معرفي چندشكلي ژنهاي كانديدا در برنامه نوين اصلاح نژاد دام و طيور:
معرفي چندشكلي ژنهاي كانديدا در برنامه نوين اصلاح نژاد دام و طيور
الياسي زرين قبايي قربان، جوانمرد آرش، سلامت دوست رامين، پيراهري ام البنين
كارشناسان ارشد پژوهشي مركز تحقيقات كشاورزي، منابع طبيعي و امور دام استان آذربايجان شرقي
چكيده:
مدلهاي استفاده شده در ژنتيك كمي عمدتا اثر تجمعي ژنهايي را كه عهده دار ايجاد تنوع در صفات مي باشند مورد توجه قرار مي دهند و فرض اصلي در اين مبحث، تفكيك همزمان بسياري از ژنهاي كوچك اثر مي باشد. اين موضوع مورد ترديد است كه همه ژنهاي مؤثر بر صفات كمي اثرات جزئي داشته باشند و ممكن است برخي از اين ژنها سهم عمده اي در تنوع صفات به خود اختصاص داده باشند. متخصصين ژنتيك مولكولي قادر به تعيين ژنوتيپ آنها با استفاده از تكنيك هاي مولكولي بوده و قادرند بطور مستقيم نشان دهند كه چگونه تنوع فنوتيپي از تنوع ژنتيكي موجود در ژنوم موجود ناشي مي شود امروزه تكنيك هاي مولكولي و ژنتيك كمي بصورت مكمل يكديگر استفاده مي گردند. دو ديدگاه عمده براي تعيين ژنوتيپ در ژنتيك وجود دارد كه عبارتند از: 1- استفاده از نشانگرهاي غير مستقيم، كه در اين روش تعيين ژنوتيپ با استفاده از نشانگرهايي كه بر روي قطعه كروموزومي خاصي است صورت ميگيرد. 2- ديدگاه ژنهاي كانديدا است كه در اين روش با توجه به اطلاعات موجود، خود ژن كنترل كننده صفت كه پروتئين خاصي را كد مي كند مورد بررسي قرار مي گيرد كه در واقع اين ژنها به عنوان ماركرهاي مستقيم صفات بيولوژيكي و فيزيولوژيكي بكار گرفته مي شوند. اين مقاله سعي دارد در يك نگرش اجمالي برخي از ژنهاي كانديدا براي كنترل صفات مهم اقتصادي يا ژنهاي مرتبط با بروز ناهنجاري هاي ژنتيكي را معرفي كند.
لغات كليدي : ژنهاي كانديدا، انتخاب بر اساس نشانگرها، چندشكلي، ژنتيك مولكولي
1- ژن كاپا كازئين (K-Casein Gene):
ژنهاي بخش كازئين شير به چهار گروه عمده K-Casein (با وزن مولكولي 19800 دالتون و 169 اسيد آمينه)، Beta-Casein (با وزن مولكولي 24000 دالتون و 209 اسيد آمينه)، as1-Casein (با وزن مولكولي 23000 دالتون و 199 اسيد آمينه) و as2-Casein (با وزن مولكولي 25000 دالتون و 207 اسيد آمينه) تقسيم مي شوند كه در گاو، بر روي كروموزوم شمار 6 و در گوسفند و بز بر روي كروموزوم شماره 4 قرار گرفته اند. كاپا كازئين يكي از مهمترين پروتئينهاي شير است و توسط ژني با پنج اگزون و چهار اينترون كنترل مي گردد. مقدار پنير توليدي و همچنين مانده گاري شير در خارج از يخچال بطور مستقيم به خصوصيات كاپا كازئين شير بستگي دارد. الل B ژن كاپاكازئين كه حاصل بروز جهش نقطه اي (T/C) در موقعيت اگزون 4 مي باشد موجب بالا رفتن راندمان توليد شير به پنير مي شود در كاتالوگهاي اسپرم ژنوتيپهاي BB يا AB بيانگر ژنوتيپ هاي مطلوب براي توليد شير مورد استفاده در كارخانجات پنيرسازي مي باشد. كه موجب كاهش زمان انعقاد شير و بالارفتن ثبات و استحكام دلمه شدن آن مي شود.
