اين، ژنوم، SNP، ژنومي، براي، QTL

، 2010؛ دِکرز، 2012).
3- با توجه به اینکه در BLUP از ماتریس روابط خویشاوندی استفاده می‌شود و در تشکیل این ماتریس، واریانس برآوردها در نظر گرفته نشده و از میانگین رابطه خویشاوندی استفاده می‌شود، عملاً ضرایب بین افراد حاصل از یک تلاقی یکسان برآورد می‌شود. درنتیجه به دلیل در نظر نگرفتن اثر نمونه‌گیری مندلی (ترکیب تصادفی کروموزوم‌ها در مرحله گامتوژنز) احتمال انتخاب حیوانات خویشاوند و افزایش هم‌خونی بالا می‌رود. همچنین صحت اين برآوردها تا حدود زیادی تابع صحت و کيفيت شجره ميباشند (کالوس، 2010).
2-3- استفاده از منابع اطلاعاتی نشانگریاستفاده از منابع اطلاعاتی دیگر به‌منظور رفع محدوديت‌های ارزیابی کلاسیک و به‌دست آوردن ارزش‌هاي ژنتیکی زود هنگام از کانديداهاي انتخاب داراي تاريخي کهن است. نخستین تلاش‌ها، روي صفات انديکاتور (شاخص)، مقادير فيزيولوژيکي و مارکرهاي خوني صورت گرفت. يکي از موارد موفقيت آميز اوليه، استفاده از گروه‌هاي خوني به‌عنوان نشانگرهاي مولکولی براي افزایش مقاومت ژنتيکي در طيور بوده است (هانسِن و همکاران، 1967). مقدار سرم IGF-1 اندازه‌گيري شده در سنين اوليه در گاو و خوک به‌عنوان شاخص کارايي رشد نیز مثالی از مقادير فيزيولوژيک مي‌باشد (بانتِر و همکاران، 2005). به‌طور کلي، استفاده از صفات شاخص به‌وي‍ژه صفات شاخص فيزيولوژيک قابل اندازه‌گيري در خون محدود بود.
در دهه 90 میلادی استفاده از ماتریس روابط آللی (به‌جای ماتریس روابط خویشاوندی) در معادلات مدل‌های مختلط توسط نجاتي-جوارمي و همکاران (1997) مطرح شد. نتایج مطالعه آن‌ها که برای اولین بار اطلاعات ژنومی را در ارزیابی‌های حیوانات اهلی دخیل می‌داد نشان داد که ارزش‌های اصلاحی برآورد شده به مقدار حقیقی خود نزدیک‌تر شده و پاسخ به انتخاب بیشتر خواهد شد. همچنین نرخ پیشرفت ژنتیکی برای صفاتی که دارای وراثتپذیری پایین بودند، یا اینکه تحت تاثیر تعداد اندکی QTL و یا تعداد کمتر آلل در هر جایگاه بودند بیشتر بود. پر واضح است دلیل بهبود نرخ پیشرفت ژنتیکی در این روش ارزیابی، نسبت به روش استفاده از اطلاعات شجره، نشان دادن دقیق‌تر رابطه بین افراد جمعیت بود. زیرا به‌جای 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 ويلانِوا و همکاران (2005) 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.
2-4- انتخاب به کمک نشانگربرخی 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، 1998).
انتخاب بر اساس نشانگرها در خصوص صفاتی که از ارزیابی‌های کلاسیک چندان بهره نمی‌برند مفید خواهد بود. به‌طوری‌که، همزمان از اطلاعات فنوتيپي و نشانگرهای مولکولی در سطح ژنوم (در حالت عدم تعادل لينکاژي با QTL) استفاده مي‌کند (دِکرز، 2004). از این روش در انتخاب گاوهاي نر جوان براي ورود به مرحله آزمون نتاج در صنعت گاوشيري استفاده شده است (گئورجِس و همکاران، 1995؛ ماکينون و گئورجِس، 1998).
