شناسایی تنوع ژنوم در اکوتیپ‌‌های مختلف بزهای بومی ایران با استفاده از روش توالی‌یابی کل ژنوم

هدف: به دلیل سازگاری با شرایط محیطی، اکوتیپ‌های متفاوتی از بز بومی در مناطق جغرافیایی مختلف کشور دیده می‌شوند که به لحاظ ویژگی‌های ظاهری و تولیدی تنوع زیادی دارند. تاکنون مطالعه جامعی در سطح کل ژنوم برای شناسایی تنوع ژنتیکی بز‌های بومی صورت نگرفته است. لذا هدف این مطالعه شناسایی ویژگی‌های ژنومیکی این ذخایر بومی بمنظور سازماندهی برنامه‌های مناسب برای بهره‌برداری و حفاظت از آنها است. مواد و روش‌ها: در این مطالعه توالی‌های کل ژنوم 36 راس بز بومی ایران از پایگاه دادهncbi  دانلود و آنالیز شد. توالی‌یابی کل ژنوم داده‌های مطالعه شده به صورت paired-end توسط شرکت ایلومینا و دستگاه‌های توالی‌یاب hiseq2500 و hiseq2000   انجام شده است. کنترل کیفیت توالی داده‌های خام توسط برنامهfastqc  انجام شد. برای همردیفی توالی داده‌ها با ژنوم مرجع بز (ars1, gcf_001704415.1) از الگوریتم bwa-mem بکار برده شده در بسته نرم افزاری bwa استفاده شد. برای حذف pcr duplicates از خروجی‌های همردیفی از برنامه picard استفاده شد. پردازش خروجی‌های همردیفی با ژنوم مرجع در دو مرجله شامل همردیفی مجدد حذف و اضافه‌های کوچک و کالیبره‌کردن مجدد نمره کیفیت باز با استفاده از برنامه gatk انجام شد. میانگین عمق پوشش برای خروجی‌های همردیفی با ژنوم مرجع با استفاده از دستور depth به کار برده شده در نرم افزارsamtools  محاسبه شد‌ند. چندریختی‌های تک‌نوکلئوتیدی (snps) توسط ابزار unifiedgenotyper بکار رفته در برنامه gatk شناسایی شد‌ند. مقادیر تنوع نوکلئوتیدی و ضریب همخونی ژنومی بر اساس‌snp های هموزیگوت برای هر فرد با استفاده از دستور het به کار رفته در برنامهvcftools  محاسبه شد‌ند.نتایج: میانگین عمق پوشش داده‌های استفاده شده در این مطالعه x 11.25 بود. میانگین تعداد چند‌ریختی‌های تک نوکلئوتیدی در ژنوم 36 راس بز بومی ایران 7495554 بود. مقادیر ضریب همخونی ژنومی در اکوتیپ‌های مختلف بز‌های بومی ایران از 0.01 – تا 0.4 متغیر بود. کمترین مقدار ضریب همخونی ژنومی در ژنوم اکوتیپ بز بومی همدان مشاهده شد (0.01 –) و بیشترین مقدار ضریب همخونی در ژنوم اکوتیپ بز بلوچی سیستان و بلوچستان مشاهده شد.  همچنین مقادیر میانگین درصد هتروزیگوسیتی مشاهده و مورد انتظار محاسبه شده برای چند ریختی‌های تک نوکلئوتیدی در ژنوم اکوتیپ‌های بز بومی ایران از 10.27 تا 17.75 و 17.33 تا 17.57 متغیر بود.نتیجه‌گیری: این پژوهش بینش مهمی در مورد تنوع ساختاری ژنوم بز‌های بومی ایران را نشان می‌دهد که تا کنون از نظر ژنتیکی مورد ارزیابی قرار نگرفته‌اند. نتایج بدست از این تحقیق می‌تواند در طراحی برنامه‌های حفاظتی و اصلاح نژادی برای بز‌های بومی ایران مورد استفاده قرار گیرند.

identification of genome diversity in iranian goat ecotypes using whole genome sequencing method

objectivedue to adaptation to environmental conditions, different ecotypes of native goat can be seen in different geographical regions of the country, which are very diverse in terms of appearance and production characteristics. so far, no comprehensive study has been done at the whole genome level to identify the genetic diversity of native goats. therefore, the aim of this study is to identify the genomic characteristics of these native reserves in order to organize appropriate programs for their exploitation and protection.materials and methodsin this study, the whole genome sequence of 36 iranian native goats were downloaded from the ncbi database and analyzed. whole genome sequencing of the studied data was done by illumina company and hiseq2500 and hiseq2000 sequencing machines. quality control of raw sequence data was done by fastqc program. the bwa-mem algorithm applied in the bwa software package was used to align the data sequence with the goat reference genome (ars1, gcf_001704415.1). the alignment outputs with the reference genome were processed in two steps, including realignment around small deletions and insertions and base quality score recalibration using gatk program.the mean depth for the alignment output with the reference genome was calculated using the depth command applied in the samtools software. single nucleotide polymorphisms (snps) were identified by the unifiedgenotyper tool used in the gatk program. the values of nucleotide diversity and genomic inbreeding coefficient based on homozygous snps for each individual were calculated using the het command used in the vcftools program.resultsthe mean depth of the used data in this study was 11.25 x. the average number of single nucleotide polymorphisms in the 36 iranian native goat genomes was 7495554. the genomic inbreeding coefficient values in different ecotypes of iranian native goat varied from -0.01 to 0.4. the lowest genomic inbreeding coefficient value was observed in the hamedan native goat genome (-0.01) and the highest genomic inbreeding coefficient value was observed in the balochi goat ecotype genome of sistan and baluchistan. also, the average of percentage observed and expected of heterozygosity values was calculated for single nucleotide polymorphisms in the o iranian native goat ecotype genomes varied from 10.27 to 17.75 and from 17.33 to 17.57.conclusionsthis research shows an important insight about the structural diversity of the iranian native goat genomes, which have not been evaluated genetically so far. the results obtained from this research can be used in the design of conservation and breeding programs for iranian native goats.