شناسایی مسیرهای سیگنال‌دهی موثر در تولید شیر گاو با استفاده از داده‌های ریزrna

سابقه و هدف: اطلاعات حاصل از rnaها به علت اینکه حلقه ارتباط دهنده ژنوتیپ و فنوتیپ هستند، کمک شایانی در فهم و درک جنبه‌های زیست‌شناختی مرتبط با مسیرهای فیزیولوژیکی می‌کنند. ریزrnaها، مولکول‌های 22 نوکلئوتیدی و تک رشته‌ای هستند که می-توانند به صورت اختصاصی بر عملکرد و بیان ژن‌ها تاثیر بگذارند. از این رو پژوهش‌های فراوانی در مورد نقش این مولکول‌ها در فرآیندهای زیستی مختلف مانند تولید شیر انجام شده است. صفت تولید شیر یکی از مهمترین صفات در صنعت دامپروری است. این صفت در حیوانات مزرعه به صورت چند‌ژنی می‌باشد و هر ژن ممکن است در مسیرهای زیستی مختلف دخیل باشد و در مقابل هر مسیر زیستی نیز می‌تواند شامل تعداد زیادی ژن شود. این روابط شبکه پیچیده‌ای را تشکیل می‌دهند که نشان دهنده ارتباط تعداد زیادی ژن با تعداد زیادی مسیر زیستی است. مولکول‌های سیگنالی که می‌توانند به عنوان مورفوژن عمل نمایند، الگوی شبکه ژنی ساختمان بافت را در تمام طول عمر از مرحله رویان در حال رشد تا ارگانیزم بالغ کنترل می‌نمایند. مورفوژن‌ها بستگی به میزان ترشح و فاصله منبع ترشح، می‌توانند واکنش‌های مختلف سلولی را ایجاد نمایند. از این رو هدف پژوهش حاضر بررسی مستندسازی عملکردی ژن‌های هدف ریزrnaهای با بیان متفاوت جهت شناسایی تعدادی از مسیرهای زیستی دخیل در فرآیند تولید شیر است.مواد و روش‌ها: به منظور شناسایی و بررسی مسیرهای زیستی دخیل در تولید شیر از داده‌های توالی‌یابی شده ریزrna استفاده شد که از پایگاه داده arrayexpress با شماره دسترسی e-geod-61227 استخراج شدند. در مطالعه حاضر همه مراحل استانداردسازی داده‌ها، تفاوت بیان ریزrnaها و تعیین معنی‌داری توسط نرم‌افزار geo2r انجام شد. معیارهای انتخاب ریزrnaها در این مطالعه شامل p value تصحیح شده کمتر از 05/0 و (1< log fc <-1 ) بودند. در مرحله بعد بررسی‌های بیوانفورماتیکی جهت یافتن ژن هدف هر ریزrna انجام شد. بدین منظور ریزrnaهای با بیان متفاوت حاصل از تجزیه و تحلیل در مرحله قبل، جهت پیدا کردن ژن‌های هدف به نرم‌افزار target scan معرفی شدند. پس از شناسایی و مشخص شدن ژن‌های هدف ریزrna جهت بررسی اطلاعات زیستی و آنالیز عملکردی از سرور david استفاده شد.یافته‌ها: نتایج این پژوهش نشان داد که 23 ریزrna با بیان متفاوت وجود دارد که ژن‌های زیادی را تحت تاثیر قرار می‌دهند و این ژن‌ها در مسیرهای سیگنال‌دهی tgf-β، wnt، mapk، mtor، pi3k-akt، انسولین، استروژن و پرولاکتین نقش دارند که بیشتر این مسیرهای سیگنال‌دهی در رشد و تکثیر سلولی، فعالیت سلول‌های اپیتلیال و در نتیجه توسعه غدد پستان تاثیرگذار هستند. از آنجایی که این مسیرهای شناسایی شده با تولید شیر ارتباط دارند می‌توان از ژن‌های شناسایی شده در این مسیرهای سیگنال‌دهی در بهبود صفت تولید شیر استفاده کرد. نتیجه‌گیری: ژن‌های mapk1، mapk8، faslg و pten در اکثر مسیرهای زیستی فعال و با ژن‌های مختلفی در ارتباط هستند، بر این اساس این ژن‌ها جزء ژن‌های عمده اثر در فرآیند تولید شیر به شمار می‌روند.

Identification of effective signaling pathways in cow’s milk production using micro-RNA data

Background and objectives: Information from RNAs, because they are the link between genotype and phenotype, helps to understand the biological aspects of physiological pathways. MicroRNAs are molecules with 22 nucleotides in length and single strand which can specifically affect the function and expression of genes, hence many studies have been done on the role of these molecules in various biological processes, such as milk production. The milk production trait is one of the most important traits in the dairy cattle industry. This trait is a polygenic trait in farm animals and controlled by a large number of genes and each gene may be involved in various biological pathways and mutually any biological pathway can include a large number of genes. These relationships form the complex network which indicates the association of a large number of biological pathways with lots of genes. Signal molecules that can act as morphogens control the pattern of the gene network of tissue structure throughout the lifespan of the growing embryo stage to the adult organism. The morphogens depend on the amount of secretion and the destination of secretion source can produce different cellular responses. Therefore, the aim of the present study was to investigate target genes of differentially expressed microRNAs in bovine mammary tissue to identify a number of biological pathways involved in the milk production process.Materials and methods: In order to identify and investigate the biological pathways involved in milk production, microRNA sequenced data were used which were extracted from ArrayExpress database with E-GEOD-61227 access number. In present study, all stages of standardization of data, differences between expression of microRNA and significance determination were performed by GEO2R software. The criteria for the selection of microRNA in this study were corrected P-value Results: The results of this study showed that there are 23 microRNAs with different expressions that affect many genes. These genes are involved in the signaling pathways of TGF-β, WNT, MAPK, mTOR, PI3k-Akt, insulin, estrogen and prolactin. Most of these signaling pathways are involved in cell growth and proliferation, mammary gland development, and epithelial cell activity. Since these identified pathways are associated with milk production, the genes identified in these signaling pathways can be used to improve milk production trait. Conclusion: MAPK1, MAPK8, FASLG and PTEN genes are activate in most biological pathways and they are associated with various genes, accordingly these genes are the major genes in the process of milk production.