استفاده از اطلاعات مولکولي به‌منظور بهبود ژنتيکي در گاوهاي شيري براي اولين بار در اواخر دهه 1960 توسط (اسميت، 1967) به‌خصوص براي صفاتي که بهبودشان با استفاده از برنامه‌هاي اصلاح نژاد سنتي مشکل بود پيشنهاد شد. اما در عمل، ظهور دوران استفاده از ژنتيک مولکولي به اوايل دهه 70 برمي‌‌گردد که فرصت جديدی را در برنامه‌هاي اصلاح نژادي ایجاد کرد که بتوان از نشانگرهاي DNA براي شناسايي ژن يا مناطق ژنومي کنترل کننده صفات موردنظر استفاده کرد. اولين کاربرد مشهور اين روش، کشف اساس ژنتيکي و توسعه آزمون‌های نقايص ژنتيکي (تک جایگاهی) بود. در خصوص صفات کمّي نیز، اين پيشرفت‌ها منجر به شناسايي QTL و توسعه تست‌هاي DNA شد. اين تست‌ها به‌منظور کمک به تصميم انتخاب یا حذف افراد کاندیدا در مراحل اوليه زندگي، در تکنیک انتخاب به کمک نشانگر به‌کار گرفته شدند. به‌طوري که با ترکيب اطلاعات حاصل از نشانگرهاي ژنتيکي مرتبط با QTL و اطلاعات فنوتیپي، انتخاب انجام می‌شد (لَند و تامپسون، 1990؛ اسميت و سيمپسون، 1986). با استفاده از این روش، نتايج بسيار مفيدي در خصوص شناسايي تعداد قابل توجهي QTL، ارتباطات نشانگر- فنوتيپ و برخي جهش‌هاي علّي حاصل شد (دِکرز، 2004). اما کاربرد اين روش نيز در برنامه‌های اصلاح نژاد، به دلايلي با محدوديت همراه بود (دِکرز، 2004): 1) بيشتر مطالعات QTL در آميخته‌هاي تجاري انجام شده است در صورتي که مي‌بايست در جمعيت‌هایي از حيوانات اهلي انجام مي‌شد که براي بهبود و پيشرفت ژنتيکي استفاده مي‌شدند. 2) فقط بخش محدودي از تنوع ژنتيکي صفت به‌وسیله جایگاه‌ها و اثرات شناسايي شده توجیه مي‌شد، درحالی‌که بيشتر صفات اقتصادي به وسيله تعداد زيادي ژن کنترل مي‌شوند. 3) هزينه تعيين ژنوتيپ به روش معمولي (سنتي) برای کانديداهاي انتخاب حتي براي تعداد کمي نشانگر ژنتيکي نیز بسیار بالا بود.
2-5- چند شکلي‌هاي تک نوکلئوتيديتنوع و تفاوت‌هايي که به واسطه اختلاف در يک جايگاه تک نوکلئوتيدي (Single Nucleotide Polymorphisms) (به علت جايگزيني، حذف يا اضافه) در بين افراد همان گونه رخ مي‌دهند، به‌عنوان چندشکلي تک نوکلئوتيدي (SNP) شناخته مي‌شوند. جايگزيني نوکلئوتيدها عامل مهمي در ايجاد SNP در ژنوم محسوب مي‌شوند. ازلحاظ نوع جايگزيني بازها، جهش‌ها مي‌توانند ترانزيشن (Transition) يا ترانزورژن (Transversion) باشند. در جهش ترانزيشن جايگزيني بازهاي پورين يا پيريميدين پیریمیدین با يکديگر صورت مي‌گيرد. از اين رو در اين نوع جهش‌ها فقط دو شکل آللي در جايگاه مربوطه قابل مشاهده مي‌باشد. ولي در جهش‌هاي ترانزورژن جايگزيني کليه بازهاي پورين و پيريميدين با يکديگر صورت مي‌گيرد. از اينرو در اين نوع از جهش‌ها هر چهار شکل آللي در جايگاه مربوطه مي‌تواند مشاهده گردد (A↔C، A↔T، G↔C و G↔T). ازلحاظ تئوري، تبديل يک باز نوکلئوتيدي به هرکدام از بازهاي 4 گانه امکان‌پذير است. اما به علت شکل هندسي بازها، SNP هاي سه و به‌ويژه چهار آللي بسيار نادر بوده و بيشتر SNP ها دو آللي‌اند (سوبِدي، 2012). اين نشانگرها نسبت به نشانگرهاي ريزماهواره، داراي تنوع آللي کمتري هستند اما به دليل اينکه در کل ژنوم به ميزان بالا يافت مي‌شوند نشانگرهاي بسيار مناسبي براي رديابي QTL و مطالعات ارتباطي کل ژنوم می‌باشند. همين علت هم منجر به توسعه روش‌ها و تکنيک‌هاي شناسايي و کاربرد اين نشانگرها در سال‌هاي اخير شده است.
