مطالعه پويش كامل ژنوم با تجزيه و تحليل غني‌سازي مجموعه‌هاي ژني براي شناسايي ژن‌ها و مسيرهاي مرتبط با خلق و خوي در گاو براهمن

Genome-wide association study by gene set enrichment analysis to identify genes and pathways associated with temperament in Brahman cattle

درك كنترل ژنتيكي خلق و خوي به عنوان يك صفت پيچيده و داراي همبستگي با صفات اقتصادي يكي از اهداف اصلاح نژادي در صنعت گاو گوشتي است. هدف پژوهش حاضر، مطالعه پويش كل ژنوم بر مبناي تجزيه و تحليل غني‌سازي مجموعه ژني جهت شناسايي جايگاه‌هاي ژني مؤثر بر صفات مرتبط با خلق و خوي گاو نژاد براهمن بود. بدين منظور از اطلاعات ژنوتيپي 1370 رأس گاو براهمن و ركوردهاي فنوتيپي شامل سرعت خروج، امتياز پن و امتياز خلق و خوي استفاده شد. ارزيابي پويش كامل ژنوم با PLINK نسخه 1/90 انجام شد. تجزيه و تحليل غني‌سازي مجموعه‌هاي ژني بوسيله بسته نرم‌افزاري goseq برنامه R با هدف شناسايي مسيرهاي زيستي ژن‌هاي نزديك در مناطق انتخابي كانديدا انجام شد. در نهايت تجزيه و تحليل بيوانفورماتيكي از پايگاه‌هاي برخط GO، Metacyc، KEGG، Reactome و Panther استفاده شد. با تجزيه و تحليل غني‌سازي مجموعه‌هاي ژني، مسيرهاي بيوشيميايي و (ژن‌هاي كانديداي) neurotransmitter secretion (NRXN3 و CACNG3)،‌Cycle Dopamine Neurotransmitter Release (PPFIA2)، regulation of neuron projection development (GRID2)، neuron projection (SLC8A1 و KCNQ2)، Axonal growth inhibition (RTN4R)، Neurotrophin signaling pathway (MAP2K2، MAP3K5 و PSEN1) و Focal adhesion (TLN2) مرتبط با سرعت خروج شناسايي شدند. ژن‌هاي كانديدا شناسايي شده نقش مهمي در تفرق و تمايز سيناپس‌ها، انتقال دهنده‌هاي عصبي، بيماري‌هاي عصبي و اختلال رواني، استرس‌هاي اكسيداتيو و محيطي، گيرنده‌هاي هورموني و هموستازي گلوكز داشتند. با توجه به تأييد مناطق قبلي پويش ژنومي و شناسايي مناطق ژنومي جديد، استفاده از يافته‌هاي اين پژوهش مي‌تواند در انتخاب ژنتيكي حيوانات با توليد بالاتر از طريق دام‌هاي آرام مفيد باشد.

Understanding the genetic control of temperament as a complex trait and correlated with economic traits is one of the breeding goals in beef cattle industry. The aim of the current study was genome wide association studies (GWAS) based on Gene set enrichment analysis for detecting the loci associated with temperament traits in Brahman cattle breed. Therefore, 1370 Brahman cattle and phenotype records associated with temperament traits including Exit velocity, Pen Score, and Temperament Score were used. The evaluation of genome-wide association was carried out using PLINK package 1.90. The gene enrichment analysis was performed by the goseq R package for identifying biological pathways of nearby genes in selected candidate regions and finally, GO, Metacyc, KEEG, Reactome and panther databases were applied for bioinformatics analysis. By Gene set enrichment analysis, the biological pathways and candidate genes of neurotransmitter secretion (NRXN3 and CACNG3), Dopamine Neurotransmitter Release Cycle (PPFIA2), regulation of neuron projection development (GRID2), neuron projection (SLC8A1 and KCNQ2), Axonal growth inhibition (RTN4R), Neurotrophin signaling pathway (MAP2K2, MAP3K5 and PSEN1) and Focal adhesion (TLN2) were identified. The detected candidate genes played an important role in differentiation of synapse, neurotransmitters, neurological diseases and disorders, oxidative and environmental stresses, hormone receptors and glucose homeostasis. Considering the confirmation of the previous region of genome wide association and the identification of new genomic regions, the findings of this study can be useful in the genetic selection of higher production cattle through calm animals.