معرفی چندشکلی ژنهای کاندیدا در برنامه نوین اصلاح نژاد دام و طیور

چکیده: مدلهای استفاده شده در ژنتیک کمی عمدتا اثر تجمعی ژنهایی را که عهده دار ایجاد تنوع در صفات می باشند مورد توجه قرار می دهند و فرض اصلی در این مبحث، تفکیک همزمان بسیاری از ژنهای کوچک اثر می باشد. این موضوع مورد تردید است که همه ژنهای مؤثر بر صفات کمی اثرات جزئی داشته باشند و ممکن است برخی از این ژنها سهم عمده ای در تنوع صفات به خود اختصاص داده باشند. متخصصین ژنتیک مولکولی قادر به تعیین ژنوتیپ آنها با استفاده از تکنیک های مولکولی بوده و قادرند بطور مستقیم نشان دهند که چگونه تنوع فنوتیپی از تنوع ژنتیکی موجود در ژنوم موجود ناشی می شود امروزه تکنیک های مولکولی و ژنتیک کمی بصورت مکمل یکدیگر استفاده می گردند. دو دیدگاه عمده برای تعیین ژنوتیپ در ژنتیک وجود دارد که عبارتند از: 1- استفاده از نشانگرهای غیر مستقیم، که در این روش تعیین ژنوتیپ با استفاده از نشانگرهایی که بر روی قطعه کروموزومی خاصی است صورت میگیرد. 2- دیدگاه ژنهای کاندیدا است که در این روش با توجه به اطلاعات موجود، خود ژن کنترل کننده صفت که پروتئین خاصی را کد می کند مورد بررسی قرار می گیرد که در واقع این ژنها به عنوان مارکرهای مستقیم صفات بیولوژیکی و فیزیولوژیکی بکار گرفته می شوند. این مقاله سعی دارد در یک نگرش اجمالی برخی از ژنهای کاندیدا برای کنترل صفات مهم اقتصادی یا ژنهای مرتبط با بروز ناهنجاری های ژنتیکی را معرفی کند.
لغات کلیدی : ژنهای کاندیدا، انتخاب بر اساس نشانگرها، چندشکلی، ژنتیک مولکولی
1- ژن کاپا کازئین (K-Casein Gene):
ژنهای بخش کازئین شیر به چهار گروه عمده K-Casein (با وزن مولکولی 19800 دالتون و 169 اسید آمینه)، Beta-Casein (با وزن مولکولی 24000 دالتون و 209 اسید آمینه)، as1-Casein (با وزن مولکولی 23000 دالتون و 199 اسید آمینه) و as2-Casein (با وزن مولکولی 25000 دالتون و 207 اسید آمینه) تقسیم می شوند که در گاو، بر روی کروموزوم شمار 6 و در گوسفند و بز بر روی کروموزوم شماره 4 قرار گرفته اند. کاپا کازئین یکی از مهمترین پروتئینهای شیر است و توسط ژنی با پنج اگزون و چهار اینترون کنترل می گردد. مقدار پنیر تولیدی و همچنین مانده گاری شیر در خارج از یخچال بطور مستقیم به خصوصیات کاپا کازئین شیر بستگی دارد. الل B ژن کاپاکازئین که حاصل بروز جهش نقطه ای (T/C) در موقعیت اگزون 4 می باشد موجب بالا رفتن راندمان تولید شیر به پنیر می شود در کاتالوگهای اسپرم ژنوتیپهای BB یا AB بیانگر ژنوتیپ های مطلوب برای تولید شیر مورد استفاده در کارخانجات پنیرسازی می باشد. که موجب کاهش زمان انعقاد شیر و بالارفتن ثبات و استحکام دلمه شدن آن می شود.