2- ژن بتالاكتوگلوبولين (Beta-lactoglobulin):
بتالاكتوگلوبولين پروتئين اصلي بخش آب پنير شير نشخواركنندگان است كه داراي وزن مولكولي 18200 دالتون است كه در گاو و بز بر روي كروموزوم شماره 11 و در گوسفند بر روي كروموزوم شماره 3 تعيين نقشه شده است. ژن بتالاكتوگلوبولين در گوسفند داراي 9737 جفت باز است و شامل 7 اگزون و 6 اينترون مي باشد كه اگزون 7 اين ژن كاملا غير فعال است و 6 اگزون اوليه مسئول توليد پروتئين بتالاكتوگلوبولين مي باشند. ارتباط چندشكلي هاي موجود در اين ژن با صفات توليدي به خوبي مورد بررسي قرار گرفته است. ژن آلفا لاكتالبومين يكي ديگر از ژنهاي بخش آب پنير است كه در گاو در كروموزوم 5 و در گوسفند در كروموزوم 3 شناسائي شده است و داراي 1400 دالتون وزن مولكولي است.
3- ژن فسفوانول كربوكسي كيناز (PEPCK):
اين ژن آنزيمي را توليد مي كند كه اين آنزيم، آنزيم كليدي مسير گلوكونئوژنز مي باشد يعني مسيري كه از طريق آن از سوبستراهاي متنوع غير كربوهيدراته، گلوكز خالص بدست مي آيد. اين آنزيم با سوبسترا قرار دادن فسفوانول و دكربوكسيلاسيون آن باعث تشكيل اگزالواستات پيروات مي شود. بطور كلي دو نوع آنزيم فسفوانول كربوكسي كيناز وجود دارد كه به دو دسته ميتوكندريايي (PEPCK-M) و سيتوزولي (PEPCK-C) تقسيم مي شود ژن كد كننده اين آنزيم بعنوان يك ژن كانديدا براي شناسائي تنوع اللي و ارتباط آن با صفات اقتصادي مرتبط با پرورش طيور شناخته شده است و عمدتا ناحيه پروموتور اين ژن جهت تعيين ژنوتيپ بكار مي رود. از طرفي ژن PEPCK-M ممكن است ژن پروموتور براي حساسيت يا مقاومت به بيماري مارك (Marek disease) باشد.
4- مجموعه ژني كالپاين، كالپاستاتين (Calpain/Calpastatin):
تا كنون سه آنزيم از خانواده كالپاينها شناسائي شده كه عبارتند از W-Calpain، M-Calpain و Calpastatin. كه اين آنزيمها نقش مهمي در رشد ماهيچه هاي اسكلتي و ميزان تردي گوشت بعد از ذبح دارند كه كالپاستاتين آنزيمي با عملكرد متفاوت در اين سيستم مي باشد. اكنون بخوبي روشن شده كه تجزيه پروتئينهاي ميوفيبريل ماهيچه كه توسط آنزيمهاي كالپاين صورت مي گيرد عمده ترين عامل تردي گوشت در هنگام جمود نعشي مي باشد علاوه بر اين به نظر ميرسد كه كالپاستاتين يك ممانعت كننده ويژه آندوژنوسي وابسته به كلسيم مي باشد كه از عمل آنزيمهاي كالپاين جلوگيري ميكند و از اين طريق ميزان تردي گوشت بعد از كشتار را عهده دار مي باشد.
