تحليل بيوانفورماتيكي خانواده ژني مرتبط با چربي شير در ژنوم گاو

چكيده فارسي :

چكيده هدف از انجام اين رساله، كنكاش و تحليل ويژگي‌هاي ژن‌هاي خانواده دي‌آسيل‌گليسرول آسيل‌ترانسفراز (DGAT) در ژنوم گاو (Bos taurus) با استفاه ازدامنه‌ايي ازابزارهاي بيوانفورماتيكي و آزمايش‌هاي ژنتيك ملكولي بود. ژن‌هاي خانواده DGAT، به ويژه DGAT1، نقش كليدي در سنتز چربي شير گاو دارند. جهش‌هاي خاص در اين ژن باعث افزايش درصد چربي و توليد شير مي‌شوند و به عنوان نشانگرهاي ژنتيكي مهم در اصلاح نژاد گاوهاي شيري استفاده مي‌شوند. بررسي اين ژن‌ها به درك بهتر متابوليسم ليپيدها و سلامت دام كمك مي‌كند. كنكاش بيوانفورماتيكي شامل استخراج و بررسي ساختار پروتيئن، DNA ، داكينگ ملكولي(چفت ملكولي)، مقايسه‌هاي چندگانه ژنومي به همراه ايجاد شبكه هم بياني ژني بين گونه‌ايي بود. همچنين آزمايش بيان ژني Real-time متكي به PCR ، براي تاييد نتايج حاصله در قسمت بيوانفورماتيك اين پژوهش، روي گاوهاي هلشتاين گاوداري فكا اصفهان، انجام شد. در اين راستا ابتدا توالي‌هاي ژني اين خانواده به صورت فرمت FASTA از پايگاه زيستي NCBI – با استفاده از جستوجوي كلمات كليدي مناسب – استخراج شدند. در اين پژوهش، 14 پروتئين DGAT كه توسط 12 عضو از اين خانواده ژني كدگذاري مي‌شوند، شناسايي گرديدند كه نشان‌دهنده تنوع تكاملي اخير در گاو هستند. نتايج تحليل ساختاري ژن‌ها نشان داد كه ژن‌هاي DGAT در ساختار موتيف و دامنه، همچنين در مكان‌هاي SNPs زيان‌آور پيش‌بيني‌شده، تفاوت‌هاي قابل توجهي دارند. اين يافته‌ها حاكي از آن است كه عملكرد DGATها نيز در خط تكاملي گاو دچار تنوع شده است. تحليل مسير غناي عملكردهاي زيستي نشان داد كه سنتز تريگليسريد و آسيل‌گليسرول درگير هستند، اما برخي از اعضاي خانواده DGAT در مسيرهاي غني‌شده ديده نشدند. اين امر مي‌تواند به اين معنا باشد كه يا عملكرد آن‌ها در طي تنوع‌يابي خانواده ژني تغيير يافته و يا در پايگاه داده مورد استفاده ثبت نشده‌اند. در كليت ررسي ژن‌هاي اين خانواده مشخص شد كه ژن DGAT1 از نقش احتمالي زيستي بيشتري در متابوليسم چربي و واكنش‌هاي زيستي پايين دستي دارد. لذا براي شناسايي مهاركننده‌هاي احتمالي DGAT1، پژوهش‌هاي جفت‌شدن مولكولي براي بررسي تعامل بين DGAT1 و چند مهاركننده احتمالي انجام شد. در نهايت، بعد از تعيين مشخصات سيستماتيك در محيط رايانه‌محور براي تمام 14 عضو پروتئين خانواده DGAT از ژنوم گاو برآورد و ويژگي‌هاي مولكولي، ساختاري و عملكردي اين خانواده ژني، مشخص گردديد چفت ملكولي نشان داد كه ملكول ليدوكائين، به عنوان يك مهاركننده كانال‌هاي سديم وابسته به ولتاژ، به عنوان يك نامزد مهاركننده DGAT1 مي‌تواند عمل كند. به عبارتي ديگر تحليل چفت ملكولي نشان داد كه ليدوكائين انرژي اتصال قابل توجهي را بروز مي‌دهد كه نشان‌دهنده اتصال محكم و پايدار به سايت فعال DGAT1 است. اين يافته‌ها نقش مهم DGAT1 در تنظيم توليد چربي شير را تأييد كرده و ليدوكائين را به عنوان يك تنظيم‌كننده درماني احتمالي عملكرد DGAT1 معرفي مي‌كند. اين خانواده ژني در گاو به دليل تكثير بخش‌هاي ژني و وجود موتيف‌هاي خاصي كه تكثير را ترجيح مي‌دهند، بزرگ‌تر شده است. به‌طور كلي، پژوهش حاضر يك كاوش جامع از خانواده ژني DGAT گاو را فراهم مي‌كند و منبع اطلاعاتي براي بررسي‌هاي بيشتر در مورد SNPهاي عملكردي بالقوه در تنظيم توليد چربي شير خواهد بود. از مقايسه شبكه هم بياني ژني گاو با شبكه ژني انسان، مشخص شد كه ژن‌هاي خانواده DGAT نمي‌توانند به عنوان ژن‌هايي كه بر ورم پستان تأثير مي‌گذارند، شناخته شوند. با اين حال، ماهيت مقايسه به دليل نوع داده و گونه‌هاي مورد مقايسه نمي‌تواند به‌طور عمومي تعميم يابد و نياز به آزمايش‌هاي تكميلي در آينده دارد. پژوهش‌هاي آينده تأثيرات مولكولي تغييرات در توالي و ساختار پروتئين بر عملكرد ژن را به‌صورت تجربي بررسي خواهند كرد، زيرا ژنوم گاو همچنين 12 عضو اضافي از خانواده ژني DGAT را كدگذاري مي‌كند كه عملكرد بيشتر آن‌ها ناشناخته است. اين پژوهش براي نخستين بار نشان مي‌دهد كه مي‌توان DGAT1 را به عنوان يك هدف دارويي مهم براي تنظيم توليد چربي شير در نظر گرفت. همچنين تأثير جهش K232A در DGAT1 بر روي فعاليت آنزيمي و سطح بيان ژن در غدد پستاني گاوهاي توليدكننده شير با چربي بسيار بالا يا پايين بررسي شد. نتايج نشان داد كه براي آلل A، ژنوتيپ هموزيگوسيته AA به‌طور قابل توجهي با بيان كم DGAT1 مرتبط است. اين يافته‌ها نشان مي‌دهد كه افزايش فعاليت آنزيمي بر سطح بيان پايين غلبه مي‌كند.