2-6- ميکرو تراشه‌های DNAچندشکلي‌هاي تک نوکلئوتيدي را مي‌توان با استفاده از روش‌هاي متعددي تشخيص داد. اما يک فن‌آوري نسبتاً جديد در اين رابطه، استفاده از تراشه‌هاي DNA (DNA Chips) مي‌باشد. در اين فن آوري همزمان چند شکلي چندین هزار مارکر مورد بررسي قرار مي‌گيرد (ويگنال و همکاران، 2012). در حال حاضر براي بيشتر گونه‌هاي حيوانات اهلي، تراشه‌های تجاري وجود دارد که با استفاده از آن‌ها می‌توان ده‌ها هزار SNP را در طول ژنوم يک حيوان با هزينه منطقي و قابل قبول (کمتر از 150 دلار به ازاي هر نمونه) در زمان بسیار اندک تعیین ژنوتیپ کرد. اولين مورد از این تراشه‌ها در حيوانات اهلي، پانل 50 هزار جفت نوکلئوتيدي (که به اختصار گفته مي‌شود SNP 50K) گاوي بود که توسط شرکت ايلومينا طراحي شد (ماتوکومالي و همکاران، 2009). تا به امروز ده‌ها هزار گاو گوشتي و شيري، با استفاده از اين تکنولوژی تعيين ژنوتيپ شده‌‌اند. تراشه‌های 40 تا 60 هزار SNP مشابهي نیز برای ديگر گونه‌های حيوانات اهلي شامل طيور، گوسفند، خوک و اسب در دسترس است. SNP chip يا DNA chip مخصوص گوسفند در سال 2009 با عنوان Illumina Ovine SNP50 BeadChip طراحي شد که 54241 جهش تک نوکلئوتيدي با فاصله يکسان در سطح ژنوم گوسفند را پوشش مي‌دهد. اين طراحي با همکاري تعداد زيادي محقق در سراسر جهان و صرف هزينه بسيار بالا در قالب پروژه Sheep HapMap صورت گرفت (کيجاس و همکاران، 2009). مهم‌ترين استفاده از اين تراشه‌هاي DNA با تراکم بالاي SNP، در انتخاب ژنومي يا انتخاب بر مبناي کل ژنوم بوده است (مِوويسِن و همکاران، 2001؛ وَن‌رادِن و همکاران، 2009). استفاده از این تراشه‌ها، منجر به تولید تعداد بسيار زيادي داده SNP با تراکم بالا می‌شود که مي‌توانند در مطالعات ارتباطي کل ژنوم به‌منظور شناسايي نشانگرهاي ژنومي يا مناطق ژنومي مرتبط با صفت بر اساس عدم تعادل لينکاژي (LD) و انتخاب ژنومي استفاده شوند (هِيز و همکاران، 2009).
2-7- انتخاب ژنومیانتخاب ژنومي به‌معني استفاده از اطلاعات ژنومي به‌منظور ارزيابي و انتخاب افراد کانديدا مي‌باشد. ويژگي کليدي اين روش اين است که کل ژنوم به‌وسیله نشانگرهاي متراکم پوشش داده می‌شود. به‌طوري که تمام واريانس ژنتيکي به‌وسيله اين نشانگرها توجيه شود و فرض مي‌شود که نشانگر با QTL در حالت LD باشند (گُدارد و هِيز، 2007).
اولين بار معرفي و ارايه انتخاب ژنومي به وسيله نجاتي-جوارمي و همکاران (1997) صورت گرفت و سپس به وسيله مِوويسِن و همکاران (2001) توسعه داده شد. اما کاربردي شدن آن از زمان توصيف مفاهيم و ارايه مدل‌هاي انتخاب ژنومي تا در دسترس قرار گرفتن پانل‌هاي چندهزار نشانگري گاو به تاخیر افتاد (وَن‌تِسِل و همکاران، 2008). به‌طور کلي، SNP ها فراوان‌ترين نوع چند شکلي‌هاي DNA در ژنوم هستند و هم‌اکنون اين نشانگرها بر ساير انواع نشانگرهاي مولکولي در تحقيقات ژنومي اولويت دارند. زيرا اين نشانگرها داراي نرخ جهش پایین‌تري هستند و به آساني تعيين ژنوتيپ مي‌شوند (رُموالدي و همکاران، 2012). ايده اصلي در انتخاب ژنومي، استفاده از مارکرهاي خاصي براي ردیابی QTL نيست بلکه از تعداد بسيار زيادي نشانگر که در کل ژنوم پراکنده‌اند استفاده مي‌شود. زماني که چندين هزار نشانگر در طول ژنوم تعيين ژنوتيپ مي‌شوند فرض مي‌شود که نشانگرها در کنار جهش‌هاي علّي قرار گرفته‌اند. به‌عبارتی دیگر SNP ها با QTL در حالت عدم تعادل لينکاژي هستند (دِروس و همکاران، 2008). سهم هر نشانگر در شايستگي ژنتيکي افزايشي يک حيوان نمايان مي‌شود و برخلاف فرضيات در مدل بي‌نهايت، در اينجا تفاوت بين اثرات مارکر نيز به دست مي‌آيد. هرچند در اين خصوص کل و همکاران (2009) گزارش کردند که در گاو شيري براي بيشتر صفات توليدي، مدل بي‌نهايت مي‌تواند مدل مناسبي باشد و تنها تعداد اندکی QTL در ژنوم گاو وجود دارد.