2- ژن بتالاکتوگلوبولین (Beta-lactoglobulin):
بتالاکتوگلوبولین پروتئین اصلی بخش آب پنیر شیر نشخوارکنندگان است که دارای وزن مولکولی 18200 دالتون است که در گاو و بز بر روی کروموزوم شماره 11 و در گوسفند بر روی کروموزوم شماره 3 تعیین نقشه شده است. ژن بتالاکتوگلوبولین در گوسفند دارای 9737 جفت باز است و شامل 7 اگزون و 6 اینترون می باشد که اگزون 7 این ژن کاملا غیر فعال است و 6 اگزون اولیه مسئول تولید پروتئین بتالاکتوگلوبولین می باشند. ارتباط چندشکلی های موجود در این ژن با صفات تولیدی به خوبی مورد بررسی قرار گرفته است. ژن آلفا لاکتالبومین یکی دیگر از ژنهای بخش آب پنیر است که در گاو در کروموزوم 5 و در گوسفند در کروموزوم 3 شناسائی شده است و دارای 1400 دالتون وزن مولکولی است.
3- ژن فسفوانول کربوکسی کیناز (PEPCK):
این ژن آنزیمی را تولید می کند که این آنزیم، آنزیم کلیدی مسیر گلوکونئوژنز می باشد یعنی مسیری که از طریق آن از سوبستراهای متنوع غیر کربوهیدراته، گلوکز خالص بدست می آید. این آنزیم با سوبسترا قرار دادن فسفوانول و دکربوکسیلاسیون آن باعث تشکیل اگزالواستات پیروات می شود. بطور کلی دو نوع آنزیم فسفوانول کربوکسی کیناز وجود دارد که به دو دسته میتوکندریایی (PEPCK-M) و سیتوزولی (PEPCK-C) تقسیم می شود ژن کد کننده این آنزیم بعنوان یک ژن کاندیدا برای شناسائی تنوع اللی و ارتباط آن با صفات اقتصادی مرتبط با پرورش طیور شناخته شده است و عمدتا ناحیه پروموتور این ژن جهت تعیین ژنوتیپ بکار می رود. از طرفی ژن PEPCK-M ممکن است ژن پروموتور برای حساسیت یا مقاومت به بیماری مارک (Marek disease) باشد.
4- مجموعه ژنی کالپاین، کالپاستاتین (Calpain/Calpastatin):
تا کنون سه آنزیم از خانواده کالپاینها شناسائی شده که عبارتند از W-Calpain، M-Calpain و Calpastatin. که این آنزیمها نقش مهمی در رشد ماهیچه های اسکلتی و میزان تردی گوشت بعد از ذبح دارند که کالپاستاتین آنزیمی با عملکرد متفاوت در این سیستم می باشد. اکنون بخوبی روشن شده که تجزیه پروتئینهای میوفیبریل ماهیچه که توسط آنزیمهای کالپاین صورت می گیرد عمده ترین عامل تردی گوشت در هنگام جمود نعشی می باشد علاوه بر این به نظر میرسد که کالپاستاتین یک ممانعت کننده ویژه آندوژنوسی وابسته به کلسیم می باشد که از عمل آنزیمهای کالپاین جلوگیری میکند و از این طریق میزان تردی گوشت بعد از کشتار را عهده دار می باشد.
5- مجموعه ژنی هورمون رشد، گیرنده هورمون رشد (GH/GHR):
ژن هورمون رشد دارای 5 اگزون و 4 اینترون می باشد که کد کننده پروتئینی با 191-190 اسید آمینه می باشد که از غده هیپوفیز قدامی ترشح می شود این هورمون نقش کلیدی در فرایندهای متابولیکی مانند رشد، تولید مثل، پیری، پاسخهای ایمنی، بلوغ، اشتها، چربی لاشه و اسپرماتوژنز دارد بررسی جهشهای موجود در نواحی مختلف این ژن همواره مورد توجه بسیاری از متخصصان اصلاح نژاد می باشد. ارتباط چندشکلیهای این ژن با خصوصیات تولید شیر بطور وسیعی مورد بررسی قرار گرفته است. ژن گیرنده هورمون رشد دارای 10 اگزون و 9 اینترون می باشد که دایمر شدن آن با هورمون رشد، برای انتقال پیام هورمون رشد به داخل سلول لازم می باشد. ارتباط ژن گیرنده هورمون رشد با فنوتیپ کوتولگی و همچنین با خصوصیات تولید شیر و وزن از شیرگیری و وزن کشتار در سطح وسیعی بررسی شده است.
