چکيده

کيفيت گوشت يکي از صفات اقتصادی مهم در طيور است. هدف فناوري ژنوميکس تهيه نقشه ژنتيکي و توصيف جايگاه- هايي است، که روی اين صفت تاثير دارند. دو روش اصلی برای رسيدن به اين هدف استفاده از پويش ژنومي و ژن های کانديد هستند. در دهه گذشته ، پيشرفت های ايجاد شده در ژنتيک مولکولي منجر به شناسايي ژن هاي موثر بر كيفيت گوشت يا نشانگر های پيوسته با آنها شده است. تعيين توالي ژنوم حيوانات براي مشخص شدن نحوه ی عمل ژن و مطالعه مولکولي جهت کنترل کيفيت گوشت اهميت زيادی دارد. ژن کانديد ارتباط بين صفات مورد نظر و ژن های مشخص شده و کاوش ژنومی ارتباط بين صفات و نشانگرهای انتخاب شده را مورد مطالعه قرار مي دهد. تا کنون چندين توالی و ژن که در کيفيت گوشت موثرند، شناسايي شده اند. هدف اين مقاله معرفی فناوري ژنوميکس و ژن های موثر بر کيفيت گوشت طيور است.

واژگان کليدی: فناوري ژنوميکس ، کيفيت گوشت، ژن کانديد، پويش ژنوم.

مقدمه

ژنوميکس ترکيبي از تمام شاخه های ژنتيک است،که مي تواند به شکل جامعی برای بهبود صفت کيفيت گوشت به کار گرفته شود. پيشرفت فناوري ژنوميکس در سال های اخير با استفاده از نقشه های پيوستگی و تعيين توالي ژنوم بسيار چشمگير بوده است. به طور کلی کيفيت گوشت به مواردی از جمله رنگ، ثبات در برابر اکسيداسيون، تردی، ظرفيت نگهداری آب و شکل ظاهری آن بستگي دارد. اين خصوصيات بوسيله چندين عامل شامل نژاد، ژنوتيپ، تغذيه، سيستم پرورشی ، آويز قبل از کشتار، روش قطعه بندی، روش کشتار، منجمد سازی و شرايط ذخيره سازی بستگي دارد. (8)
به طور خلاصه تمام عوامل موثر بر کيفيت گوشت به دو دسته ژنتيکي و مديريتي تقسيم مي شوند. در سيستم مديريتي مواردی چون کيفيت خوراک، شيوه کشتار و عمل آوری گوشت از اهميت ويژه ايي برخوردار هستند. از عوامل مهم ژنتيکي در کيفيت گوشت مي توان به انتخاب صحيح هر نژاد يا لاين اشاره کرد.زيرا عوامل ژنتيکي اثرات بسيار متفاوتي در بين هر نژاد و يا حتي داخل هر نژاد دارد. صفت کيفيت گوشت بوسيله روش های قديمي به سختي بهبود مي يابد، زيرا وراثت پذيری اين صفت بسيار پايين است و رکورد برداری آن بسيار مشکل، هزينه بر و تنها پس از کشتار امکان پذير است (4). بنابراين، استفاده از فناوري ژنوميکس برای بهبود کيفيت گوشت مي تواند بسيار سودمند باشد.

معرفی روش های نقشه يابي و توصيف جايگاه هاي موثر بر صفت کيفيت گوشت

صفت کيفيت گوشت بوسيله تعداد بسيار زيادی لوکوس های ناشناخته کنترل مي شود. هدف اصلي بررسي ژنوم حيوانات نقشه يابي و توصيف جايگاه های موثر بر اين صفت است. استفاده از ژن هاي کانديد و پويش ژنومي که دو ابزار مهم برای تحقق اهداف فناوري ژنوميکس هستند، مي توانند در برنامه هاي اصلاحي و بوسيله انتخاب به کمک نشانگر مورد استفاده قرار بگيرند.