5- مجموعه ژني هورمون رشد، گيرنده هورمون رشد (GH/GHR):
ژن هورمون رشد داراي 5 اگزون و 4 اينترون مي باشد كه كد كننده پروتئيني با 191-190 اسيد آمينه مي باشد كه از غده هيپوفيز قدامي ترشح مي شود اين هورمون نقش كليدي در فرايندهاي متابوليكي مانند رشد، توليد مثل، پيري، پاسخهاي ايمني، بلوغ، اشتها، چربي لاشه و اسپرماتوژنز دارد بررسي جهشهاي موجود در نواحي مختلف اين ژن همواره مورد توجه بسياري از متخصصان اصلاح نژاد مي باشد. ارتباط چندشكليهاي اين ژن با خصوصيات توليد شير بطور وسيعي مورد بررسي قرار گرفته است. ژن گيرنده هورمون رشد داراي 10 اگزون و 9 اينترون مي باشد كه دايمر شدن آن با هورمون رشد، براي انتقال پيام هورمون رشد به داخل سلول لازم مي باشد. ارتباط ژن گيرنده هورمون رشد با فنوتيپ كوتولگي و همچنين با خصوصيات توليد شير و وزن از شيرگيري و وزن كشتار در سطح وسيعي بررسي شده است.
6- ژن لپتين (Leptin gene):
لپتين از واژه Leptus به معني لاغري گرفته شده است اين هورمون در نتيجه جهش ايجاد شده در سطح ژن مسئول چاقي توليد ميشود منبع اصلي ترشح لپتين سلولهاي آديپوسيت بافتهاي چربي بخصوص آديپوز سفيد مي باشد. اعتقاد بر اين است كه اين هورمون عمده ترين كنترل كننده اشتها، متابوليسم انرژي، بلوغ، باروري، ايمني و افزايش وزن بدن مي باشد. اين ژن داراي 3 اگزون و 2 اينترون مي باشد و از لحاظ اصلاح نژاد براي بهبود و كيفيت گوشت، باروري، بازده مصرف خوراك و توليد شير حائز اهميت است.
7- ژنهاي (PIT1/IGF1 (PIT1/IGF1 gene:
ژن PIT1 بعنوان يك فاكتور اختصاصي نسخه برداري در غده هيپوفيز شناسائي شده است. پروتئين كد شونده توسط اين ژن ميزان تظاهر ژن هورمون رشد و پرولاكتين را كنترل مي كند وجود چندشكلي در توالي اين ژن احتمالا در ميزان و تعداد نسخه برداري ژنهاي هورمون رشد و پرولاكتين ضروري مي باشد بنابراين اين ژن بعنوان ژن كانديدا براي صفات مرتبط با رشد در گاوهاي گوشتي شناخته شده است. ژن IGF1 ژن ديگري است كه پروتئين حاصل از اين ژن در تنظيم عمل هورمون رشد نقش عمده اي دارد. ژن IGF1، سوماتومدين C نام دارد كه توسط كبد ساخته مي شود و داراي 70 اسيدآمينه است. بسياري از مقالات نشان داده اند كه عمل هورمون رشد از طريق واسطه گري پروتئين IGF1 عمل مي كند.
8- ژن ميواستاتين (Myostatin gene):
ژن كنترل كننده هيپرتروفي ماهيچه (Double Muscling) ميواستاتين نام دارد. پروتئين كد شونده توسط اين ژن رشد ماهيچه هاي اسكلتي را باعث مي شود اما جهش در اين ژن باعث ايجاد رشد بيش از حد ماهيچه مي شود فنوتيپ هاي حاصل از اين جهش بصورت اندامهاي خلفي گرد و برجسته، سر كوچك، زبان بزرگ، دستگاه تناسلي نابالغ و افزايش حساسيت در مقابل بيماريهاي تنفسي و عضلات مضاعف مي باشد.
9- ژن لاكتوفرين (Lactoferin gene):
لاكتوفرين يك گليكوپروتئين متصل شونده به آهن است كه متعلق به خانواده ژنهاي ترانسفرين مي باشد لاكتوفرين گاو بزرگترين ژن از دسته پروتئين هاي شير است كه شامل 17 اگزون مي باشد لاكتوفرين متداولترين مكانيسم دفاع شيميايي موجود در شير است اين پروتئين موجود در شير از رشد باكتري هاي نيازمند به آهن، با مهار آهن جلوگيري مي كند و در نهايت با غير قابل دسترس كردن آهن براي استفاده باكتري از رشد باكتري جلوگيري مي كند.
