شناسایی تنوع ژنوم در نژاد‌های گوسفندان بومی ایران با استفاده از روش توالی‌یابی کل ژنوم

هدف: کشور ایران از جمله قدیمی‌ترین مراکز اهلی‌سازی و پرورش گونه‌‎های دام و طیور در دنیا محسوب می‌شود. در حال حاضر، اکوتیپ‌های مختلفی از گوسفند‌های بومی در مناطق جغرافیایی مختلف کشور مورد نگهداری قرار می‌گیرند که به لحاظ ویژگی‌های ظاهری و تولیدی تفاوت‌های آشکاری با یکدیگر دارند. تاکنون مطالعه جامعی در سطح کل ژنوم برای شناسایی تنوع ژنتیکی گوسفندان بومی ایران صورت نگرفته است. لذا هدف این مطالعه شناسایی ویژگی‌های ژنومیکی این ذخایر بومی بمنظور سازماندهی برنامه‌های مناسب برای بهره برداری و حفاظت از آنها است. مواد و روش‌ها: در این مطالعه توالی‌های کل ژنوم 29 راس گوسفند بومی ایران از پایگاه دادهncbi دانلود و آنالیز شد. توالی‌یابی کل ژنوم داده‌های مطالعه شده به صورت paired end توسط دستگاه‌های توالی‌یاب hiseq2000 و hiseq x ten انجام شده است. کنترل کیفیت توالی داده‌های خام توسط برنامهfastqc انجام شد. برای همردیفی توالی داده‌ها با ژنوم مرجع گوسفند (oar v.4.0, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/assembly/gcf_000298735.2)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 و درصد همردیفی برای خروجی همردیفی با ژنوم مرجع با استفاده از دستور‌های depth و flagstatبه 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 18.39 بود. میانگین درصد همردیفی توالی‌های کوتاه با ژنوم مرجع گوسفند 99.89 درصد بدست آمد. مقادیر ضریب همخونی ژنومی در نژاد‌های گوسفندان بومی ایران از 0.01 تا 0.12 متغیر بود. کمترین مقدار ضریب همخونی ژنومی در ژنوم گوسفند مغانی مشاهده شد (0.01) و بیشترین مقدار ضریب همخونی در ژنوم گوسفند افشاری مشاهده شد. همچنین مقادیر میانگین درصد هتروزیگوسیتی مشاهده و مورد انتظار محاسبه شده برای چند ریختی‌های تک‌نوکلئوتیدی در ژنوم اکوتیپ‌های گوسفندان بومی ایران از 20.67 تا 23.06 و 32.415 تا 32.421 متغیر بود.

identification of genome diversity in different breeds of iranian native sheep using the whole genome sequencing method

purpose: iran is considered to be one of the oldest centers of domestication and breeding of livestock and poultry species in the world. currently, different ecotypes of indigenous sheep are kept in different geographical regions of the country, which have obvious differences from each other in terms of appearance and production characteristics. so far, there has not been a comprehensive study on the whole genome level to identify the genetic diversity of native iranian sheep. 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 protectionmaterials and methodsin this study, the whole genome sequences of 29 native iranian sheep were downloaded from the ncbi database and analyzed. whole genome sequencing of the studied data has been done by hiseq2000 and hiseq x ten sequencer devices. quality control of raw data sequences was done by fastqc program. to align the sequence data with the sheep reference genome (oar v.4.0, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/assembly/gcf_000298735.2), the bwa mem algorithm used in the bwa software package was used. picard program was used to remove pcr duplicates from mapping outputs. the alignment outputs with the reference genome were processed in two stages, including re alignment of deletions and small insertions and recalibration of the base quality score using the gatk program. the average coverage depth and alignment percentage for alignment output with the reference genome were calculated using depth and flagstat commands used in samtools software. single nucleotide polymorphisms (snps) were identified by the unifiedgenotyper tool used in the gatk program. nucleotide diversity values and genomic inbreeding coefficient were calculated based on homozygous snps for each individual using the het command used in the vcftools program.resultsthe average coverage depth of the used data in this study was 18.39 x. the average percentage of alignment of short sequences with the sheep reference genome was 99.89%. the values of genomic inbreeding coefficient in iranian native sheep breeds ranged from 0.01 to 0.12. the lowest value of genomic inbreeding coefficient was observed in the genome of mughani sheep (0.01) and the highest value of inbreeding coefficient was observed in the genome of afshari sheep. also, the average values of observed and expected percentage of heterozygosity calculated for single nucleotide polymorphisms in the genome of iranian native sheep ecotypes ranged from 20.67 to 23.06 and 32.415 to 32.421.