ژن کانديد

روش ژن کانديد ارتباط صفت مورد نظر و ژن های بخصوصي که ممکن است،با مسيرهای فيزيولوژيکی بر صفت تاثير داشته باشند را مورد بررسي قرار مي دهد(1). اگر ژن کانديد به درستي انتخاب شده باشد، جايگاه اين ژن حتي با يک اثرکوچک نيز قابل شناسايي خواهد بود.مراحل استفاده از ژن کانديدا عبارت است از:

1- جمع آوری خزانه ژنتيکي جمعيت
2- تعيين فنوتيپ صفات مورد نظر
3- انتخاب ژن مورد نظر که بر صفت تاثير گذار باشند 4- تعيين ژنوتيپ خزانه ژنتيکي جمعيت براي ژن هاي انتخاب شده 5- آناليز آماری داده هاي فنوتيپي و ژنوتيپي. اين يک روش موثر براي مشخص کردن ارتباط بين ژن و صفت است (3).

اخيرا" روشی جديد تحت عنوان ژن کانديد سيليکو برای شناسايي ژن های کانديد به کار گرفته شده است. در اين روش از علم انفورماتيك براي شناسايي ژن هاي كانديد استفاده مي شود (5).
اگر چه استفاده از ژن های کانديد يک پيشرفت محسوب مي شود، اما اين تکنيک دارای محدوديت های زيادی است. به عنوان مثال، اطلاعات حاصل از آناليز ژن های کانديد، زياد قابل اعتماد نيستند، زيرا جهش های ايجاد در ژن کانديد ممکن است تغييراتي در بيان ژن ايجاد کنند که هيچ ارتباطي با عملکرد ژن قبل از جهش نداشته باشد. از طرف ديگر گاهي اوقات زمان بسيار زيادی برای ارزيابي ژن های کانديد و تعيين توالي آن در حيوانات مختلف مورد نياز است،که مستلزم هزينه و وقت زيادمی باشد(13).

کاوش ژنوم

روش کاوش ژنوم، ارتباط بين نشانگرهای انتخاب شده و صفات را مورد بررسي قرار مي دهد(1). با استفاده از اين فناوری مي توان جايگاه کنترل کننده صفت را روی کروموزوم شناسايي کرد. پويش ژنومي شامل مراحل تعيين ساختار ژنتيکي، تعيين فنوتيپ صفات، انتخاب نشانگر، تعيين ژنوتيپ جمعيت برای نشانگرهای انتخاب شده، تهيه نقشه پيوستگي و آناليز آماری داده های فنوتيپي و ژنوتيپي بدست آمده از جمعيت مي باشد (3).

نقشه يابی دقيق

هدف نهايی کاوش ژنوم شناسايي ژنهای کنترل کننده صفات و تشخيص عمل فيزيولوژی و بيوشميايي ژن هاست. به طور کلی جايگاه های کنترل کننده صفات کمی (QTL) در محدوده 5 تا 30 سانتی مورگان روی کروموزوم شناسايي مي شوند.که اين محدوده برای يافتن ژن های مورد نظر مشکل است. در نقشه يابي دقيق اين فاصله محدودتر شده و در نتيجه امکان تعيين محل دقيق ژن آسانتر است. بنابراين،تاثير فيزيکي ژن روی فنوتيپ قابل تشخيص است. ضمنا" تهيه اين نقشه ها منجر به افزايش تراکم نشانگرها در نقشه می شود(4). و اين امر موجب افزايش دقت انتخاب به کمک نشانگر می شود. انجام اين روش دارای مشکلاتی می باشد که از مهم ترين آنها می توان به موارد زير اشاره کرد.

1- برای نقشه يابی نشانگرهای در حد يک سانتی مورگان مرتبط با صفات نياز به تعيين ژنوتيپ تعداد زيادی فرزند (کمتر از 100) می باشد.

