No category

پایان نامه ارشد رایگان درباره QTL، تراشه‌های، آللی، به‌منظور

دسامبر 1, 2018

ی استفاده از متوسط رابطه خویشاوندی، حالت همسانی در موقعیت (Identical By State) و تنوع ژنی موجود را نیز در نظر داشت. هرچند که در این مطالعه اثرات QTL به‌طور مستقیم و همزمان با اثرات پلی‌ژنیک در مدل وارد نشده بود؛ اما این محققین بیان کردند درصورتی‌که بتوان اثرات QTL را در مدل وارد نمود، پیشرفت ژنتیکی تسریع خواهد شد.
در تایید سودمندی استفاده از اطلاعات ژنومی ویلانِوا و همکاران (۲۰۰۵) گزارش کردند حتی درصورتی‌که مدل ژنتیکی صفت موردنظر مدل بی‌نهایت ژن باشد و هیچ ژنی دارای اثر بزرگ نباشد، استفاده از ماتریس روابط خویشاوندی آللی و یا استفاده از اطلاعات نشانگری در برنامه‌های انتخاب مفید و منجر به پاسخ به انتخاب مطلوب‌تر خواهد بود.
۲-۴- انتخاب به کمک نشانگر
برخی خصوصیات یا صفات که تفرق همزمان با صفت داشته باشند را می‌توان به‌عنوان نشانه‌ای برای ژنوتیپ خاصی از صفت دانست. انتخاب غیرمستقیم برای صفت بر اساس آن نشانه را انتخاب به کمک نشانگر می‌گویند. نشانگرها می‌توانند مبتنی بر خواص ظاهری، پروتئین و یا DNA باشند. نشانگرهای DNA به بخشی از ژنوم اطلاق می‌گردد که با تنوع صفت خاصی مرتبط باشد (مونتالدو و مِزا-هِرِرا، ۱۹۹۸).
انتخاب بر اساس نشانگرها در خصوص صفاتی که از ارزیابی‌های کلاسیک چندان بهره نمی‌برند مفید خواهد بود. به‌طوری‌که، همزمان از اطلاعات فنوتیپی و نشانگرهای مولکولی در سطح ژنوم (در حالت عدم تعادل لینکاژی با QTL) استفاده می‌کند (دِکرز، ۲۰۰۴). از این روش در انتخاب گاوهای نر جوان برای ورود به مرحله آزمون نتاج در صنعت گاوشیری استفاده شده است (گئورجِس و همکاران، ۱۹۹۵؛ ماکینون و گئورجِس، ۱۹۹۸).
استفاده از اطلاعات مولکولی به‌منظور بهبود ژنتیکی در گاوهای شیری برای اولین بار در اواخر دهه ۱۹۶۰ توسط (اسمیت، ۱۹۶۷) به‌خصوص برای صفاتی که بهبودشان با استفاده از برنامه‌های اصلاح نژاد سنتی مشکل بود پیشنهاد شد. اما در عمل، ظهور دوران استفاده از ژنتیک مولکولی به اوایل دهه ۷۰ برمی‌‌گردد که فرصت جدیدی را در برنامه‌های اصلاح نژادی ایجاد کرد که بتوان از نشانگرهای DNA برای شناسایی ژن یا مناطق ژنومی کنترل کننده صفات موردنظر استفاده کرد. اولین کاربرد مشهور این روش، کشف اساس ژنتیکی و توسعه آزمون‌های نقایص ژنتیکی (تک جایگاهی) بود. در خصوص صفات کمّی نیز، این پیشرفت‌ها منجر به شناسایی QTL و توسعه تست‌های DNA شد. این تست‌ها به‌منظور کمک به تصمیم انتخاب یا حذف افراد کاندیدا در مراحل اولیه زندگی، در تکنیک انتخاب به کمک نشانگر به‌کار گرفته شدند. به‌طوری که با ترکیب اطلاعات حاصل از نشانگرهای ژنتیکی مرتبط با QTL و اطلاعات فنوتیپی، انتخاب انجام می‌شد (لَند و تامپسون، ۱۹۹۰؛ اسمیت و سیمپسون، ۱۹۸۶). با استفاده از این روش، نتایج بسیار مفیدی در خصوص شناسایی تعداد قابل توجهی QTL، ارتباطات نشانگر- فنوتیپ و برخی جهش‌های علّی حاصل شد (دِکرز، ۲۰۰۴). اما کاربرد این روش نیز در برنامه‌های اصلاح نژاد، به دلایلی با محدودیت همراه بود (دِکرز، ۲۰۰۴): ۱) بیشتر مطالعات QTL در آمیخته‌های تجاری انجام شده است در صورتی که می‌بایست در جمعیت‌هایی از حیوانات اهلی انجام می‌شد که برای بهبود و پیشرفت ژنتیکی استفاده می‌شدند. ۲) فقط بخش محدودی از تنوع ژنتیکی صفت به‌وسیله جایگاه‌ها و اثرات شناسایی شده توجیه می‌شد، درحالی‌که بیشتر صفات اقتصادی به وسیله تعداد زیادی ژن کنترل می‌شوند. ۳) هزینه تعیین ژنوتیپ به روش معمولی (سنتی) برای کاندیداهای انتخاب حتی برای تعداد کمی نشانگر ژنتیکی نیز بسیار بالا بود.
۲-۵- چند شکلی‌های تک نوکلئوتیدی
تنوع و تفاوت‌هایی که به واسطه اختلاف در یک جایگاه تک نوکلئوتیدی (Single Nucleotide Polymorphisms) (به علت جایگزینی، حذف یا اضافه) در بین افراد همان گونه رخ می‌دهند، به‌عنوان چندشکلی تک نوکلئوتیدی (SNP) شناخته می‌شوند. جایگزینی نوکلئوتیدها عامل مهمی در ایجاد SNP در ژنوم محسوب می‌شوند. ازلحاظ نوع جایگزینی بازها، جهش‌ها می‌توانند ترانزیشن (Transition) یا ترانزورژن (Transversion) باشند. در جهش ترانزیشن جایگزینی بازهای پورین یا پیریمیدین پیریمیدین با یکدیگر صورت می‌گیرد. از این رو در این نوع جهش‌ها فقط دو شکل آللی در جایگاه مربوطه قابل مشاهده می‌باشد. ولی در جهش‌های ترانزورژن جایگزینی کلیه بازهای پورین و پیریمیدین با یکدیگر صورت می‌گیرد. از اینرو در این نوع از جهش‌ها هر چهار شکل آللی در جایگاه مربوطه می‌تواند مشاهده گردد (A?C، A?T، G?C و G?T). ازلحاظ تئوری، تبدیل یک باز نوکلئوتیدی به هرکدام از بازهای ۴ گانه امکان‌پذیر است. اما به علت شکل هندسی بازها، SNP های سه و به‌ویژه چهار آللی بسیار نادر بوده و بیشتر SNP ها دو آللی‌اند (سوبِدی، ۲۰۱۲). این نشانگرها نسبت به نشانگرهای ریزماهواره، دارای تنوع آللی کمتری هستند اما به دلیل اینکه در کل ژنوم به میزان بالا یافت می‌شوند نشانگرهای بسیار مناسبی برای ردیابی QTL و مطالعات ارتباطی کل ژنوم می‌باشند. همین علت هم منجر به توسعه روش‌ها و تکنیک‌های شناسایی و کاربرد این نشانگرها در سال‌های اخیر شده است.
۲-۶- میکرو تراشه‌های DNA
چندشکلی‌های تک نوکلئوتیدی را می‌توان با استفاده از روش‌های متعددی تشخیص داد. اما یک فن‌آوری نسبتاً جدید در این رابطه، استفاده از تراشه‌های DNA (DNA Chips) می‌باشد. در این فن آوری همزمان چند شکلی چندین هزار مارکر مورد بررسی قرار می‌گیرد (ویگنال و همکاران، ۲۰۱۲). در حال حاضر برای بیشتر گونه‌های حیوانات اهلی، تراشه‌های تجاری وجود دارد که با استفاده از آن‌ها می‌توان ده‌ها هزار SNP را در طول ژنوم یک حیوان با هزینه منطقی و قابل قبول (کمتر از ۱۵۰ دلار به ازای هر نمونه) در زمان بسیار اندک تعیین ژنوتیپ کرد. اولین مورد از این تراشه‌ها در حیوانات اهلی، پانل ۵۰ هزار جفت نوکلئوتیدی (که به اختصار گفته می‌شود SNP 50K) گاوی بود که توسط شرکت ایلومینا طراحی شد (ماتوکومالی و همکاران، ۲۰۰۹). تا به امروز ده‌ها هزار گاو گوشتی و شیری، با استفاده از این تکنولوژی تعیین ژنوتیپ شده‌‌اند. تراشه‌های ۴۰ تا ۶۰ هزار SNP مشابهی نیز برای دیگر گونه‌های حیوانات اهلی شامل طیور، گوسفند، خوک و اسب در دسترس است. SNP chip یا DNA chip مخصوص گوسفند در سال ۲۰۰۹ با عنوان Illumina Ovine SNP50 BeadChip طراحی شد که ۵۴۲۴۱ جهش تک نوکلئوتیدی با فاصله یکسان در سطح ژنوم گوسفند را پوشش می‌دهد. این طراحی با همکاری تعداد زیادی محقق در سراسر جهان و صرف هزینه بسیار بالا در قالب پروژه Sheep HapMap صورت گرفت (کیجاس و همکاران، ۲۰۰۹). مهم‌ترین استفاده از این تراشه‌های DNA با تراکم بالای SNP، در انتخاب ژنومی یا انتخاب بر مبنای کل ژنوم بوده است (مِوویسِن و همکاران، ۲۰۰۱؛ وَن‌رادِن و همکاران، ۲۰۰۹). استفاده از این تراشه‌ها، منجر به تولید تعداد بسیار زیادی داده SNP با تراکم بالا می‌شود که می‌توانند در مطالعات ارتباطی کل ژنوم به‌منظور شناسایی نشانگرهای ژنومی یا مناطق ژنومی مرتبط با صفت بر اساس عدم تعادل لینکاژی (LD) و انتخاب ژنومی استفاده شوند (هِیز و همکاران، ۲۰۰۹).
۲-۷- انتخاب ژنومی
انتخاب ژنومی به‌معنی استفاده از اطلاعات ژنومی به‌منظور ارزیابی و انتخاب افراد کاندیدا می‌باشد. ویژگی کلیدی این روش این است که کل ژنوم به‌وسیله نشانگرهای متراکم پوشش داده می‌شود. به‌طوری که تمام واریانس ژنتیکی به‌وسیله این نشانگرها توجیه شود و فرض می‌شود که نشانگر با QTL در حالت LD باشند (گُدارد و هِیز، ۲۰۰۷).
اولین بار معرفی و ارایه انتخاب ژنومی به وسیله نجاتی-جوارمی و همکاران (۱۹۹۷) صورت گرفت و سپس به وسیله مِوویسِن و همکاران (۲۰۰۱) توسعه داده شد. اما کاربردی شدن آن از زمان توصیف مفاهیم و ارایه مدل‌های انتخاب ژنومی تا در دسترس قرار گرفتن پانل‌های چندهزار نشانگری گاو به تاخیر افتاد (وَن‌تِسِل و همکاران، ۲۰۰۸). به‌طور کلی، SNP ها فراوان‌ترین نوع چند شکلی‌های DNA در ژنوم هستند و هم‌اکنون این نشانگرها بر سایر انواع نشانگرهای مولکولی در تحقیقات ژنومی اولویت دارند. زیرا این نشانگرها دارای نرخ جهش پایین‌تری هستند و به آسانی تعیین ژنوتیپ می‌شوند (رُموالدی و همکاران، ۲۰۱۲). ایده اصلی در انتخاب ژنومی، استفاده از مارکرهای خاصی برای ردیابی QTL نیست بلکه از تعداد بسیار زیادی نشانگر که در کل ژنوم پراکنده‌اند استفاده می‌شود. زمانی که چندین هزار نشانگر در طول ژنوم تعیین ژنوتیپ می‌شوند فرض می‌شود که نشانگرها در کنار جهش‌های علّی قرار گرفته‌اند. به‌عبارتی دیگر SNP ها با QTL در حالت عدم تعادل لینکاژی هستند (دِروس و همکاران، ۲۰۰۸). سهم هر نشانگر در شایستگی ژنتیکی افزایشی یک حیوان نمایان می‌شود و برخلاف فرضیات در مدل بی‌نهایت، در اینجا تفاوت بین اثرات مارکر نیز به دست می‌آید. هرچند در این خصوص کل و همکاران (۲۰۰۹) گزارش کردند که در گاو شیری برای بیشتر صفات تولیدی، مدل بی‌نهایت می‌تواند مدل مناسبی باشد و تنها تعداد اندکی QTL در ژنوم گاو وجود دارد.
دو پیشرفت تکنولوژیکی اصلی که در محبوبیت، کاربرد و موفقیت انتخاب ژنومی دخیل بودند عبارت‌اند از: ۱) کامل شدن پروژه تعیین توالی ژنوم گاو و انتشار آن، منجر به شناسایی چندین هزار نشانگر SNP و درنتیجه تسریع پیشرفت‌های تحقیقاتی مرتبط شد (ِالسیک و همکاران، ۲۰۰۹). ۲) در دسترس قرار گرفتن تراشه‌های DNA به‌صورت تجاری و با هزینه مناسب. این تراشه‌ها مشتمل بر هزاران نشانگر در طول ژنوم بوده و مجال برآورد ارزش‌های اصلاحی با صحت بالا را فراهم کرد (مِوویسِن و همکاران، ۲۰۰۱).
انتخاب ژنومی شامل ۳ مرحله است:
۱- استفاده از تراشه‌های DNA به‌منظور تعیین ژنوتیپ هر حیوان در هر نشانگر.
۲- برآورد اثر هر جایگاه نشانگری بر روی صفت.
۳- برآورد ارزش‌های اصلاحی ژنومی افراد کاندیدا و تصمیم انتخاب.
مرحله کلیدی در پیش‌بینی‌های ژنومی، برآورد اثر آلل‌های SNP بر صفات مورد مطالعه می‌باشد. برآورد اثرات در تعدادی از حیوانات که جمعیت مرجع (یا داده‌های آموزشی) نامیده می‌شود انجام می‌گیرد (مِوویسِن و همکاران، ۲۰۰۱). این جمعیت به‌طورمعمول از ۱۰۰۰ حیوان تشکیل شده است و دارای اطلاعات ژنوتیپی فنوتیپ هستند. از طریق مطالعات ارتباطی نشانگر-فنوتیپ، اثر هر SNP برآورد خواهد شد. مرحله آخر در انتخاب ژنومی، برآورد ارزش‌های اصلاحی حیوانات جوان (کاندیداهای انتخاب) می‌باشد که این حیوانات ارزش‌های اصلاحی ژنومی‌شان با استفاده از مجموع اثرات SNP حاصل می‌شود. فرایند انتخاب ژنومی به‌صورت شماتیک در شکل ۲-۱ نشان داده شده است.
سوال مهم این است چه حیواناتی باید در جمعیت مرجع باشند؟ برای مثال، در گاو شیری ساده‌ترین و سر راست‌ترین روش

No Comments

Leave a Reply