10- مجموعه ژني Amelogenin / SRY / ZFX:
دستيابي به تكنيك هاي تعيين جنسيت جنين مي تواند يكي از ابزارهاي قدرتمند در مديريت برنامه هاي اصلاح نژاد باشد. امروزه استفاده از چندشكلي ژنهاي موجود در كروموزومهاي جنسي، امكان تعيين جنسيت با درصد اطمينان بيشتر و نياز به حداقل بيوپسي و سرعت عمل را فراهم ميكند. تعداد معدودي ژن در كروموزومهاي جنسي وجود دارد كه مسئول تمايز اندامهاي جنسي مي باشد به عنوان مثال ژن SRY توليد كننده 229 اسيدآمينه مي باشد و از معدود ژنهايي است كه در كروموزوم Y قرار دار، ZFX و Amelogenin نيز از ديگر ژنهاي كانديدا براي دستيابي به تعيين جنسيت موفقيت آميز ميباشد.
11- ژن DRB3 (BOLA-DRB3):
كمپلكس ژني MHC قسمتي از ژنوم است كه كد كننده مولكولهاي مسئول كنترل سيستم ايمني و واكنشهاي مربوطه آن مي باشد اين مولكولها بيشتر از جنس گليكوپروتئين بوده و در آغاز واكنشهاي ايمني در برابر ورود عوامل بيماري زا نقش كليدي دارند، سيستم آنتي ژني گلوبولهاي سفيد در گاو (BOLA) جزء كلاس دوم اين كمپلكس ژني بوده و كد كننده گليكوپروتئينهايي هستند كه داري دو زنجير α و β بوده و در سطح سلولهاي دفاعي تظاهر مي يابند و با اتصال به عوامل خارجي، حضور آنها در عفونتها باعث تحريك اختصاصي لنفوسيتهاي T ميشود. تا كنون در مورد جايگاه ژني DRB سه توالي شناسايي شده است كه جايگاه DRB3 نسبت به بقيه بيشتر مورد توجه قرار گرفته است. الل 16 از ژن BOLA-DRB3 با تعداد سلولهاي سوماتيك موجود در شير و ابتلا به بيماري ورم پستان ارتباط معني داري دارد. عامل اصلي باكتريايي ورم پستان Staphylococus aureus مي باشد. كه گليكوپروتئين كد شونده توسط DRB3 احتمالا در تحريك اختصاصي لنفوسيتهاي T مربوط، دخالت دارد همچنين حداقل 3 الل از اين ژن با مقاومت به ويروس لوكمياي گاوي رابطه معني داري دارد.
12- ژن اوريدين مونوفسفاتات سنتتاز (UMPs):
آنزيم اوريدين مونوفسفاتات سنتتاز، آنزيم مسئول در مسير تبديل اورتيك اسيد به اوريدين مونو فسفات (UMP) مي باشد كه اين مسير براي تشكيل بازهاي پيريميدين مي باشد از آنجاييكه پيريميدينها اجزاي ضروري و حياتي براي سنتز اسيدهاي نوكلئيك هستند نقص در سنتز اين آنزيم مي تواند سنتز پيريميدينها را كاملا متوقف مي سازد و علائم اين نقص عمدتا با مشاهده جنينهاي مرده توام مي باشد جهش در اين ژن در كدون 405 شناخته شده است اين ژن داراي 6 اگزون مي باشند و براي شناسائي جهش مربوطه از آنزيم AVA1 استفاده مي شود.