2- ممکن است نشانگر های تعيين ژنوتيپ شده چند شکلی پايينی نشان دهند و در سطح تمام ژنوم قابل استفاده نباشند. 3- در صورتی که نرخ نوترکيبی درهنگام توليد مثل در کروموزوم مورد نظر زياد باشد منجر به ايجاد ترکيب های جديد ژنوتيپی می گردد که ممکن است با تعيين ژنوتيپ برای نشانگر ها هم خوانی نداشته باشد (2). هدف نهايي نقشه يابی دقيق اين است که بتوان محل فيزيکی QTL را به روی کروموزوم به طور دقيق مشخص کرد. برای نمونه پژوهشی توسط ليو و همکاران (2008) برای نقشه يابی دقيق QTL برای صفت وزن بدن و چربی ناحيه شکمی در طيور گوشتی انجام گرفت. در اين پژوهش نواحی به اندازه 5/5 و7/3 سانتی مورگان روی کروموزوم يک به ترتيب برای صفات وزن بدن و چربی محوطه شکمی بدست آمد(7).

انتخاب به کمک نشانگر

هدف نهايي فناوری ژنوميکس استفاده از روش های انتخاب به کمک نشانگر و انتخاب به کمک ژن می باشد. با توجه به اينکه صفات مربوط به کيفيت گوشت دارای وراثت پذيری پائينی می باشند، و تعيين ميزان کيفيت گوشت تنها پس از کشتار قابل انجام است که اين امر موجب از دست رفتن مولد های ارزشمند برای صفات گوشت می گردد، لذا استفاده تنها از روش های سنتی ژنتيک کمی مستلزم صرف زمان و هزينه های زيادی برای بهبود اين صفات است. انتخاب به کمک نشانگر می تواند با هدايت برنامه های اصلاحی پيش بينی بهبود عملکرد را در طيور ممکن سازد و همچنين باعث پايداری و افزايش سرعت بهبود ژنتيکی در جمعيت شود. به دليل اينکه صفت کيفيت گوشت جزء صفات پلی ژنيک است و بوسيله چندين ژن و محيط کنترل می شود، استفاده از نشانگر برای انتخاب تعداد کم يا زياد ژن، می تواند سودمند باشد (6). بعد از شناسايي نشانگر ها و QTL يا ژن ها از آنها به طور معمول به دليل تنوعشان در انتخاب و برنامه های اصلاحی استفاده می شود. سه نوع از چند شکلی و تنوع که در جايگاه های ژنی شناسايي شده قابل تشخيص هستند عبارتند از :

1- جايگاه هايی که جهش در آنها صورت گرفته است و موجب تغيير موثر در صفت مورد نظر شده اند که به آنها نشانگر مستقيم مي گويند. در استفاده از نشانگر های مستقيم برای انتخاب ممکن است خطا هايي ايجاد شود به عنوان مثال، ممکن است به دليل نزديکی نشانگر با ژن ديگر، توالی ديگری به عنوان مسبب واقعی بروز صفت در نظر گرفته شود. خطای ديگری که امکان بروز آن وجود دارد اين است که ممكن است بيشتر از يك جهش ژنتيکی، موجب ايجاد اثر ژنتيكي مطلوب شده باشد. در اين حالت اگر آزمايش DNA فقط براي يكي از جهش ها صورت گيرد همه حيوانات داراي اثر مطلوب انتخاب نخواهند شد. بهترين حالت برای انتخاب به کمک نشانگر مستقيم اين است که نشانگر يا QTL مورد نظر داخل ژن قرار گرفته باشد در اين صورت احتمال بروز دو خطای ذکر شده به حداقل می رسد.

2- جايگاه هايي که در تمام جمعيت دارای عدم تعادل پيوستگی هستند و جهش های موثر نيز در آنها صورت گرفته باشد که با نام نشانگر (Linkage disequilibrium) LDشناخته می شوند.3- جايگاه هايي که دارای عدم تعادل پيوستگی و جهش های موثر هستند ولی در خارج از جمعيت مورد مطالعه قرار دارند به اين جايگاه ها نشانگر های LE (Linkage equilibrium) مي گويند. جايگاه های نشانگر ذکر شده بجز در روش شناسايي و کاربرد در انتخاب، تفاوتی ندارند (3).