دو پيشرفت تکنولوژيکي اصلی که در محبوبيت، کاربرد و موفقيت انتخاب ژنومي دخيل بودند عبارت‌اند از: 1) کامل شدن پروژه تعيين توالي ژنوم گاو و انتشار آن، منجر به شناسايي چندين هزار نشانگر SNP و درنتیجه تسريع پيشرفت‌هاي تحقيقاتي مرتبط شد (ِالسيک و همکاران، 2009). 2) در دسترس قرار گرفتن تراشه‌هاي DNA به‌صورت تجاری و با هزینه مناسب. اين تراشه‌ها مشتمل بر هزاران نشانگر در طول ژنوم بوده و مجال برآورد ارزش‌هاي اصلاحي با صحت بالا را فراهم کرد (مِوويسِن و همکاران، 2001).
انتخاب ژنومي شامل 3 مرحله است:
1- استفاده از تراشه‌های DNA به‌منظور تعیین ژنوتيپ هر حيوان در هر نشانگر.
2- برآورد اثر هر جایگاه نشانگری بر روي صفت.
3- برآورد ارزش‌هاي اصلاحي ژنومي افراد کاندیدا و تصمیم انتخاب.
مرحله کليدي در پيش‌بيني‌هاي ژنومي، برآورد اثر آلل‌هاي SNP بر صفات مورد مطالعه مي‌باشد. برآورد اثرات در تعدادي از حيوانات که جمعيت مرجع (يا داده‌هاي آموزشي) ناميده مي‌شود انجام مي‌گيرد (مِوويسِن و همکاران، 2001). اين جمعيت به‌طورمعمول از 1000 حيوان تشکيل شده است و دارای اطلاعات ژنوتيپي فنوتيپ هستند. از طريق مطالعات ارتباطی نشانگر-فنوتيپ، اثر هر SNP برآورد خواهد شد. مرحله آخر در انتخاب ژنومي، برآورد ارزش‌های اصلاحی حيوانات جوان (کانديداهاي انتخاب) مي‌باشد که اين حيوانات ارزش‌هاي اصلاحي ژنومي‌شان با استفاده از مجموع اثرات SNP حاصل مي‌شود. فرایند انتخاب ژنومی به‌صورت شماتیک در شکل 2-1 نشان داده شده است.
سوال مهم اين است چه حيواناتي باید در جمعيت مرجع باشند؟ براي مثال، در گاو شيري ساده‌ترين و سر راست‌ترين روش استفاده از گاوهاي نر دارای ارزش اصلاحی مي‌باشد (وَن‌رادِن و همکاران، 2009). زيرا اين حيوانات داراي ارزش‌هاي اصلاحي قابل اعتمادي هستند. زمانی که به‌دست آوردن فنوتيپ‌هاي واقعي وقت‌گير و پرهزينه باشد، استفاده از ارزش‌های اصلاحی قابل اعتماد می‌تواند جایگزین مناسبی باشد. از آنجايي که حيوانات جمعيت مرجع هم بايد داراي فنوتيپ و هم ژنوتيپ باشند، تعداد افراد جمعيت مرجع باید ازلحاظ هزينه‌های تعیین ژنوتیپ و رکوردگیری بهينه شود. اگر چه تحقيقات زيادي در خصوص بهينه‌سازي جمعيت مرجع صورت نگرفته است اما از نظر تئوري، جمعيت مرجع بايد متشکل از کل دامنه ژنوتيپي و فنوتيپي نژاد یا توده باشد که منجر به برآورد دقيق و قابل اعتمادي شود. بنابراين جمعيت مرجع بايد تا حد امکان معرف مناسبي از کل جمعيت باشد.
استراتژي ديگر استفاده از حيواناتي در جمعيت مرجع است که خويشاوندي نزديکي با افراد کانديدا داشته باشند که این امر منجر به افزايش

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *