مطالعه پویش کل ژنومی صفات مرتبط با اسپرم بر پایه تجزیه و تحلیل غنی سازی مجموعه های ژنی در گاوهای نر هلشتاین

مقدمه و هدف: برخلاف ارزیابی باروری دام های نر که براساس رکوردهای فنوتیپی دام های ماده مانند نرخ آبستنی انجام می شود، صفات اسپرم به طور مستقیم در دام های نر قابل اندازه گیری می باشند. هدف پژوهش حاضر مطالعه پویش کل ژنوم بر مبنای آنالیز غنی سازی مجموعه ژنی جهت شناسایی مناطق ژنومی موثر بر صفات اسپرم گاوهای نر هلشتاین بود.مواد و روش ها: بدین منظور، از اطلاعات ژنوتیپی 1508 راس گاو نر و داده های فنوتیپی صفات مرتبط با اسپرم شامل حجم انزال، میزان جنبندگی اسپرم، غلظت اسپرم، تعداد اسپرم و تعداد اسپرم متحرک در هر انزال استفاده گردید. ارزیابی پویش کل ژنومی با نرم افزار plink نسخه 1/90 انجام شد. سپس با استفاده از بسته نرم افزاری biomart2 برنامه r ژن های معنی داری که در داخل و یا 15 کیلوباز بالا و پایین دست نشانگرهای معنی دار قرار داشتند، شناسایی گردید. در مرحله بعد تفسیر مجموعه های ژنی با استفاده از بسته نرم افزاری goseq برنامه r و برای شناسایی عملکرد بیولوژیکی ژن های نزدیک در مناطق انتخابی کاندیدا از طریق پایگاه های برخط go، david و panther استفاده گردید.یافته ها: در این پژوهش، تعداد 11 نشانگر تک نوکلئوتیدی واقع روی کروموزوم های 1، 2، 5، 7، 8، 15، 18، 20، 21، 25 و 27 شناسایی شدند که ژن های spef2، sept12، slc24a، bsp3، etnk1،erbb4 (میزان جنبندگی و تعداد اسپرم متحرک در هر انزال)،dscaml ، myh3، rpm1 ، rpm2، capsl (تعداد و غلظت اسپرم)، dmrt1 و ppar γ (حجم اسپرم) مرتبط بودند. برخی از این ژن ها در مناطق معنی دار با مطالعات مشابه پیشین هم خوانی داشت. در آنالیز غنی سازی مجموعه ژنی، تعداد 15 مسیر هستی شناسی ژنی با صفات اسپرم مرتبط بودند. از این بین مسیرهای فرآیند متابولیکی نوکلئوتیدهای پورینی، هوموستازی یون کلسیم داخل سلولی و تنظیم باروری نقش مهمی با میزان جنبندگی و تعداد اسپرم متحرک در هر انزال داشتند. همچنین در ارتباط با حجم و غلظت اسپرم مسیرهای فعال کننده های تنظیمی یون کلسیم، مسیر سیگنال دهی ppar، مسیر سیگنال دهی هورمون های استروئیدی و کانون چسبندگی ارتباط معنی داری داشتند.نتیجه گیری: شناسایی ژن های کاندیدای موثر بر صفات اسپرم و انتخاب گاوهای نرها با استفاده از روش های نوین مبتنی بر انتخاب ژنومی، تاثیر قابل ملاحظه ای بر بهبود باروری و سود آوری مراکز اصلاح نژادی و کاهش قیمت های نهایی تولید برای مصرف کنندگان خواهد داشت.

Genome-wide Association Study Related to Semen Traits Based on Gene-set Enrichment Analysis in Holstein Bulls

Extended AbstractIntroduction and Objective: Unlike evaluation of male fertility which is done based on the phenotype records of females e.g., conception rate, semen traits are directly measured in bulls. The objective of this study was to identify genomic regions associated with sperm traits in Holstein bulls using the genome wide association based on gene set enrichment analysis.Material and Methods: For this purpose, phenotype records included 1508 genotyped Holstein bulls were used for ejaculate volume, sperm concentration, number of motile sperm, progressive sperm motility, and number of progressive motile sperm in each ejaculation. The evaluation of genomewide association was carried out PLINK software (v. 1.90). In the next step, using the biomaRt2 R package R the SNP was assigned to genes if they were within the genomic sequence of the gene or within a flanking region of 15 kb up and downstream of the gene. For the assignment of the genes to functional categories, the GO, KEGG, DAVID and PANTHER databases were used. Results: In this research, 11 SNP markers on chromosomes 1, 2, 5, 7, 8, 15, 18, 20, 21, 25, and 27 associated with SPEF2, SEPT12, SLC24A, BSP3, ETNK1, ERBB4 (sperm motility and number of progressive motile sperm), DSCAML, MYH3, RPM1 , RPM2, CAPSL (number of sperm and sperm concentration), DMRT1, and PPAR gamma; genes (ejaculate volume) were identified. Some of these genes in the significant regions were consistent with some previous studies. In pathway analysis, 15 pathways from gene ontology were associated with the sperm traits. Among those pathways, the purine nucleotide metabolic process, cellular calcium ion homeostasis and regulation of fertilization biological pathway had an important role in the progressive sperm motility and number of progressive motile sperm. Also, the calcium channel regulator activity, PPAR signaling pathway, steroid hormone mediated signaling pathway and focal adhesion had significant association with ejaculate volume and sperm concentration. Conclusion: The Identification of these candidate genes and selection bulls using genomic selection can considerable to improve male fertility and benefits of animal breeding centers and decrease production prices for consumers.