اصلاح نژاد گوسفند و

بررسی ژن های عمده موثر بر چند قلوزايی در گوسفندان

مقدمه:

 در سالهای اخیر بهبود صفات تولید مثلی در گوسفند توسط تولیدکنندگان مورد توجه زیادی قرار گرفته است از جمله این صفات، تعداد نتاج در هر زایش(Litter Size)  می باشد.انسان، گاو، بز و میش معمولا یک یا دو نتاج در هر زایش تولید می کنند در حالیکه سایر پستانداران مثل جوندگان، سگ و خوک شدیدا چند قلوزا هستند (بیشتر از 4 قلو) اما در گوسفند چه در داخل نژادها و چه در بین نژادهای مختلف، تنوع زیادی از لحاظ چند قلوزایی دیده می شود نرخ بالای تخمک گذاری(High Ovulation Rate) در نژادهای چندقلوزا (Prolific Sheep Breeds) یا ناشی از تعداد زیادی ژن با اثرات جزئی (Genes With Small Effects) مثلا در نژاد های رومانوف (Romanov) و نژاد فین (Finn) بوده و یا ناشی از اثربخشی ژن های عمده  (Major Genes) در قالب ژن چندقلوزایی (Fecundity (Fec) Genes) مثلا در نژادهای بوروولا و اینوردال می باشد

 وراثت پذیری این صفت در مطالعات مختلف کمتر از 0.1 گزارش شده است. با این وجود انتخاب مستقیم برای این صفت در برخی از گله ها منجر به پیشرفت ژنتیکی بسیار زیادتر از مقدار مورد انتظار شد. دلیل این پدیده در این گله ها وجود ژن عمده که تاثیر سایر ژن ها ی کوچک اثر را تحت تاثیر قرار می دهد پیشنهاد شد. صفت تعداد نتاج در هر زایش رابطه مستقیمی با نرخ تخمک گذاری داشته و با افزایش تعداد تخمک های رها شده در هر سیکل فحلی تعداد نتاج متولد شده در هر زایش نیز زیاد می شود. وراثت پذیری برآورد شده برای نرخ تخمک گذاری در گوسفندان با چند قلو زایی متوسط تا زیاد، زیادتر از وراثت پذیری صفت تعداد نتاج در هر زایش برآورد می شود. بعبارتی نرخ تخمک گذاری یک معیار مناسب تری نسبت به چند قلوزایی برای مشخص کردن ژن های عمده است نرخ تخمک گذاری در واقع حد بالای چند قلوزایی را مشخص می کند.

در سال 1980 چند قلوزایی زیاد در نژاد بورولامرینو(Booroola Merino)  را مرتبط با عملکرد یک ژن عمده دانستند که بر روی میزان تخمک گذاری موثر است(یک ژن عمده ژنی است که تفاوت بین عملکرد دو هموزیگوس حداقل 0.5 انحراف معیار از کل واریانس فنوتیپی را شامل شود).

 

ژن های عمده موثر بر چند قلوزایی:

 تاکنون جهش در سه ژن، عامل ایجاد چند قلوزایی و یا عقیمی گوسفندان گزارش شده است. ژن بورولا (BMPR-1B) و یا (ALK6)اتوزومی (روی کروموزوم غیر جنسی) بوده که وجود یک جهش در این ژن برای صفت نرخ تخمک اندازی اثر افزایشی و برای صفت چندقلوزایی  دارای اثر غالبیت ناقص می باشد. ژن GDF9 اتوزومی بوده که در حالت هوموزيگوس منجر به ایجاد عقیمی شده و در حالت هتروزیگوس چند قلوزایی را ایجاد می کند. هشت جهش در این ژن شناسایی شده که تاثیر هر آلل جهش یافته از 0.3 تا 1.2 بره در هر زایش گزارش شده است. ژن BMP15 وابسته به جنس بوده که بسیار مشابه ژن GDF9 عمل می کند . وجود همزمان آلل های جهش یافته ازBMP15 و GDF9 و همچنین BMPR-1B وBMP15 منجر به افزایش چند قلوزایی نسبت به حالت جهش های منفرد آنها می شود.

الف : ژن BMP15

این ژن بر روی کروموزوم X  واقع شده  و در نژاد های اینوردال (Inverdale) و حنا(Hanna)، کمبریج (Cambridge)، بلکیر (Belclare)، لاکون(Lacaune) و راسا آرگونزا  (Rasa Aragonesa) مشاهده شده است.

