تخمین اندازه موثر جمعیت با استفاده از داده‌های تراشه‌های SNP-CHIP 70K در اسب نژاد کرد

محورهای موضوعی : فصلنامه زیست شناسی جانوری

بهاره صفایی ^{1 *} , حسین مرادی شهربابک ²

1 - گروه علوم دامی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران
2 - گروه علوم دامی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران

تاریخ دریافت : 1403/03/06 تاریخ پذیرش : 1404/05/20 تاریخ انتشار : 1404/05/21

کلید واژه: اندازه موثر جمعیت, ‌ عدم تعادل لینکاژی, ‌ پلی‌مورفیسم تک نوکلئوتیدی, اسب کرد,

چکیده مقاله :

سال‌هاست نژادهای بومی بسیار مورد توجه قرار دارند و تلاش‌های زیادی برای حفظ این نژادها انجام می‌شود. مطالعه و ارزیابی ساختار جمعیت و تنوع یکی از راه‌های حفاظت از ذخایر ژنتیکی است. با توجه به اهمیت حفظ نژادهای مختلف اسب ایرانی ما نیز در این مطالعه به بررسی اندازه موثر جمعیت در اسب نژاد کرد پرداختیم. یکی از پارامترهای مهم برای بررسی ساختار جمعیت اندازه موثر جمعیت است. بدین منظور، عدم تعادل لینکاژی را با استفاده از اطلاعات نشانگرهای تک‌نوکلئوتیدی حاصل از تراشه‌های متراکم 70k در اسب نژاد کرد تخمین زدیم. در ابتدا بروی 65157SNP اولیه مراحل کنترل کیفیت داده‌ها توسط نرم‌افزار Plink (mind> 0.05، geno>0.05، MAF<0.01، hwe< 10-6) انجام گرفت و بدنبال آن تعدادی از داده‌ها حذف شدند و در نهایت تعداد 56012 SNP کروموزم‌های اتوزوم برای ادامه آنالیزها باقی ماندند. LD‌با استفادها از آماره‌ r2 تخمین زده شد و از این اطلاعات برای تخمین اندازه موثر جمعیت استفاده شد. r2 در فاصله‌ی 0 تا 5/2 kb‌ بیشترین مقدار را داشت که با افزایش فاصله بین نشانگرها کاهش نشان داد. متوسط r2 در تمام کروموزوم‌ها 046/0 تخمین زده شد و محدوده‌ی آن از 041/0 تا 052/0 در بین کروموزوم‌ها تخمین زده شد. همچنین اندازه موثر در 4463 نسل قبل 6674 تخمین زده شد که در نسل حاضر نیز به 26 رسید.

چکیده انگلیسی:

Native breeds of each region should be given particular consideration, and we should put excessive effort in preserving these breeds. Studying and evaluating the population structure and diversity is a technique to protect the genetic reserves of indigenous breeds. In this study, regarding the importance of preserving diverse breeds of Iranian horses, we investigated the effective population size of Kurdish horses. One of the significant variables for examining the population structure is the effective population size. For this purpose, we estimated linkage disequilibrium using Single Nucleotide Polymorphism information obtained from 70k SNPchips in Kurdish horses. At first, data quality control procedures were performed on the initial 65157 SNPs by Plink software (mind>0.05، geno>0.05، MAF<0.01، hwe<10-6), and then some data were removed posteriorly, and ultimately the number of 56012 SNPs on autosomal chromosomes were left for further analyses. linkage disequilibrium was calculated using the r2 statistic, and we employed this information to estimate the effective population size. r2 had the highest value in the distance from 0 to 2.5 kb, which decreased with increasing distance between markers. The average r2 was estimated at 0.046 in all chromosomes, and ranged from 0.041 to 0.052 among chromosomes. Likewise, the effective population size was predicted to be 6674 in 4463 previous generations, which reached 26 in the current generation.

منابع و مأخذ:

1. Ala Amjadi, M,. Mehrbani Yeganeh, H,. Sadeghi, M,. Abbas Raza, S.H,. Yang, J,. Amirpour Najafabadi, H,. Batool, U,. Shoorei, H,. Abdelnour, S.A,. Zaheer Ahmed, J. Microsatellite Analysis of Genetic Diversity and Population Structure of the Iranian Kurdish Horse. Journal of Equine Veterinary Science.Volume 98, 2021,103358,ISSN 0737-0806, https://doi.org/10.1016/j.jevs.2020.103358.
2. Barbato, M., Orozco-terWengel, P., Tapio, M., & Bruford, M. W. (2015). SNeP: A tool to estimate trends in recent effective population size trajectories using genome-wide SNP data. Frontiers in Genetics. https://doi.org/10.3389/fgene.2015.00109.
3. Bazvand, B., Rashidi, A., Zandi, M. B., Moradi, M. H., Rostamzadeh, J. (2024). Genome-wide analysis of population structure, effective population size and inbreeding in Iranian and exotic horses. PLoS ONE 19(3): e0299109. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0299109.
4. Corbin, L. J., Blott, S. C., Swinburne, J. E., Vaudin, M., Bishop, S. C., & Woolliams, J. A. (2010). Linkage disequilibrium and historical effective population size in the Thoroughbred horse. Animal Genetics, 41(SUPPL. 2), 8–15. https://doi.org/10.1111/j.1365-2052.2010.02092.x.
5. Davoudi, P., Moradi-Shahrbabak, H., Mehrabani-Yeganeh, H., Ghoreishifar, S.M,. Gholami, S., Abdollahi-Arpanahi, R. (2020). Exploring the structure of haplotype blocks, runs of homozygosity and effective populatin size in Khuzestani River buffalo. Slovak journal animal science, 53, 2020 (2): 67–77.
6. Do, K.-T., Lee, J.-H., Lee, H.-K., Kim, J., & Park, K.-D. (2014). Estimation of effective population size using single-nucleotide polymorphism (SNP) data in Jeju horse. Journal of Animal Science and Technology, 56(1), 28. https://doi.org/10.1007/BF01726368.
7. Flury, C., Tapio, M., Sonstegard, T., Drögemüller, C., Leeb, T., Simianer, H., … Rieder, S. (2010). Effective population size of an indigenous Swiss cattle breed estimated from linkage disequilibrium. Journal of Animal Breeding and Genetics, 127(5), 339–347. https://doi.org/10.1111/j.1439-0388.2010.00862.x.
8. Frankham, R., Bradshaw, C. J. A., & Brook, B. W. (2014). Genetics in conservation management : Revised recommendations for the 50 / 500 rules , Red List criteria and population viability analyses. Biologycal Conservation, 170, 56–63. https://doi.org/10.1016/j.biocon.2013.12.036.
9. Hall, S. J. G. (2016). Effective population sizes in cattle, sheep, horses, pigs and goats estimated from census and herdbook data. Animal, 10(11), 1778–1785. https://doi.org/10.1017/S1751731116000914.
10. Hayes, B. J., Visscher, P. M., McPartlan, H. C., & Goddard, M. E. (2003). Novel multilocus measure of linkage disequilibrium to estimate past effective population size. Genome Research, 13(4), 635–643. https://doi.org/10.1101/gr.387103.
11. Khatkar, M. S., Nicholas, F. W., Collins, A. R., Zenger, K. R., Cavanagh, J. A. L., Barris, W., … Raadsma, H. W. (2008). Extent of genome-wide linkage disequilibrium in Australian Holstein-Friesian cattle based on a high-density SNP panel. BMC Genomics, 9. https://doi.org/10.1186/1471-2164-9-187.
12. Kim, E., & Kirkpatrick, B. W. (2009). Linkage disequilibrium in the North American Holstein population. International Society for Animal Genetics, Animal Genetics, (2000), 279–288. https://doi.org/10.1111/j.1365-2052.2008.01831.x.
13. Lee, Y. S., Woo Lee, J., & Kim, H. (2014). Estimating effective population size of thoroughbred horses using linkage disequilibrium and theta (4Nμ) value. Livestock Science, 168, 32–37. https://doi.org/10.1016/j.livsci.2014.08.008.
14. Lee, Y., Woo, J., & Kim, H. (2014). Estimating effective population size of thoroughbred horses using linkage disequilibrium and theta ( 4 N μ ) value. Livestock Science, 168, 32–37. https://doi.org/10.1016/j.livsci.2014.08.008.
15. Mohammadi H., Rafat S.A., Moradi Shahrbabak H., Shodja J., Moradi M.H. (1396). Estimation of linkage disequilibrium and whole-genome scan for detection of loci under selection associated with body weight in Zandi sheep breed.The Agricultural Biotechnology Journal. 10.22103/JAB.2018.2020 . (in Persian).
16. Prieur, V., Clarke, S.M., Brito, L.F. et al. Estimation of linkage disequilibrium and effective population size in New Zealand sheep using three different methods to create genetic maps. BMC Genet 18, 68 (2017). https://doi.org/10.1186/s12863-017-0534-2.
17. Purcell, S., Neale, B., Todd-Brown, K., Thomas, L., Ferreira, M. A. R., Bender, D., Sham, P. C. (2007). PLINK: A Tool Set for Whole-Genome Association and Population-Based Linkage Analyses. The American Journal of Human Genetics, 81(3), 559–575. https://doi.org/10.1086/519795.
18. Qanbari, S., Pimentel, E. C. G., Tetens, J., Thaller, G., Lichtner, P., Sharifi, A. R., & Simianer, H. (2010). The pattern of linkage disequilibrium in German Holstein cattle. Animal Genetics, 41(4), 346–356. https://doi.org/10.1111/j.1365-2052.2009.02011.x.
19. Shin, D., Cho, K., Park, K., Lee, H., & Kim, H. (2013). Accurate Estimation of Effective Population Size in the Korean Dairy Cattle Based on Linkage Disequilibrium Corrected by Genomic Relationship Matrix. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences. 26(12), 1672–1679.
20. Tenesa, A., Navarro, P., Hayes, B. J., Duffy, D. L., Clarke, G. M., Goddard, M. E., Visscher, P.M. (2007). Recent human effective population size estimated from linkage disequilibrium. Genome Research. 2, 520–526. https://doi.org/10.1101/gr.6023607.8.
21. Yousefi-Mashouf, N., Mehrabani-Yeganeh, H., Nejati-Javaremi, A., Bailey E, Petersen JL. Genomic comparisons of Persian Kurdish, Persian Arabian and American Thoroughbred horse populations. PLoS One. 2021 Feb 16;16(2):e0247123. doi: 10.1371/journal.pone.0247123. PMID: 33592064; PMCID: PMC7886144.
22. Zhao, F., Wang, G., Zeng, T., Wei, C., Zhang, L., Wang, H., Zhang, SH., Liu , R.., Liu, Z., Du, L. (2014). Estimations of genomic linkage disequilibrium and effective population sizes in three sheep populations. Livestock Science, 170, 22–29. https://doi.org/10.1016/j.livsci.2014.10.015.

متن کامل:



زیست­شناسی جانوري، سال هجدهم، شماره اول، پاییز 1404، صفحات 132-123، صفایی و مرادی شهربابک

 

        

Estimation of Effective Population Size Using 70K SNP-CHIP Chips in Kurdish Horse

 

Bahareh Safaei*, Hossein Moradi Shahrbabak

 

Department of Animal Sciences, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran

*Corresponding author: [e-mail]

Received: 26 May 2024 Accepted: 11 August 2025

DOI: 10.60833/ascij.2025.1120837

 

Abstract

Native breeds of each region should be given particular consideration, and we should put excessive effort in preserving these breeds. Studying and evaluating the population structure and diversity is a technique to protect the genetic reserves of indigenous breeds. In this study, regarding the importance of preserving diverse breeds of Iranian horses, we investigated the effective population size of Kurdish horses. One of the significant variables for examining the population structure is the effective population size. For this purpose, we estimated linkage disequilibrium using Single Nucleotide Polymorphism information obtained from 70k SNPchips in Kurdish horses. At first, data quality control procedures were performed on the initial 65157 SNPs by Plink software (mind > 0.05, geno > 0.05, MAF < 0.01, hwe < 10-6), and then some data were removed posteriorly, and ultimately the number of 56012 SNPs on autosomal chromosomes were left for further analyses. linkage disequilibrium was calculated using the r2 statistic, and we employed this information to estimate the effective population size. r2 had the highest value in the distance from 0 to 2.5 kb, which decreased with increasing distance between markers. The average r2 was estimated at 0.046 in all chromosomes, and ranged from 0.041 to 0.052 among chromosomes. Likewise, the effective population size was predicted to be 6674 in 4463 previous generations, which reached 26 in the current generation.

 

Keywords: Effective population size, Linkage disequilibrium, Single nucleotide polymorphism, Kurdish horse.

 

 

 

 

 

 

 

مقاله پژوهشی 

تخمین اندازه موثر جمعیت با استفاده از داده‌های تراشه‌های SNP-CHIP 70K در اسب نژاد کرد

بهاره صفایی*، حسین مرادی شهربابک

گروه علوم دامی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران

*مسئول مکاتبات: [e-mail]

تاریخ دریافت: 06/03/1403 تاریخ پذیرش: 20/05/1404

DOI: 10.60833/ascij.2025.1120837

چکیده

سال‌هاست نژادهای بومی بسیار مورد توجه قرار دارند و تلاش‌های زیادی برای حفظ این نژادها انجام می‌شود. مطالعه و ارزیابی ساختار جمعیت و تنوع یکی از راه‌های حفاظت از ذخایر ژنتیکی است. با توجه به اهمیت حفظ نژادهای مختلف اسب ایرانی، ما نیز  در این مطالعه به بررسی اندازه موثر جمعیت در اسب نژاد کرد پرداختیم. یکی از پارامترهای مهم برای بررسی ساختار جمعیت اندازه موثر جمعیت است. بدین منظور، عدم تعادل لینکاژی را با استفاده از اطلاعات نشانگرهای تک‌نوکلئوتیدی حاصل از تراشه‌های متراکم 70k  در اسب نژاد کرد تخمین زدیم. در ابتدا بروی 65157SNP اولیه مراحل کنترل کیفیت داده‌ها توسط نرم‌افزار Plink (05/0mind > ، 05/0 geno >، 01/0 MAF <، 10-6 hwe <) انجام گرفت و بدنبال آن تعدادی از داده‌ها حذف شدند و در نهایت تعداد 56012 SNP بروی کروموزم‌های اتوزوم برای ادامه آنالیزها باقی ماندند.  LD‌با استفادها از آماره‌ r2 تخمین زده شد و از این اطلاعات برای تخمین اندازه موثر جمعیت استفاده شد. r2 در فاصله‌ی 0 تا 5/2 kb‌ بیشترین مقدار را داشت که با افزایش فاصله بین نشانگرها کاهش نشان داد. متوسط r2 در تمام کروموزوم‌ها 046/0 تخمین زده شد و محدوده‌ی آن از 041/0 تا 052/0 در بین کروموزوم‌ها تخمین زده شد. همچنین اندازه موثر در 4463 نسل قبل 6674 تخمین زده شد که در نسل حاضر نیز به 26 رسید.

کلمات کلیدی: اندازه موثر جمعیت،‌ عدم تعادل لینکاژی،‌ پلی‌مورفیسم تک نوکلئوتیدی، اسب کرد.

مقدمه

 

از قدیم همواره در جوامع مختلف پرورش اسب مورد استقبال بوده است و از آن نه تنها برای کار بلکه بعنوان سرگرمی در ورزش‌هایی نظیر چوگان و انواع مسابقات اسب‌دوانی نیز استفاده می‌شد. در ایران نیز در دوره‌های مختلف نژادهای بومی اسب بسیار مورد توجه قرار داشت. اسب کرد با خصوصیات منحصر به فرد، یکی از اصلی‌ترین ذخایر ژنتیکی اسب در ایران است. در منابع متعدد از تیره‌های مختلفی از این نژاد نام برده شده است اما، سه تیره جاف، افشاری و سنجابی به عنوان مهمترین تیره‌های این اسب معرفی شده‌اند. ریشه اسب کرد را به اسب‌های نسایی نسبت می‌دهند که تصاویر آن در کوه بیستون در غرب ایران نقش بسته است. اندازه مؤثر جمعیت مقدار تغییرات ژنتیکی، رانش ژنتیکی و عدم تعادل لینکاژی را در جمعیت تعیین می‌کند (1). اندازه موثر جمعیت از روش‌های مختلفی همچون شجره،‌ جمعیت شناسی و نشانگرها محاسبه می‌شود (2). هر چند، شجره معمول‌ترین روش برای تخمین اندازه مؤثر جمعیت است اما نیاز به اطلاعات شجره کامل دارد. یک روش جایگزین برای حل مشکل نداشتن شجره کامل، استفاده از داده‌های ژنومیک است (3). امروزه از داده‌های پلی­مورفیسم تک نوکلئوتیدی (Single Nucleotide Polymorphism: SNP) ‌ برای تخمین اندازه موثر جمعیت در حیوانات اهلی و انسان بطور گسترده استفاده می‌شود (1، 4 ،5). با مطالعه عدم تعادل لینکاژی (Linkage Disequilibrium: LD)  بین نشانگرهای ژنتیکی در انسان و گونه‌های دیگر می‌توان اطلاعاتی درباره اندازه جمعیت در گذشته بدست آورد (6). توسعه SNPchipها با تراکم بالا، راه را برای تحقیقات ژنتیک جمعیت و ژنتیک کمی هموار ساخته است (7). همچنین، تعیین ژنوتیپ با دقت بالا اطلاعات قابل توجهی را برای برآورد دقیق‌تر LD و Ne فراهم کرده است. به طور کلی، LD در ژنوم یک پارامتر جمعیتی مهم برای نشان دادن تعداد جمعیت اجدادی، است و به بهبود درک ما از تکامل، مدل و ساختار ژنتیکی جمعیت‌ها کمک می‌کند (8). 

استفاده از داده‌های عدم تعادل لینکاژی و تخمین اندازه موثر جمعیت روشی برای کمی کردن تنوع ژنتیکی و مقایسه بهتر بین جمعیت‌ها است (9). همچنن، اندازه موثر جمعیت میزان رانش ژنتیکی یک جمعیت را نیز نشان می‌دهد (3). ‌اندازه موثر جمعیت بالاتر نشان دهنده تنوع ژنتیکی بیشتر و کاهش همخونی در میان جمعیت است. در نهایت، ارزیابی‌های ژنتیکی و تخمین همخونی می‌تواند به تصمیمات آگاهانه در طرح‌های اصلاح نژادی کمک زیادی کند. تحقیقات زیادی در زمینه‌ی بررسی اندازه موثر جمعیت و همچنین عدم تعادل لینکاژی در حیوانات اهلی مختلف صورت گرفته است. بنابراین، با توجه به اینکه این گونه بسیار مورد توجه قرار دارد و ممکن است خطر انقراض بعضی از نژادها نیز وجود داشته باشد و همچنین به منظور جهت دادن به برنامه‌های اصلاح نژادی در این گونه و مخصوصا نژاد کرد سعی شد در این تحقیق با استفاده از داده‌های ژنومیکی پارامتر اندازه موثر جمعیت برآورد شود. همچنین از آنجایی که اقلیم در مناطق مختلف ایران متفاوت است، تنوع ژنتیکی خوبی در این گونه دیده می‌شود که نیاز به مطالعه و بررسی دارد. به علت لزوم توجه به نژادهای بومی در این مطالعه از میان نژادهای مختلف، جمعیت اسب نژاد کرد که خاص مناطق کردنشین (با آب و هوای کوهستانی)‌ است را انتخاب کرده و به تخمین اندازه موثر جمعیت (Ne) و اطلاع از وضعیت ژنتیکی آن پرداخته‌ایم.

مواد و روش‌ها

داده‌های مورد استفاده در این مطالعه، حاصل طرح ملی تشکیل پایه‌های ژنتیکی، جمعیت اسب کرد است که توسط شرکت دانش بنیان سایناگستر البرز مستقر در پارک علم و فناوری دانشگاه تهران و با نظارت مرکز اصلاح نژاد و بهبود تولیدات دامی کشور، دانشگاه کنتاکی آمریکا و آزمایشگاه GeneSeek آمریکا جمع‌آوری شده است.

نمونه­های خون از 31 راس اسب‌ نژاد کرد از شهرهای سنندج و حومه، سقز، بیجار، کرمانشاه، اسدآباد وکنگاور تهیه شد. در این مطالعه سعی شد نمونه‌گیری از اسب­هایی که رابطه خویشاوندی با یکدیگر نداشته و از لحاظ مورفولوژی و فنوتیپی دارای حداقل­های خصوصیات نژادی بودند، انجام شود.

کنترل کیفیت داده­های ژنومی: نمونه‌گیری خون از ۳۱ اسب نژاد کرد توسط شرکت دانش بنیان سایتا گستر البرز انجام شد. سپس تعیین ژنوتیپ با استفاده از تراشه‌های 70k‌ توسط آزمایشگاه GeenSeek آمریکا صورت گرفت. به منظور کاهش خطا در آنالیزها کنترل کیفیت توسط نرم‌افزار Plink انجام گرفت. در مرحله کنترل کیفیت حیواناتی به دلیل عدم تعیین ژنوتیپ بیش از 5 درصد جایگاه‌ها حذف شدند. همچنین از آنالیز SNPهایی با فراوانی آلل حداقل (MAF) کمتر از 01/0 و ژنوتیپ از دست رفته بیش از 5 درصد نیز صرف‌نظر شد. در ادامه، آزمون انحراف از تعادل هاردی واینبرگ برای SNPها بعنوان معیار خطای تعیین ژنوتیپ انجام شد و SNPهایی که با شدت=10-6  β  از تعادل هاردی وایبنرگ انحراف داشتند از مجموع داده‌ها حذف شدند. سطح اطمینان 10-6 با استفاده از رابطه‌ی بنفرونی (α/n = β) بدست آمد که در این رابطه α درصد خطای آزمون است که 05/0 در نظرگرفته شد و n ‌ نیز تعداد کل نشانگرها به معنای تعداد آزمون‌ها است. در این مطالعه فقط از داده‌های کروموزوم‌های اتوزوم استفاده شد بنابراین، SNPهای کروموزوم‌های جنسی نیز حذف شدند.

عدم تعادل لینکاژی: عدم تعادل لینکاژی (LD) به ارتباط غیر تصادفی آلل‌ها اشاره دارد (8). میزان LD‌ بین جفت SNPها با استفاده از آماره‌ی r2‌ تخمین زده شد و مطابق رابطه (۱) محاسبه گردید.

 

در این فرمول = FA1B1 – FA1FB1 D' و FA1 ، FA2 ، FB1 و FB2 مقدار فراوانی‌ آللی را نشان می‌دهند. مقدار 2r بین صفر و یک متغییر است. 1= 2r نمایانگر این است که دو جایگاه در LD کامل هستند و بنابراین همبستگی دو جایگاه صددرصد است. همچنین، 0= 2r نیز نشان دهنده عدم وجود LD بین دو جایگاه است. یک پارامتر مهم دیگر برای تخمین عدم تعادل لینکاژی آماره D'  است. با این حال، r2 در مقایسه با D' تخمین بهتری از LD می­زند زیرا به میزان کمتری به فراوانی آللی و اندازه جمعیت وابسته است.

اندازه موثر جمعیت: اندازه مؤثر جمعیت یک پارامتر مهم برای ارزیابی تنوع ژنتیکی  و میزان همخونی در جمعیت دام و توسعه آن در طول زمان است.  با ظهور  SNPchip‌هایی با تراکم بالا و بدنبال آن تکنولوژی تعیین ژنوتیپ با دقت بالا، اطلاعات قابل توجهی برای برآورد دقیق تر Ne فراهم شد، این مجموعه بزرگ از داده‌ها به بهبود درک ما از تاریخچه جمعیت کمک می‌کنند. اندازه گیری دقیق اندازه مؤثر جمعیت در دام‌ها نیازمند اطلاعات با کیفیت و مهارت‌های تخصصی برای محاسبه و تجزیه و تحلیل است (10). 

در مطالعه حاضر، اندازه موثر جمعیت با استفاده از فایل‌های map و ped‌ ورودی Plink‌ در نرم‌افزار SNeP  (3) تخمین زده شد. این نرم‌افزار Ne را براساس LD‌ و طبق فرمول Corbin تخمین می‌زند (3). رابطه 2:

رابطه 1:

 

در این فرمول  تخمینی از اندازه موثر جمعیت در t  نسل قبل،  نرخ نوترکیبی t‌ نسل قبل،  میزانLD ‌ و  عددی ثابت برای تصحیح جهش است.

نتایج

از 31 راس اسب نژاد کرد تعداد 65157SNP  تعیین ژنوتیپ شدند. با انجام مراحل کنترل کیفیت با استفاده از نرم‌افزار Plink (11) یک حیوان به دلیل عدم تعیین ژنوتیپ بیش از 5 درصد جایگاه‌ها حذف شد. همچنین، تعداد 4233SNP که فراوانی آلل حداقل (MAF) کمتر از 01/0 داشتند، تعداد 1937 SNP به دلیل ژنوتیپ از دست رفته و 10SNP‌ به دلیل عدم تعادل هاردی واینبرگ (hwe< 10-6) از مجموعه داده‌ها حذف شدند. در نهایت ۳۰ حیوان و تعداد 58977 SNP کنترل کیفیت را پشت‌سر گذاشتند. از این تعداد 2919SNP که متعلق به کروموزوم‌‌های جنسی بودند و نیز تعدادی SNP با جایگاه تکراری نیز حذف شدند. در انتها، 56012  SNP (96/85 درصد از کل SNPها) برای انجام آنالیزها باقی ماندند.

توزیع نشانگرهای SNP بروی کروموزوم‌های اتوزوم:  تعداد SNPها بروی کروموزوم‌ها از 579 تا 4394 متغییر بود که بیشترین مقدار آن بروی کروموزوم یک مشاهده شد. متوسط فاصله بین SNPها نیز از 5/36291 تا 48/47230 bp متغییر بود، که بترتیب در کروموزوم‌های 24و 26 مشاهده شد (جدول1)، که نشان می‌دهد تراکم SNP در کروموزوم 24 بیشتر از سایر کروموزوم‌ها است. متوسط فاصله بین نشانگرها 213/40kb‌ تخمین زده شد. همچنین، متوسط r2 بین نشانگرها نیز به تفکیک کروموزوم‌ها از 041/0 تا 057/ تخمین زده شد که بیشترین r2 مقدار در کروموزوم 11 مشاهده شد (جدول ۱). متوسط r2  بین جفت SNPها به تفکیک کروموزوم‌ها 046/0 محاسبه شد.

فاصله بین SNPها و عدم تعادل لینکاژی: عدم تعادل لینکاژی را با استفاده از پارامتر r2  بررسی کردیم که خلاصه‌ی نتایج آن در شکل ۱ آورده شده است. نتایج نشان دهنده این موضوع است که با افزایش فاصله‌ی بین SNPها، r2   کاهش می‌یابد و این کاهش تا فاصله‌ی 100kb بصورت محسوس‌تری قابل مشاهده است و در فاصله 10kb به نصف می‌رسد (شکل 1). همچنین، نشان داده شد که با افزایش فاصله بین SNPها تعداد SNP هایی که در این محدوده‌ها قرار می‌گیرند بیشتر می‌شود و در فاصله‌ی 2000 تا 5000kb بیشترین تعداد SNP وجود دارد (4159299SNP ). میانگین r2 در تمام SNPها 19/0 تخمین زده شد.

اندازه موثر جمعیت: محاسبات مربوط به اندازه موثر جمعیت با استفاده از نرم‌افزار SNeP1.1‌ (3) انجام شد. همانطور که در شکل 2 نیز مشاهده می‌شود هر چه از نسل‌های اجدادی دورتر شده و به نسل‌های امروزی نزدیک‌تر می‌شویم تعداد افراد در جمعیت کاهش می‌یابد. روند نزولی تا 500 نسل قبل شیب کندتری داشته، بطوری که از تعداد 6674 راس در نسل 4463 به تعداد 1627 راس در نسل 554 کاهش یافته است. در حالی که از نسل 554 تا نسل حاضر 1601 راس کاهش داشته است و در نسل حاضر به 26 راس رسیده است.

 

 

جدول 1- توزیع نشانگرها و تغییرات r2‌ در هر کروموزوم

Table 1- Distribution of markers and r2 changes per chromosome

 

 

 

شکل 1- بررسی تغییرات r2 و تعداد SNPها در فواصل مختلف بین نشانگرها. ستون‌ها نشان‌دهنده تعداد SNPها در فواصل مختلف و نمودار خطی نشان دهنده تفییرات r2‌ می‌باشد.

Fig. 1. Examination of changes in r2 and number of SNPs at different distances between markers. The columns indicate the number of SNPs at different distances and the line graph indicates changes in r2.

 

شکل 2- اندازه موثر جمعیت (Ne) اسب نژاد کرد در نسل‌های مختلف

Fig. 2. Effective population size (Ne) of Kurdish horse breed in different generations

 

بحث

 

با توجه به ویژگی‌های نژادهای اسب ایرانی و تقاضای صادرات، شناسایی، حفظ و تکثیر آنها اهمیت یافته است. اسب کرد یکی از نژادهای بومی ایران است که با داشتن ویژگی‌های خاص از سایر نژادهای بومی ایران متمایز می‌شود. نظری و همکاران نشان دادند که می‌توان جمعیت‌های اسب ایرانی را به دو دسته اسب‌های سواحل شرقی و جنوبی دریای مازندران تقسیم کرد (ترکمن و کاسپین) و اسب‌های جنوب غربی ایران (اصیل و دره شوری) (12). در این مطالعه برای اولین بار اندازه موثر در جمعیت اسب کرد با استفاده از LD‌ بررسی گردید. متوسط r2 در فاصله کمتر از 100kb‌ در این مطالعه (204/0) تقریبا برابر با r2 در همین فاصله در گوسفندان نژاد دورپر و موتون آلمانی در مطالعه Zhao و همکاران (2014) است (8). در اسب جیجو بیشترین کاهش LD  در فاصله‌ کمتر از 1Mb‌ گزارش شد  و بعد از این فاصله روند کاهشی کندتر شد (7). در مطالعه‌ Corbin و همکاران (13) در فاصله 200kb‌ بیشترین کاهش در LD‌ مشاهده شد و تقریبا r2 به نصف کاهش پیدا کرد. در مطالعه ما r2 در فاصله‌ی 10kb‌ شدیدترین کاهش را نشان داد و به نصف رسید. همچنین r2 در فاصله‌ی 10kb‌ بیشترین کاهش را نشان داد و به نصف رسید در صورتی‌که در مطالعه­ی دیگری‌ (14) در فاصله‌ی 200kb‌ بیشترین کاهش را نشان داده بود. کاهش اندازه r2  با افزایش فاصله نشان می‌دهد چه تعداد نشانگر برای مطالعات ژنومی‌ مورد نیاز می‌باشد. در مطالعه‌ حاضر بین طول کروموزوم و LD‌ رابطه‌ایی مشاهده نشد در حالی که بین طول کروموزوم و LD‌ در مطالعه‌ی Corbin‌ و همکاران (13) رابطه عکس و در مطالعه Khatkar و همکاران (2008) این رابطه مستقیم گزارش شد (15). نتایج ما نشان­دهنده کاهش در اندازه موثر جمعیت نژاد اسب کرد است و همان‌طور که نشان داده شد اندازه موثر جمعیت اسب نژاد کرد به 26 راس رسیده است. در حالی که، در اسب جیجو در ۱ تا ۵ نسل قبل تعداد آن به 41 راس رسیده بود (7). این در حالی است که اندازه موثر جمعیت در اسب تروبرد در مطالعه Lee و همکاران (2104) تا 10 نسل قبل روند کاهشی داشته است اما بعد از آن تا نسل حاضر روند افزایشی نشان داده است (16). اندازه موثر جمعیت برابر با ۵۰‌ برای کاهش هم‌خونی در بیش از ۵ نسل در جمعیت‌های وحشی کافی نیست بلکه اندازه موثر حداقل 100 می‌تواند از هم خونی جلوگیری کند و موجب حفظ تنوع شود. با این حال، حتی اندازه موثر 500 نیز برای حفظ پتانسیل تکامل مناسب نیست. بنابراین، بهترین اندازه موثر جمعیت برای حفظ پتانسل تکامل 1000 در نظر گرفته شده است (8، 17). در مطالعه Bazvand و همکاران (2024) که ساختار جمعیت در سه اسب ایرانی ترکمن، کاسپین، کرد، عربی، Fell pony‌ و آخال تکه مورد بررسی قرار گرفت، اسب کرد کمترین همخونی را نشان داد (18). این نشان دهنده تنوع ژنتیکی بالاتر در اسب نژاد کرد در بین این نژادها است. این نتایج با مطالعه Yousefi و همکاران (19) و Ala Amjadi و همکاران (20) نیز همخوانی دارد. در مطالعه Yousefi و همکاران (19) که میزان هتروزیگوزیستی در سه اسب تروبرد، عرب ایرانی و کرد بررسی شد، هتروزیگوسیتی در اسب کرد (342/0) بالاتر از سه نژاد دیگر گزارش شد که نشان دهنده تنوع بیشتر اسب کرد نسبت به اسب عرب و تروبرد است. با این حال، با توجه به اینکه اندازه موثر جمعیت در اسب کرد ایرانی 26 تخمین زده شده است و از حد آستانه کمتر است این نژاد نیاز به توجه بیشتر دارد.

نتیجه‌گیری

اسب‌های بومی همانند دیگر حیوانات بومی می‌توانند خود را در برابر فشارهای محیطی، آب و هوا و بیماری‌ها تطبیق دهند. بنابراین، نیاز پرورش آن به توجه بیشتری نیاز دارد. عدم مدیریت و برنامه‌ریزی‌های غلط منجر به کاهش اندازه جمعیت می‌شود و این مسئله باعث افزایش هم‌خونی و کاهش تنوع درون جمعیت‌ و بدنبال آن کاهش مقاومت به عوامل بیماری‌زا و افزایش بیماری‌های ژنتیکی خواهد شد. در حالی که لازم است برای حفظ ذخایر ژنتیکی و ازدیاد آن‌ها طرح‌ها و برنامه‌های اصلاح نژادی مناسب داشته باشیم. امروزه با استفاده از تکنولوژی‌های پیشرفته و نسبتا ارزان تعیین ژنوتیپ، می‌توان به ژنوتیپ هر جمعیت پی‌برد و از طریق آن انتخاب را بهتر و با اطمینان بیشتری انجام داد. از آنجایی که انتخاب ژنومیک بهترین راه برای رسیدن به اهداف اصلاح نژادی است توصیه می‌شود به این مهم بیشتر پرداخته شود. تخمین اندازه موثر جمعیت که مسئله مطرح شده در این مطالعه نیز بود از طریق تعیین نشانگرهای SNP‌ و عدم تعادل لینکاژی بهتر و با دقت بالاتری تخمین زده می‌شود. پیشنهاد می‌شود که با توجه به اینکه نژادهای بومی در همه جای دنیا مورد توجه هستند و برای حفظ تنوع و افزایش کمی و کیفیت تعداد افراد در جمعیت‌ها تلاش‌هایی صورت می‌گیرد، در ایران نیز با استفاده از تکنولوژی‌های موجود برای انجام بهتر برنامه‌های اصلاح نژادی و کمک به حفظ گونه‌ها و نژادهای بومی تلاش شود تا در آینده دور شاهد از بین رفتن نژادهای بومی نباشیم.

منابع

1. Tenesa A, Navarro P, Hayes BJ, Duffy DL, Clarke GM, Goddard ME, Visscher PM. Recent human effective population size estimated from linkage disequilibrium. Genome Res. 2007;2:520-526.

2. Flury C, Tapio M, Sonstegard T, Drögemüller C, Leeb T, Simianer H, Rieder S. Effective population size of an indigenous Swiss cattle breed estimated from linkage disequilibrium. J Anim Breed Genet. 2010;127(5):339-347.

3.Barbato M, Orozco-ter Wengel P, Tapio M, Bruford MW. SNeP: A tool to estimate trends in recent effective population size trajectories using genome-wide SNP data. Front Genet. 2010;6:109.

4. Kim E, Kirkpatrick BW. Linkage disequilibrium in the North American Holstein population. International Society for Animal Genetics, Anim Genet. 2009; 2000:279-288.

5. Qanbari S, Pimentel ECG, Tetens J, Thaller G, Lichtner P, Sharifi AR, Simianer H. The pattern of linkage disequilibrium in German Holstein cattle. Anim Genet. 2010; 41(4):346-356.

6. Hayes BJ, Visscher PM, McPartlan HC, Goddard ME. Novel multilocus measure of linkage disequilibrium to estimate past effective population size. Genome Res. 2003;13(4): 635-643.

7. Do KT, Lee JH., Lee HK, Kim J, Park KD. Estimation of effective population size using single-nucleotide polymorphism (SNP) data in Jeju horse. J Anim Sci Technol. 2014; 56(1):28.

8. Zhao F, Wang G, Zeng T, Wei C, Zhang, L, Wang H, Zhang SH, Liu R, Liu Z, Du L. Estimations of genomic linkage disequilibrium and effective population sizes in three sheep populations. Livest Sci. 2014; 170:22-29.

9. Prieur V, Clarke SM, Brito LF, McEwan JC, Lee MA, Brauning R, Dodds KG, Auvray B. Estimation of linkage disequilibrium and effective population size in New Zealand sheep using three different methods to create genetic maps. BMC Genet. 2017;18(1):68. 

10. Hall SJG. Effective population sizes in cattle, sheep, horses, pigs and goats estimated from census and herdbook data. Animal. 2017;10(11):1778-1785.

11. Purcell S, Neale B, Todd-Brown K, Thomas L, Ferreira MAR, Bender D, Sham, PC. PLINK: A tool set for whole-genome association and population-based linkage analyses. Ame J Hum Genet. 2007;81(3): 559-575.

12. Nazari F, Seyedabadi HR, Noshari A, Emamjomeh Kashan N, Banabazi MH. Assignment test in Kurdish horse population using SNP chip. J Anim Environ. 2023; 15(4):33-40.

13. Corbin LJ, Blott SC, Swinburne JE, Vaudin M, Bishop SC, Woolliams JA. Linkage disequilibrium and historical effective population size in the Thoroughbred horse. Anim Genet. 2010; 41(2):8-15.

14. Mohammadi H, Rafat SA, Moradi Shahrbabak H, Shodja J, Moradi MH. Estimation of linkage disequilibrium and whole-genome scan for detection of loci under selection associated with body weight in Zandi sheep breed. Agric Biotechnol J. 2017;9(4):151-172. [in Persian]

15. Khatkar MS, Nicholas FW, Collins AR, Zenger KR, Cavanagh JA, Barris W, Schnabel RD, Taylor JF, Raadsma HW. Extent of genome-wide linkage disequilibrium in Australian Holstein-Friesian cattle based on a high-density SNP panel. BMC Genom. 2008;9:187.

16. Lee YS, Woo Lee J, Kim H. Estimating effective population size of thoroughbred horses using linkage disequilibrium and theta (4Nμ) value. Livest Sci. 2014;168:32-37.

17. Frankham R, Bradshaw CJA, Brook BW. Genetics in conservation management : Revised recommendations for the 50/500 rules, Red List criteria and population viability analyses. Biol Conserv. 2014;170: 56-63.

18. Bazvand B, Rashidi A, Zandi MB, Moradi MH, Rostamzadeh J. Genome-wide analysis of population structure, effective population size and inbreeding in Iranian and exotic horses. PLoS ONE. 2024;19(3): e0299109.

19. Yousefi-Mashouf N, Mehrabani-Yeganeh H., Nejati-Javaremi A, Bailey E, Petersen JL. Genomic comparisons of Persian Kurdish, Persian Arabian and American Thoroughbred horse populations. PLoS One. 2021;16(2):e0247123.

20. Ala Amjadi M, Mehrbani Yeganeh H, Sadeghi M, Abbas Raza SH, Yang J, Amirpour Najafabadi H, Batool U, Shoorei H, Abdelnour SA, Zaheer Ahmed J. Microsatellite analysis of genetic diversity and population structure of the Iranian Kurdish horse. J Equine Vet Sci. 2021;98: 103358.

 

 

132

 

---