معرفی ژن های موثر بر کيفيت گوشت طيور:

در طيور بيشتر پژوهش ها روی ذخيره چربی در ماهيچه سينه و پا، ذخيره چربی در محوطه شکمی و ذخيره چربی در پوست متمرکز شده است. در بين صفات ذکر شده، صفت ذخيره چربی ماهيچه ايي با توجه به اينکه همبستگي مثبت و بالايي با خصوصيات مطلوب ديگر گوشت از جمله تردی، طعم و آبداری گوشت دارد، بيشتر از ساير صفات مورد توجه قرار مي گيرد.

1- ژن Extracellular fatty acid binding protein (EX-FABP) : ونگ و همکاران (2001) نشان دادند که ژن EX-FABP می تواند به عنوان يک جايگاه کانديد برای صفت ذخيره چربی شکم در نظر گرفته شود. در اين پژوهش يک جهش تک نوکلئوتيدی در ژن EX-FABP با استفاده از تکنيک SSCP-PCR (Single strand conformation polymorphism) شناسايي گرديد که اثر زيادی روی ذخيره چربی ناحيه شکمی ايجاد می کرد. نتايج اين تحقيق نشان داد که افراد دارای ژنوتيپ BB دارای عملکرد بهتری نسبت به افراد AA و AB برای اين صفت هستند (10).

2- ژن Liver fatty acid-binding protein (L-FABP): ونگ وهمکاران (2006) ارتباط بين ژن L-FABP و ميزان درصد چربی و وزن چربی شکمی را مورد بررسی قرار دادند، که نتايج حاصل اثر معنی داری را بين ژن L-FABP و صفات ذکر شده نشان داد. همچنين در اين پژوهش مشخص گرديد که اين ژن می تواند به عنوان يک جايگاه کانديد برای متابوليسم سلولی ليپيد در طيور در نظر گرفته شود (9).

3- ژن Growth Hormone(GH) : در پژوهشی توسط زنگ وهمکاران (2006) ارتباط بين اينترون شماره 3 ژن هورمون رشد و صفات ميزان درصد چربی و وزن چربی شکمی را مورد بررسی قرار گرفت. نتايج حاصل نشان داد که اين توالی اثر معنی داری روی صفات ميزان درصد چربی و وزن چربی شکمی دارد. همچنين مشخص گرديد که اين ژن باعث افزايش وزن ماهيچه سينه و کاهش وزن و کاهش درصد و وزن چربی شکمی می گردد(11).

4- ژن Insulin-Like Growth Factor-I زو همکاران (2005) نشان دادند که اثر بين چند شکلی های ژن عامل رشد شبه انسولين 1 و صفت وزن بدن و ترکيب لاشه (عواملی مانند رنگ، تردی، آبداری و ....) معنی دار می باشد. برای اثر متقابل اين ژن و جنسيت اثرات معنی داری برای صفات رشد در جمعيت مشاهده نگرديد. علاوه بر اين برای اثرات متقابل اين ژن با لاين های مورد مطالعه دارای اثر معنی داری برای صفت وزن بدن در جمعيت نبود(12).

نتيجه گيری :

عواملي چون تردی گوشت ، ذخيره چربی درون ماهيچه ايي و pH گوشت در ارزيابی کيفيت گوشت مورد توجه قرار مي گيرند. پويش ژنوم و ژن های کانديد دو راهکار مهم برای بهبود اين صفت اقتصادی است. با کمک روش ژن های کانديد می توان ژن های موثر روی اين صفت اقتصادی مهم را شناسايي کرد و ميزان اثر ژن ها را مشخص کرد. پيشرفت های اخير در ژنتيک مولکولی و دانش بيو انفورماتيک کمک شايانی به پيشرفت و توسعه فناوری ژنوميکس کرده است. به طوری که با کمک و استفاده از ژنتيک مولکولی و دانش بيوانفورماتيک می توان ارتباط بين تنوع در سطح مولکول DNA با تنوع در فنوتيپ صفات مورد مطالعه را بدست آورد.
از مهم ترين دستاورد های فناوری ژنوميکس می توان به افزايش پيشرفت ژنتيکی، روند ژنتيکی، شدت انتخاب، دقت انتخاب و کاهش فاصله نسل اشاره کرد. از دستاوردهای ديگر فناوري ژنوميکس مي توان به تعيين تاثير فيزيکي ژن بر فنوتيپ صفات و تشخيص عمل فيزيولوژی و بيو شيميايي ژن ها اشاره کرد. با توجه به رکورد برداری پر هزينه و وراثت پذيری پائين صفات کيفيت گوشت، استفاده از فناوری ژنوميکس می تواند سودمند بوده و باعث حفظ مولد های ارزشمند ژنتيکی گردد.