1- اینوردال  و حنا :

نحوه توارث ژن اینوردال (FecXI) در سال 1990 در یک گله چند قلوزا که نتاج یک میش از نژاد رامنی (Romney) بودند که در 11 بار زایش خود 33 بره زاییده بود کشف گردید. در گوسفندان اینوردال و حنا یک قوچ حامل این ژن ،آنرا به تمامی بره های ماده خود منتقل کرد ولی آنرا به هیچکدام از بره نر خود منتقل نکرد  این نخستین مدرکی بود که نشان داد ژن چند قلوزایی در هر دو گله بر روی کروموزوم جنسیx وجود دارد در عوض میش های ناقل این ژن آنرا به نیمی از نتاج نر و ماده خود منتقل کرده بودند. یک کپی از ژن اینوردال (FecXI) یا حنا(FecXH)، تعداد نتاج کل را 0.6 بره در هر زایش افزایش می دهد ولی میش های هموزیگوس  که از هر دو والد خود این آلل ها را دریافت کرده بودند دارای تخمدان های بسیار کوچک و رشد نیافته بوده که عقیم بودند.گوسفندان اینوردال دارای یک جهش در ژن GDF9 و یا  BMP15است جالب این است که هر دو نژاد گوسفندان اینوردال و حنا دارای یک جهش در ژن BMP15بودند ولی آلل حنا دارای جهش متفاوت از آلل اینوردال در ژن BMP15 بود. افراد FecXI دارای یک جابجایی تک نوکلئوتیدی در توالی کد کننده ژن بوده در حالیکه افراد دارای ژن   FecXHدارای یک جابجایی تک نوکلئوتیدی متفاوتی که منجر به ایجاد کدون توقف پیش از ایجاد هورمون بالغ و کامل می شود بودند. کشف جهش های واقعی باعث شد تا یک آزمون DNAبا صحت 100% برای تشخیص افراد حامل این ژن و بدون نیاز به اطلاعات والدینی و تست نتاج بدست آید. با استفاده از یک نمونه که شامل چند قطره خون از فرد است

استفاده از آزمون DNA با صحت 100% برای ژن اینوردال در صنعت گوسفند نیوزیلند از طریق قوچهای رامنی و تکسل  (Texel) ناقل این ژن در حال افزایش است.میش هایی که این ژن را از هر دو والد خود دریافت می کنند عقیم بوده و بنابراین برای استفاده تجاری از این ژن، دختران حامل این ژن را با قوچ هایی که فاقد این ژن هستند آمیزش می دهند. این دختران در گله مشخص شده و بعنوان میش های دارای چند قلوزایی بالا مدیریت می شوند و با نرهای انتهایی(Terminal Sires) که فاقد ژن هستند آمیزش داده می شوند در یک گله تجاری در نیوزیلند میش های اینوردال در یک دوره چهار ساله بطور متوسط از هر 100 میش در هر سال 30 بره زیادتر از معمول تولید می کنند. طبق آمار 1998 در شرایط معمول مدیریت ارزش اقتصادی یک قوچ اینوردال حامل در مقایسه با قوچ اینوردال غیر حامل 3350 دلار نیوزیلند زیادتر است. در حیوانات هتروزیگوس اینوردال ظاهر تخمدان ها کاملا شبیه تیپ وحشی بوده ولی فولیکول های تخمدانی ممکن است با قطر کمتری تخمک اندازی شوند (کمتر از 4 میلی متر) در حالیکه قطر فولیکول های تخمک اندازی شده در تیپ وحشی بیشتر از 5.5 میلی متر است علاوه بر این در فولیکول های انترال(AntralFollicle)  تعداد سلول های گرانولوزا در اندازه های مشابه فولیکولی در میش های FecXI  کمتر از تیپ وحشی است. در حالیکه در میش های هموزیگوس برای این آلل تخمدان ها چروکیده و نواری شده و فرد عقیم است در این میش های هموزیگوت به نظر می رسد که فولیکول ها بزرگ می شوند ولی سلول های گرانولوزا زیاد نمی شوند سپس اووسیت (تخمک) بزرگ شده شروع به دژنره شدن (تحلیل رفتن) می کنند و منجر به ایجاد ساختارهایی بنام نودال(Nodule) می کنند این نودال ها باهم ممزوج شده و ایجاد ساختارهای تومور شکل در تخمدان می کنند.