6- ژن لپتین (Leptin gene):
لپتین از واژه Leptus به معنی لاغری گرفته شده است این هورمون در نتیجه جهش ایجاد شده در سطح ژن مسئول چاقی تولید میشود منبع اصلی ترشح لپتین سلولهای آدیپوسیت بافتهای چربی بخصوص آدیپوز سفید می باشد. اعتقاد بر این است که این هورمون عمده ترین کنترل کننده اشتها، متابولیسم انرژی، بلوغ، باروری، ایمنی و افزایش وزن بدن می باشد. این ژن دارای 3 اگزون و 2 اینترون می باشد و از لحاظ اصلاح نژاد برای بهبود و کیفیت گوشت، باروری، بازده مصرف خوراک و تولید شیر حائز اهمیت است.
7- ژنهای (PIT1/IGF1 (PIT1/IGF1 gene:
ژن PIT1 بعنوان یک فاکتور اختصاصی نسخه برداری در غده هیپوفیز شناسائی شده است. پروتئین کد شونده توسط این ژن میزان تظاهر ژن هورمون رشد و پرولاکتین را کنترل می کند وجود چندشکلی در توالی این ژن احتمالا در میزان و تعداد نسخه برداری ژنهای هورمون رشد و پرولاکتین ضروری می باشد بنابراین این ژن بعنوان ژن کاندیدا برای صفات مرتبط با رشد در گاوهای گوشتی شناخته شده است. ژن IGF1 ژن دیگری است که پروتئین حاصل از این ژن در تنظیم عمل هورمون رشد نقش عمده ای دارد. ژن IGF1، سوماتومدین C نام دارد که توسط کبد ساخته می شود و دارای 70 اسیدآمینه است. بسیاری از مقالات نشان داده اند که عمل هورمون رشد از طریق واسطه گری پروتئین IGF1 عمل می کند.
8- ژن میواستاتین (Myostatin gene):
ژن کنترل کننده هیپرتروفی ماهیچه (Double Muscling) میواستاتین نام دارد. پروتئین کد شونده توسط این ژن رشد ماهیچه های اسکلتی را باعث می شود اما جهش در این ژن باعث ایجاد رشد بیش از حد ماهیچه می شود فنوتیپ های حاصل از این جهش بصورت اندامهای خلفی گرد و برجسته، سر کوچک، زبان بزرگ، دستگاه تناسلی نابالغ و افزایش حساسیت در مقابل بیماریهای تنفسی و عضلات مضاعف می باشد.
9- ژن لاکتوفرین (Lactoferin gene):
لاکتوفرین یک گلیکوپروتئین متصل شونده به آهن است که متعلق به خانواده ژنهای ترانسفرین می باشد لاکتوفرین گاو بزرگترین ژن از دسته پروتئین های شیر است که شامل 17 اگزون می باشد لاکتوفرین متداولترین مکانیسم دفاع شیمیایی موجود در شیر است این پروتئین موجود در شیر از رشد باکتری های نیازمند به آهن، با مهار آهن جلوگیری می کند و در نهایت با غیر قابل دسترس کردن آهن برای استفاده باکتری از رشد باکتری جلوگیری می کند.
10- مجموعه ژنی Amelogenin / SRY / ZFX:
دستیابی به تکنیک های تعیین جنسیت جنین می تواند یکی از ابزارهای قدرتمند در مدیریت برنامه های اصلاح نژاد باشد. امروزه استفاده از چندشکلی ژنهای موجود در کروموزومهای جنسی، امکان تعیین جنسیت با درصد اطمینان بیشتر و نیاز به حداقل بیوپسی و سرعت عمل را فراهم میکند. تعداد معدودی ژن در کروموزومهای جنسی وجود دارد که مسئول تمایز اندامهای جنسی می باشد به عنوان مثال ژن SRY تولید کننده 229 اسیدآمینه می باشد و از معدود ژنهایی است که در کروموزوم Y قرار دار، ZFX و Amelogenin نیز از دیگر ژنهای کاندیدا برای دستیابی به تعیین جنسیت موفقیت آمیز میباشد.
11- ژن DRB3 (BOLA-DRB3):
کمپلکس ژنی MHC قسمتی از ژنوم است که کد کننده مولکولهای مسئول کنترل سیستم ایمنی و واکنشهای مربوطه آن می باشد این مولکولها بیشتر از جنس گلیکوپروتئین بوده و در آغاز واکنشهای ایمنی در برابر ورود عوامل بیماری زا نقش کلیدی دارند، سیستم آنتی ژنی گلوبولهای سفید در گاو (BOLA) جزء کلاس دوم این کمپلکس ژنی بوده و کد کننده گلیکوپروتئینهایی هستند که داری دو زنجیر α و β بوده و در سطح سلولهای دفاعی تظاهر می یابند و با اتصال به عوامل خارجی، حضور آنها در عفونتها باعث تحریک اختصاصی لنفوسیتهای T میشود. تا کنون در مورد جایگاه ژنی DRB سه توالی شناسایی شده است که جایگاه DRB3 نسبت به بقیه بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. الل 16 از ژن BOLA-DRB3 با تعداد سلولهای سوماتیک موجود در شیر و ابتلا به بیماری ورم پستان ارتباط معنی داری دارد. عامل اصلی باکتریایی ورم پستان Staphylococus aureus می باشد. که گلیکوپروتئین کد شونده توسط DRB3 احتمالا در تحریک اختصاصی لنفوسیتهای T مربوط، دخالت دارد همچنین حداقل 3 الل از این ژن با مقاومت به ویروس لوکمیای گاوی رابطه معنی داری دارد.
12- ژن اوریدین مونوفسفاتات سنتتاز (UMPs):
آنزیم اوریدین مونوفسفاتات سنتتاز، آنزیم مسئول در مسیر تبدیل اورتیک اسید به اوریدین مونو فسفات (UMP) می باشد که این مسیر برای تشکیل بازهای پیریمیدین می باشد از آنجاییکه پیریمیدینها اجزای ضروری و حیاتی برای سنتز اسیدهای نوکلئیک هستند نقص در سنتز این آنزیم می تواند سنتز پیریمیدینها را کاملا متوقف می سازد و علائم این نقص عمدتا با مشاهده جنینهای مرده توام می باشد جهش در این ژن در کدون 405 شناخته شده است این ژن دارای 6 اگزون می باشند و برای شناسائی جهش مربوطه از آنزیم AVA1 استفاده می شود.
13- ژن CD18 (CD18 gene):
این ژن کد کننده گلیکوپروتئینهای موجود در غشای پروتئینهای سطحی نوتروفیلها می باشد که در نتیجه جهش در موقعیت 128 (A / G)، در ساختمان پروتئین کد شونده توسط این ژن، گلاسین به آسپارتیک اسید تبدیل میشود در نتیجه این موتاسیون، گلیکوپروتئینهای موجود در غشاء سطح پروتئینهای نوتروفیل قادر به مهاجرت به محلهایی که مبتلا به عفونت در بافت های عفونی بدن حیوان نبوده و قدرت چسبندگی خود را به عوامل خارجی از دست می دهند و اختلال در سیستم ایمنی را بوجود می آورند. پیامد این حالت بروز بیماری معروف BLAD می باشد که با علائمی مانند تورم دهان، پنومونی، تاخیر در بهبود جراحات حاصله، اسهال، مرگ زودرس جنین و افزایش نوتروفیلهای خون خود را نشان می دهد.
جمع بندی:
ژنهای کاندیدا برای کنترل صفات اقتصادی و مسئول بروز ناهنجاریهای ژنتیکی تنها به این چند ژن ختم نمی شود، بسیاری از محققان به علت اهمیت فوق العاده ژنهای کنترل کننده صفات اقتصادی به سادگی از بیان جزئیات تکنیکها و افشای نام ژنهای مسئول بروز ناهنجاری خودداری می کنند از جمله این موارد، vetebral malformation Complex، Prolonged gestration، Mulefoot (Syndactyly) و Hairlesses و است که وجود یا عدم وجود این ناهنجاریها در اسپرمهای گاوهای آزمون شده همیشه سؤال برانگیز است، می باشد که در این موارد فقط نتایج تعیین ژنوتیپ در کاتالوگها درج گردیده است.
 

برخی 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
الیاسی زرین قبایی قربان، جوانمرد آرش، سلامت دوست رامین، پیراهری ام البنین
کارشناسان ارشد پژوهشی مرکز تحقیقات کشاورزی، منابع طبیعی و امور دام استان آذربایجان شرقی