13- ژن CD18 (CD18 gene):
اين ژن كد كننده گليكوپروتئينهاي موجود در غشاي پروتئينهاي سطحي نوتروفيلها مي باشد كه در نتيجه جهش در موقعيت 128 (A / G)، در ساختمان پروتئين كد شونده توسط اين ژن، گلاسين به آسپارتيك اسيد تبديل ميشود در نتيجه اين موتاسيون، گليكوپروتئينهاي موجود در غشاء سطح پروتئينهاي نوتروفيل قادر به مهاجرت به محلهايي كه مبتلا به عفونت در بافت هاي عفوني بدن حيوان نبوده و قدرت چسبندگي خود را به عوامل خارجي از دست مي دهند و اختلال در سيستم ايمني را بوجود مي آورند. پيامد اين حالت بروز بيماري معروف BLAD مي باشد كه با علائمي مانند تورم دهان، پنوموني، تاخير در بهبود جراحات حاصله، اسهال، مرگ زودرس جنين و افزايش نوتروفيلهاي خون خود را نشان مي دهد.
جمع بندي:
ژنهاي كانديدا براي كنترل صفات اقتصادي و مسئول بروز ناهنجاريهاي ژنتيكي تنها به اين چند ژن ختم نمي شود، بسياري از محققان به علت اهميت فوق العاده ژنهاي كنترل كننده صفات اقتصادي به سادگي از بيان جزئيات تكنيكها و افشاي نام ژنهاي مسئول بروز ناهنجاري خودداري مي كنند از جمله اين موارد، vetebral malformation Complex، Prolonged gestration، Mulefoot (Syndactyly) و Hairlesses و است كه وجود يا عدم وجود اين ناهنجاريها در اسپرمهاي گاوهاي آزمون شده هميشه سؤال برانگيز است، مي باشد كه در اين موارد فقط نتايج تعيين ژنوتيپ در كاتالوگها درج گرديده است.
برخي منابع:
Masoudi, M. et al. 1998. Genotyping of kappa-casein alleles in holstein dairy cattle using PCR-SSCP. In: proceeding of 5th WCGALP. Ontario.
Kehrli, M.E. et al. 1994. Bovine locukocyte adhension dificiency. In: proceeding of 5th WCGALP. Ontario.
Kim, H.B. et al. 1998. Polymorphism study of Obese gene by PCR-RFLP for development of DNA marker releated to meat quality in Hamwoo (Bos taurus).In: proceeding of 5th WCGALP. Ontario.
Cockett, N.E. et al. 1995. A Taq 1 RFLP in the bovine calpastain gene. J. Anim.Sci., 73: 3790.
Chenht, C. et al.1996.Variant within 5-flanking region and the intron I bovine growth hormone gene. Animal Genetic, 27: 329-332.
Moody, D.E. et al. 1995. Assigment of the growth hormone receptor gene to bovine chromosome 20 using linkage analysis. Animal Genetic, 26: 341-343.
APPLICATION OF THE CANDIDATE GENE APPROUCH IN NEW ANIMAL BREEDING STRATEGIES
Javanmard, Arash., Sagamatdoost, Ramin., Elyasi Zarringhabaiy, Ghorban. and Pirahary, Ommolbanin
Researchers of East Azarbaidjan Agriculture and Animal Breeding Research Center
Abstract:
To date, most genetic progress for quantitative traits in livestock has made by selection on phenotype or estimates for breeding values drived from phenotype, without any knowledge of the number of genes that affect the trait or the effects of each gene. In this quantitative genetic approach to genetic improvement, the genetic architecture of traits of interest has essentially been treated as a black box.
Genetics can measure genotypes with molecular techniques, and then examine directly how genetic variation maps on to phenotypic variation. There are two major type of measured genotype approaches in quantitative genetic; that linkage mapping approach that in which the genotypes being measured are used as markers of chromosomal segment, and candidate gene approach which prior knowledge indicates that surveyed loci may be involved in the phenotype of interest. In other words, DNA markers within or near genes whose products are known to be involved in relevant physiological processes and/or development are evaluated for effects on this traits. The objective in this paper is to short review the some of candidate gene for using in new animal breeding programs.
Keyword: Candidate genes, Molecular genetic, Marker assisted selection, Polymorphism