2- کمبریج:

میانگین تخمک اندازی و چند قلو زایی در گوسفندان نژاد کمبریج زیاد بوده و اختلاف بین میش های داخل این نژاد نیز بسیار گزارش شده است. یک ژن عمده  موثر بر چند قلوزایی در این جمعیت وجود دارد که یک کپی از این ژن تخمک اندازی را 0.7 افزایش می دهد و این ژن نتیجه بروز جهشی در ژن BMP15 (بر روی کروموزوم جنسی X) به نام FecXG است که با جهش های اینوردال و حنا متفاوت است علاوه بر این مشخص شد که یک ژن غیر جنسیGDF9 (روی کروموزوم شماره 5)  به نامFecGH دچار جهش شده و باعث افزایش میزان تخمک اندازی در میش های هتروزیگوت و عقیمی در هموزیگوس ها می شود یک کپی ازFecXG میزان تخمک اندازی را 1.41 افزایش می دهد.

3- بلکلیر:

در این نژاد نیز میزان تخمک اندازی و چند قلوزایی بالا می باشد. میزان تخمک اندازی بالا و تکرار پذیری (Repeatability) بالای این صفت وجود یک  ژن عمده را در این گله گزارش کرد دو جهش در ژن  BMP15 به نام هایFecXG و FecXB   و همچنین یک جهش در ژنGDF9 به نام  FecGHنیز مشخص شد. میش های هموزیگوس برای هر کدام از این سه ژن عقیم بودند و نیز میش هایی هم که یک کپی ازFecXG و یک کپی از FecXB  را داشتند عقیم بودند. حیوانات هتروزیگوس در هر تخمک گذاری به طور متوسط 2 تخمک بیشتر از حیوانات تیپ وحشی داشتند.

4- لاکون:

این نژاد یک نژاد گوشتی در فرانسه می باشد که طی مطالعاتی معلوم شد که وراثت پذیری(Heritability) صفت تعداد نتاج در هر زایش معادل 0.4 بوده و برخی میش ها دارای بیش از 4 بره در هر بار زایش، بودند. برای برخی از گوسفندان نژاد لاکون میانگین میزان تخمک اندازی معادل 5.8 بود و برخی از آنها دارای رکوردهای فردی 3 تا 14 تخمک بوده و این صفت از تکرار پذیری بالا یی (0.87) برخوردار بود. آزمون نتاج و آنالیز تفرق آنها، وجود یک ژن عمده اتوزومی را که یک کپی از آنها 1.03 تخمک در هر تخمک اندازی افزایش می دهد را مشخص می کند. در سال 2002 جایگاه ژن مربوط به لاکون را بر روی کروموزوم 11 پیشنهاد کردند. جهش شناسایی شده را FecXLنامیدند که وابسته به جنس (بر روی کروموزم جنسی ) بوده و داخل ژن BMP15 رخ داده است. افراد هموزیگوس برای این آلل دارای تخمدان های نواری مشابه ژنوتیپ هموزیگوس برای آلل اینوردال بودند و مجاری جنسی آنها نیز رشد نیافته بود فولیکول ها غیر طبیعی بوده و دارای تخمک بزرگ با زنوپلوسیدای بسیار ضخیم بوده که نشان می دهد که آنها در مرحله اولیه فولیکوژنژ(فولیکول زایی)متوقف شده اند. میانگین تخمک گذاری در میش ها دارای آلل لاکون از 4.4 تا 12.4 و میانگین میش های غیر حامل ژن 1.9 در هر سیکل فحلی بوده و تکرار پذیری این صفت 0.65 گزارش شده. وجود چندقلوزایی بالا در میش های غیرحامل برای آلل لاکون دلالت بر تاثیر جایگاه ژنی دیگری علاوه بر BMP15 است که بر چند قلوزایی این نژاد موثر است این نژاد ممکن است همان ژن پیشنهاد شده بر روی کروموزوم 11 باشد .

5- راسا آرگونزا

نژاد راسا آرگونزا در کشور اسپانیا با متوسط تعداد 1.2 تا 1.5 بره در هر زایش است. جهش در ژن BMP15 و بر روی کروموزوم جنسی Xرخ

داده و بنام FecXR  نام گذاری شده.

ب: ژن GDF9

برخلاف ژن بورولا که دارای اثر افزایشی بر نرخ تخمک اندازی است، ژن  GDF9 روی کروموزوم شماره 5 فقط در حالت هتروزیگوت منجر به افزایش تخمک اندازی شده و ژنوتیپ هموزیگوس برای این آلل ، عقیم هست. وجود همزمان دو ژن GDF9 و BMP15 در گوسفند به عنوان فاکتورهای لازم جهت تکمیل فولیکوژنز ضروری شناخته شده اند. تاثیر جهش در ژنGDF9 بسیار زیادتر از تاثیر جهش در ژنBMP15 گزارش شده است.

ب-1 :توکا

در یک نژاد گوسفند در ایسلند بنام توکا متوسط چند قلوزایی 1.83 گزارش شده و میزان اثر ژن جهش یافته 0.6 بره در هر زایش است. جهش در ژن GDF9  اتفاق افتاده و به نام FecGT نام گذاری شده است.

ج: ژن ALK6 یا بورولا

در سال 1980 در نژاد بورولامرینو و دورگه های آنها وجود یک ژن عمده غیر جنسی FecBB با اثر افزایشی بر نرخ تخمک اندازی و غالبیت ناقص بر چند قلوزایی، شناسایی شد.گوسفندانی که یک کپی از ژن بورولا را از هر کدام از والدین خود دریافت کردند 1.5 تخمک و یک بره زیادتر از سایر گوسفندان در هر زایش ایجاد می کنند.  نرخ تخمک اندازی معمولا بزرگتر از 5 بوده و در برخی موارد به 15 عدد نیز رسیده است . در حیوانات هتروزیگوس برای جهش (B+) میانگین میزان تخمک اندازی حدود 3 بوده که حد واسط نژادهای تیپ وحشی (++) و هموزیگوس (BB) بود. این ژن روی کروموزوم شماره 6 قرار گرفته است گوسفندان حامل ژن بورولا دارای یک جهش در (گیرنده پروتئین مورفوژنیک استخوان)BMPR1-B که در تخمدان ها بیان می شود می باشند. کشف ژن واقعی جهش یافته باعث شد که یک آزمون DNA تجاری با 100% صحت و بدون نیاز به اطلاعات والدینی برای تمامی گوسفندان داران قابل دسترس باشد این ژن از گوسفندان نژاد گارول (Garole) کوتوله در شمال هند ناشی شده است که در سال 1792 گوسفند گارول یا بنگالی وارد استرالیا شدند که به احتمال زیاد بورولامرینو نتاج مستقیم این گوسفندان باشد. گوسفندان چند قلوزایی جاوه ای در اندونزی  که قبلا با FecJ شناخته شده بودند نیز ناقل ژن بورولا هستند. فنوتیپ تخمدان در حیوانات BB کاملا متفاوت از حیوانات هموزیگوس برای BMP15 و GDF9 است مهمترین وجه مشخصه گوسفندان BBاندازه بزرگتر و تعداد زیادتر فولیکول های تخمدانی نسبت به سایر ژنوتیپ ها است. فولیکول های بالغ و تخمک اندازی شده در حیوانات BB و B+ دارای قطر بسیار کوچکتری نسبت به حیوانات ++ (تیپ وحشی) هستند. فولیکول های تخمدانی کوچک تر، در میش BBدارای سلول های گرانولوزای کمتری نسبت به میش های ++ بوده و میش های هتروزیگوت +Bحد واسط آنها هستند. مهمترین تاثیر ژن بورولا را می توان در افزایش هورمون FSH دانست که در میش های هموزیگوت بسیار زیادتر از تیپ وحشی بوده و در میش های هتروزیگوت  نیز متوسط بود. میزان افزایش در نرخ تخمک اندازی میش های حامل ژن بورولا در کشور نیوزیلند 0.15 در هر سال است در حالیکه برای میش های نژاد رامنی حدود 0.04 در هر سال گزارش شده است.

د: ژن های موثر بر چند قلوزایی که هنوز توالی آنها شناسایی نشده است

وودلندز (Woodlands)

این حیوان از تلاقی نژاد بوردرلیسستر(Border Leisester) و رامنی (Romney) در سال 1960 ایجاد شد یک کپی از این ژن تعداد نتاج را 0.25 بره در هر زایش بیشتر از حیوانات تیپ وحشی افزایش می دهد. این ژن بر خلاف اینوردال و حنا ، اگر از مادر دریافت شود غیرفعال بوده و به همین دلیل نشانه مادری گفته می شود. اگر میش ها، این ژن را از پدر خود دریافت کنند (توارث پدری) آنگاه این ژن بروز خواهد کرد و باعث افزایش تعداد نتاج در هر زایش می شود، ولی هنگامیکه از مادر دریافت می شود (توارث مادری) اثر ژن ظاهر نشده و هیچ افزایشی در تعداد نتاج در هر زایش ایجاد نمی شود علاوه بر این قوچ هایی که این ژن را از مادر خود (که ژن را بیان کرده است) دریافت می کنند دختران این قوچ ها این ژن را بروز نمی دهند. در عوض قوچ هایی که این ژن را از مادرانی که ژن را بروز نکرده است دریافت کرده اند دختران آنها این ژن را بروز خواهند داد. میش های هموزیگوس این ژن، دارای تخمدان های فعال و سالم هستند و عقیم نمی باشند. وجود نامشخص این ژن در برخی از میش ها باعث شده است تا ارزیابی ارزش اصلاحی برای برخی از بره های آنها اریب باشد چون ارزش اصلاحی آنها برای توارث پلی ژنیک (تعداد زیادی ژن با اثرات جزئی) برآورد شده است و اثر ژن عمده در نظر گرفته نشده است.

 شال ایران:

این نژاد ایرانی یک نژاد گوشتی بوده که به طور عمده در استان قزوین نگهداری می شود درصد دوقلوزایی این نژاد نسبت به نژادهای دیگر ایرانی زیادتر است و در حدود 20 درصد دوقلوزایی دارد. بز های ایرانی نیز دارای دوقلو و سه قلوزایی بالایی هستند ولی تا بحال ژن موثر بر این دو قلوزایی ها شناسایی نشده است. تاکنون وجود جهش در ژنهای GDF9 و BMP15 در گوسفندان نژادهای ایرانی تایید شده است با این وجود هیچکدام از این جهش ها تاث

یر معنی داری بر روی چندقلوزایی نداشتند.

اثر ترکیبی ژن های موثر بر چند قلوزایی

میانگین تعداد بره در هر زایش برای میش هایی که فقط برای ژن بورولا دارای جهش بودند 2.2، میش هایی که فقط برای ژن BMP15 دارای جهش بودند 1.4، میش هایی که حامل هر دو جهش بودند 2.8 و میش های فاقد این دو ژن بودند 1.1 بود. بنابراین حضور ژن بورولا در کنار ژن BMP15 نه تنها منجر به افزایش چندقلوزایی زیادتر از حالت منفرد آنها گردید بلکه نسبت به مجموع اثرات افزایشی ژن های منفرد (مقدار مورد انتظار 2.5 بره در هر زایش بود) نیز زیادتر بود که نشان دهنده تاثیر مثبت همزمان این دو ژن بر روی یکدیگر بود. وجود همزمان جهش در ژن های GDF9 و BMP15 در نژادهای بلکیر و کمبریج منجر به عقیمی این میش ها نشده، بلکه تاثیر آنها بر یکدیگر افزایشی بوده و منجر به چند قلوزایی زیادتر نسبت به حالت جهش منفرد در یک ژن شده است که بیانگر این است که مکانیسم فعالیت دو عامل GDF9 و BMP15 از یکدیگر مستقل هست.

تاثیر سن بر چند قلو زایی

به طور کلی چند قلوزایی در زایش اول کمتر از زایش دوم و سوم گزارش شده است. در گوسفندان نژاد بورولا با افزایش تعداد دفعات زایش تا سن 4 سالگی تعداد گوسفندان چند قلوزا افزایش یافت که این مورد می تواند از افزایش ظرفیت تولید مثلی، شامل افزایش گنجایش غدد و مجاری تناسلی باشد. همچنین ممکن است در زایش اول برخی از ژن ها به خوبی بیان نشوند. با وجود این ، با افزایش چند قلو زایی، میزان بقاء بره ها کاهش می یابد.

 در میش های حامل ژن بورولا نسبت به میش های معمولی، تعداد فولیکول های بالغ شده و تخمک گذاری شده با اندازه کوچک تر بیشتر و نیز غلظت FSH زیادتر است. همچنین تاثیر سن بر نرخ تخمک اندازی در میش های حامل ژن و غیرحامل، معنی دار نبود و بین میش های مسن و جوان از این لحاظ تفاوت زیادی دیده نمی شد. میانگین اندازه فولیکول ها و جسم زرد در قبل از مرحله تخمک اندازی و نیز اندازه فولیکول های بزرگ در مرحله اول رشد در افراد حامل و غیر حامل و در سنین مختلف متفاوت نبود با این وجود تفاوت های بسیار زیادی بین میزان ترشحات هورمونی و نحوه رشد فولیکولی در مرحله قبل از تخمک اندازی بین میش های مسن و جوان وجود داشت. اندازه فولیکول ها در زمان قبل از تخمک اندازی در میش های مسن و جوان مشابه بود ولی در تخمک رها شده از میش های مسن نسبت به میش های جوان دارای قطر کمتری بودند که این اختلاف در میش های حامل و غیر حامل هر دو دیده می شد.

لینک کانال
https://telegram.me/Animalscience2015