhlhe، ythdf3، pdha1، mxi1 دچار افزایش بیان معنی‎دار و ژن‎های pdha1 و mxi1 دچار کاهش بیان معنی‎دار شدند. با توجه به نتایج به‎دست آمده در این مطالعه، این ژن‎ها از دیدگاه آنتولوژی، در روند متابولیسم سلولی، عملکرد مولکولی، ایجاد ترکیبات ژنتیکی و زندگی سلولی نقش دارند. بنابراین، با مشاهده به سطح p-value <0.05 به‎عنوان ژن‎های معنادار گزارش شدند. ژن nags در واقع ژن ان اکریل گلوتامات سنتتاز می‎باشد که کوفاکتور اولین انزیم دخیل در سیکل دفع اوره در پستانداران می‎باشد نقش عملکردی این ژن در بسیاری از بیماری‎های عصبی مشخص شده است. ژن ctcf تاثیر مثبت بر روی سلول‎های سیستم ایمنی می‎گذارد و مخصوصاً در مقابله با ویروس‎ها و عوامل مهاجم به بدن میزبان ایفای نقش می‎کند. ژن گوانیلات بایدنیگ پروتئینgbp1  در مقابله بدن با بسیاری از عوامل عفونی نقش دارد. این ژن باعث پاسخ‎های اکسی داتیو و اتوفاژی سیستم ایمنی میزبان در برایر عوامل مهاجم می‎گردد. ژن متیل آدونوزین ار ان ای بابدینگ 3 کارایی بیشتری در ایمنی آنتی‎ویرال داشته و همچنین ارتباط نزدیکی با ژن گوانیلات بایدنیگ پروتئین که در مقابله بدن با بسیاری از عوامل عفونی نقش دارد. این ژن باعث پاسخ‎های اکسی داتیو و اتوفاژی سیستم ایمنی میزبان در برابر عوامل مهاجم می‎گردد. ژن پیروات دهیدروژناز pdha1 در متابولیسم سیستم‎های ایمنی نقش دارد. این ژن در تنظیمات ناشی از فاکتورهای آلوستریک، ترمیم پیوندهای کووالانسی و تغییرات نسبتاً سریع در مقادیر پروتئین‌های بیان‌شده، یا با تغییر بیان ژن یا تخریب پروتئولیتیک نقش آفرینی می‎کند. ژن mxi1 برای کنترل ورود عوامل مهاجم به داخل بدن میزبان کمک می‎کند و باعث بهبود و التیام عفونت‎ها می‎شود.علت توجیهی عدم تطبیق نتایج پژوهش حاضر با مطالعات پیشین را می‎توان به عواملی همچون استفاده از نمونه‎ها (نژادهای متفاوت) و تکنیک‎های آزمایشگاهی متفاوت، میزان آلودگی با انگل متفاوت، سن متفاوت ماده آزمایشی، نوع و تیپ متفاوت نماتد، تکنیک و ابزار متفاوت، تفاوت‎های آب و هوایی منطقه آزمایش و موقعیت جغرافیایی و استفاده از تکنیک‎های متفاوت ار ان سیک و میکرواری را دانست. با این وجود نتایج و خروجی‎های این مطالعه در شرایط حاکم مربوطه می‎تواند کاربردی باشد.نتیجه‌گیری: استفاده از اطلاعات و خروجی‎های تکنیک میکرواری و بررسی الگوی بیان افتراقی می‎تواند برای اصلاح دام مولکولی گوسفند در جهت مقاومت به انگل‎های داخلی از طریق تلفیق اطلاعات فنوتیپی و ژنوتیپی در مدل‎های حیوانی کمک شایان توجهی نماید.

the identification and classification of some candidate genes associated with resistance to infectious nematodes in sheep using microarray data

background: to date, one of the main areas of research is the creation of breeds with inherent resistance to digestive nematodes in sheep. in this context, resistance to digestive nematodes has exhibited significant phenotypic differences within and between sheep breeds, suggesting a genetic basis for these differences. according to the list of effective candidate genes and the identified gene network for parasite resistance in sheep, there are genes involved in the immune system, such as the interferon-γ gene (ifn-γ). cytokinin is involved in biochemical immune system signaling pathways, parasite resistance, and immunological responses. in addition, certain mutations in this gene impair the ability of specialized cells of the immune system to fight off parasite invasion. one of the most popular approaches to generating gene expression data for genome function studies is dna microarray technology, which allows the simultaneous expression of thousands of genes. proteomics and genomics are two application areas of microarray technology. this research aims to identify and categorize some of the genes involved in the relative genetic resistance of sheep to nematode infection using microarray data.methods: in this context, the geo-bank, part of the ncbi, was searched for access to open-access databases. downloaded microarray data corresponded to infection with parasitic nematodes with the best replication (e.g., data in two resistant and sensitive groups), and the set of genes with differential expression was identified using r -based appropriate software packages (biobase, geoquery, limma, affy, genfilter, pheatmap, plyr, reshape2, and ggplot2). raw data were measured on a logarithmic scale, and the p-value fit statistics were used for expression comparisons between gene groups.results: the main analysis was performed after precorrection and processing of the raw data because of the high intragroup variance of the data, as evidenced by the observed quality control results of the raw data and the quality control-related results of the integrated data. after pre-processing of the raw data, correlation analysis revealed a strong relationship between genes in the pre-inf group (pre-inf) and the infected group (inf) compared to the control group. three heatmap reference charts, a pca chart, and a volcano plot were used to verify data quality, and by verifying these charts, samples of unfavorable quality were removed from the next stages of analysis. after a bioinformatics analysis, the results showed significantly increased expression patterns (naca, rpl4, nags, ctcf, gbp1, bhlhe, ythdf3, pdha1, and mxi1) and diminished expression patterns of pdha1 and mxi1 genes. according to the results of this study, these genes play a role in the cellular metabolism process, molecular function, the formation of genetic connections, and cell life. therefore, they were significant (p-value < 0.05) according to the magnitude of the change. the n-acryl glutamate synthetase (nags) gene is the cofactor of the first enzyme involved in the urea cycle in mammals. the functional role of this gene has been identified in many neurological diseases. the ctcf gene has a positive effect on the cells of the immune system and plays a special role in defending against viruses and pathogens that invade the host body. the guanylate binding protein 1 (gbp1) gene plays a role in the body’s defense against many infectious pathogens. this gene causes oxidative reactions and autophagy of the host immune system as a barrier to invading pathogens. the methyl adenosine rna binding 3 gene is more effective in antiviral immunity and is closely linked to the gbp1 gene, which plays a role in the body’s resistance to many infectious agents. this gene causes oxidative responses and autophagy of the host immune system against invading pathogens. the pdha1 pyruvate dehydrogenase gene is involved in immune system metabolism. this gene plays a role in allosteric factor-induced regulation, repair of covalent bonds, and relatively rapid changes in the level of expressed proteins, either through altered gene expression or proteolytic degradation. the mxi1 gene helps control the entry of invading pathogens into the host’s body and promotes recovery and healing from infections. the results can be explained by several reasons, including the use of different sample breeds and laboratory techniques, the level of parasite contamination, the age of the test material, the variety of tested nematodes, and inconsistent techniques and tools of the current study with those of previous studies. other reasons include the climatic differences between the test region and its physical location as well as the use of different rna and microarray methods. however, the results of the study may be helpful under the related circumstances.conclusion: the results of microarrays and differential expression patterns can be of great help to molecularly modify livestock to resist internal parasites. using more advanced tools, such as next-gene sequencing, will provide more accurate and relevant information.