منابع:

1. Andersson, L (2001). Genetic dissection of phenotypic diversity in farm animals. Nature Genetics. 2: 130–138.
2. Bennetzen, J (2005). Genetic fine-mapping technology. Department of Biological Sciences, PurdueUniversity, West Lafayette, Indiana 47907-1392. USA.
3. Da, Y (2003). Statistical analysis and experimental design for mapping genes of complex traits indomestic animals. Bioinformatics. 30(12): 1183–1192.
4. Gao, Y., R. Zhang., X. Hu and N. Li (2007). Application of genomic technologies to the improvement of meat quality of farm animals. J. Meat Sci. 77:36-45.
5. Harhay, G.P., J.W. Keele (2003). Positional candidate gene selection from livestock EST databases using Gene Ontology. Bioinformatics. 19: 49-255.
6. Kharrati Kopaei, H., M. Pasandideh and A. Esmailizadeh koshkoih (2009). Application of genomic technologies to the improvement of meat quality in farm Animals. The 2 th Agriculture biotechnologies conference.Kerman. I.R.Iran
7. Liu, x., H. zhang., H. li., N. li., Y. zhang., Q. zhang., S. wang., Q. wang and H. wang (2008).Fine mapping quantitative trait loci for body weight and abdominal fat traits: Effects of marker density and sample size. Poult. Sci.87:1314-1319.
8. Rosenvold, K and H.J. Andersen (2003). Factors of significance for pork quality – A review. Meat Sci.64 (3):219–237
9. Wang,Q., N. Li., L. Li and Y. Wang (2006). Tissue expression and association with fatness traits of liver fatty acid-binding protein gene in chicken. Poult. Sci.85:1890–1895.
10. Wang, Q., L. Ning., D. Xuemei., L. Zhengxing., L. Hui and W. Changxin (2001). Single nucleotide polymorphism analysis on chicken extracelluar fatty acid binding protein gene and its associations with fattiness trait. Sci.China.4 (44):429-434
11. Zhang, X.L., X. Jiang., Y.P. Liu., H.R. Du and Q. Zhu (2007). Identification of AvaI polymorphisms in the third intron of GH gene and their associations with abdominal fat in chickens. Poult. Sci. 86:1079–1083
12. Zhou, H., A.D. Mitchell., J.P. Mcmurtry., C.M. Ashwell and S.J. Lamont (2005). Insulin-like growth factor-I gene polymorphism associations with growth, body composition, skeleton integrity, and metabolic traits in chickens. Poult. Sci. 84:212–219
13. Zhu, M and S. Zhao (2007).Candidate gene identification approach: Progress and challenges. Int .J. Biologi.Sci.3 (7):420-427.

نویسندگان:

1- حامد خراتي کوپايي - عضو انجمن پژوهشگران جوان و دانشجوی دوره کارشناسی ارشد ژنتيک و اصلاح نژاد، دانشگاه شهيد باهنر کرمان
پست الکترونيک: hmd_kh_ko@yahoo.com

2- علي اسماعيلي زاده کشکوئيه - استاديار و عضو هيئت علمي دانشگاه شهيد باهنر کرمان
پست الكترونيك: aliesmaili@mail.uk.ac.ir