بررسی الگوی ترجیح کدونی در دو زیر گونه گاو با استفاده از داده های بیان ژن‌

Analysis of codon usage pattern in two subspecies of cows using gene expression data

چکیده: 

امروز انتخاب گاوها با استفاده از اطلاعات ژنتیکی در سطح ترجمه ژنوم، ترانسکربپتوم و پروتئوم انجام می‌گیرد. در این راستا ارتباط زیادی بین الگوهای ترجیح کدونی در سطح ژنوم و میزان بیان ژن‌های موجود در سطح ژنوم است که این الگوها مرتبط بابیان و ترجمه ژن‌ها می‌باشند، این شاخص نتیجه تعادل بین عواملی ازجمله جهش، انتخاب طبیعی، محتوای GC و سطح بیان ژن به وجود می‌آید؛ که این اطلاعات در جهت بررسی روند تکاملی و تغییرات در ژنوم و پیش‌بینی سطوح بیان ژن در گونه‌ها مفید هستند. به‌هرحال اطلاعات محدودی در موردبررسی الگوی ترجیح کدونی در گاوسانان وجود دارد. در پژوهش حاضر، الگوی ترجیح کدونی بین دو جمعیت گاو هلشتاین و کلیستانی با استفاده از داده‌های ژن‌های بابیان متفاوت و ارتباط آن بابیان ژن ارزیابی می‌گردد. به این منظور، در این مطالعه از داده‌هایRNA-Seq مربوط به تجمیع 40 نمونه از گاو هلشتاین (Bos taurus) و 45 گاو ماده کلیستانی (Bos indicus) استفاده شد. درنهایت الگوی ترجیح کدونی بر اساس شاخص‌هایی ازجمله ENC، GC3S، CAI و GC برای ژن‌های بابیان متفاوت در بین این دو نژاد با استفاده از نرم‌افزار CODON W محاسبه گردید. هم‌چنین برای محاسبه همبستگی بین شاخص‌های مدنظر و رسم گراف‌های مربوطه از نرم‌افزار آماری 3.4.2 R استفاده شد. تجزیه‌وتحلیل ترجیح کدونی برای نواحی ORF ژن‌های بابیان متفاوت در دو نژاد هلشتاین و کلیستانی نشان داد که همبستگی بالایی بین مقادیر شاخص GC کل و GC3S وجود دارد که نشان‌دهنده تأثیر مقدار GC و جهش به‌عنوان عامل مهم در ایجاد کدون‌های مختلف ‌می‌باشد. همچنین، همبستگی بین شاخص ENC و GC3S نشان داد که جهش مهم‌ترین عامل در شکل‌گیری کدون‌ها بوده است. همبستگی بین شاخص CAI که عمدتاً برای پیش‌بینی سطوح بیان ژن به کار می-رود با شاخص ENC نشان‌دهنده ارتباط بین الگوی ترجیح کدونی و بیان ژن هستند. این اولین گزارش برای بررسی زیست‌شناسی کدون در بین دو نژاد هلشتاین و کلیستانی است که چنین اطلاعاتی نه‌تنها چشم‌انداز جدیدی برای درک مکانیسم‌های الگوی ترجیح کدونی به ارمغان می‌آورد، بلکه سرنخ‌های مفیدی را برای مهندسی ژنتیک مولکولی و مطالعات تکاملی ارائه می‌دهند.

Today, cows are selected using genetic information at the level of the genome translation, transcriptome and proteome. In this regard, there is a high correlation between codon usage patterns at the genome level and the level of expression of genes in the genome level, which are related to the expression and translation of the genes, this indicator is the result of a balance between factors such as mutation, natural selection, GC content and gene expression level. This information is useful in evaluating the evolutionary process and changes in the genome and predicting gene expression levels within species. However, there is limited information on the study of codon usage in bulls. In the present study, the codon usage pattern between two Holstein )Bos Taurus(and cholistani)Bos indicus(cattle populations is evaluated using gene expression data with different expression and its relation with gene expression. For this purpose, in this study, RNA-Seq data were used to assemble 40 samples of Holstein)Bos Taurus) and 45 cholistani (Bos indicus) breeds. Finally, the codon usage pattern was calculated based on indices such as ENC, GC3S, CAI and GC for different expression genes between the two breeds using the CODON W software. Also, R 3.4.2 Statistical software was used to calculate the correlation between the desired indicators and the graphs. An analysis of codon usage for ORF regions with different expressions in both Holstein and cholistani breeds showed that there is a high correlation between the total GC and GC3S values, which indicates the effect of GC and mutation as an important factor in the creation of various codons; Also, the correlation between ENC and GC3S showed that mutation was the most important factor in the formation of codons. The correlation between the CAI indexes, which is mainly used to predict gene expression levels, with the ENC index indicates the association between the codon usage pattern and the gene expression. This is the first report to examine the codon biology between the two Holstein and cholistani breeds, which not only provide a new perspective for understanding the mechanisms of the codon preference model, but also provide useful clues for molecular genetics and evolutionary studies.

منبع:http://mg.genetics.ir/