چكيده انگليسي :

Abstract Milk fat content in dairy cows is a critical agricultural trait with significant economic an‎d social value. The DGAT1 gene plays a pivotal role in milk an‎d meat production traits across various livestock species, including cattle, buffalo, goats, an‎d sheep. To better understan‎d the structure an‎d function of DGAT1, we combined in silico molecular modeling with genotyping of an existing cattle cohort. Our analysis identified multiple high-confidence phosphorylation sites an‎d a strong association between the 232A genetic variant an‎d high milk fat content. Additionally, we detected significant differences in gene expression levels between KK/KA an‎d AA genotypes, with KK/KA genotypes exhibiting higher expression. These findings underscore the importance of DGAT1 in dairy cattle breeding programs. Furthermore, our study highlighted species-specific differences in gene networks, with DGAT1 an‎d related genes being central in humans for lipid metabolism an‎d metabolic disorders, while interleukin genes were identified as primary hub genes in bovines, crucial for immune responses an‎d disease resistance. This disparity emphasizes the need for tailored genetic studies an‎d therapeutic developments. The insights gained from this study provide valuable genetic markers for selec‎tion, aiming to enhance milk quality traits an‎d overall animal health, thereby contributing to more sustainable an‎d efficient dairy farming practices.

نصراصفهاني، عفت

تحليل بيوانفورماتيكي خانواده ژني مرتبط با چربي شير در ژنوم گاو

خانواده ژني , DGAT , گونه گاو , شبكه ژني , چفت ملكولي