بررسي ساختار جمعيتي گاوهاي بومي ايران با استفاده از تحليل افتراقي مولفه هاي اصلي

Investigation of the Population Structure in Iranian Native Cattle using Discriminant Analysis of Principal Components

مديريت موثر منابع ژنتيكي در دام هاي اهلي مبتني بر شناخت ساختار و تنوع ژنتيكي جمعيت ها است. به كارگيري داده هاي حجيم ژنومي جهت شناسايي ارتباط ژنتيكي ميان جمعيت ها نيازمند استفاده از روش هايي است كه ابعاد و پيچيدگي اين داده ها را كاهش دهند. هدف از تحقيق حاضر استفاده از روش تحليل افتراقي مولفه هاي اصلي جهت بررسي ساختار ژنتيكي جمعيت گاوهاي بومي ايران بر اساس داده هاي حاصل از نشانگرهاي متراكم چندشكل تك نوكلئوتيدي بوده است. تعداد 90 راس گاو از هشت جمعيت مختلف از گاوهاي بومي كشور شامل نژادهاي سرابي، سيستاني، كردي، كرماني، مازندراني، تالشي، نجدي و پارس مورد نمونه برداري قرار گرفتند. تعيين ژنوتيپ نمونه ها با استفاده از Illumina BovineHD SNP chip شامل 777962 جايگاه SNP انجام گرفت. فواصل ژنتيكي ميان نژادهاي مختلف بر اساس تفاوت در فراواني هاي آللي جمعيت ها تعيين شد. تحليل افتراقي مولفه هاي اصلي به كمك بسته adegenet در نرم افزار R بر روي داده ها اجرا شد. دو نژاد پارس و كرماني كمترين فاصله ژنتيكي را در بين نژادهاي مورد بررسي داشتند و بيشترين فاصله ژنتيكي ميان دو نژاد كردي و سيستاني مشاهده شد. تعداد سه خوشه ژنتيكي بر اساس روش K-means به عنوان مناسب ترين تعداد گروه استنتاج شده جهت اجراي تحليل افتراقي مولفه هاي اصلي مورد انتخاب قرار گرفت. نتايج اين تحقيق وجود سه گروه ژنتيكي عمده را در بين گاوهاي بومي ايران ثابت كرد. جمعيت هاي مازندراني و تالشي در انطباق با توزيع جغرافيايي اين نژادها، در خوشه يكساني قرار گرفتند. همچنين، نژادهاي پراكنده شده در مناطق كوهستاني شمال غرب كشور (سرابي و كردي) و نژادهاي مناطق جنوبي كشور (سيستاني، كرماني، پارس و نجدي) دو گروه ژنتيكي متمايز ديگر را تشكيل دادند. تحليل افتراقي مولفه هاي اصلي به خوبي توانست موجب تفكيك گروه هاي ژنتيكي مرتبط با افراد نژادهاي مختلف شود. ساختار ژنتيكي شناسايي شده در پژوهش حاضر مي تواند در طراحي برنامه هاي حفاظت ژنتيكي براي گاوهاي بومي ايران به كار گرفته شود.

Effective management of genetic resources in the domestic animals is based on characterization of genetic structure and diversity among populations. Strategies reducing complexity and dimensions of data are required to analyze the genetic relationships between populations based on dense genomic data. The objective of this study was to use the discriminant analysis of principal components (DAPC) for investigating the genetic structure of the Iranian native cattle based on a high-density single nucleotide polymorphism data. Samples were genotyped using Illumina BovineHD SNP chip containing 777962 SNPs. Genetic distances among different breeds were determined based on allele frequencies of populations. Discriminant analysis of principal components was performed using "adegenet" package in the R software. Pars and Kermani breeds had the lowest genetic distances among studied breeds and the highest genetic distances were observed between Kurdi and Sistani breeds. Three numbers of genetic clusters were selected as the best number of inferred groups to perform discriminant analysis of principal components. Results from this study confirmed that there were three main genetic groups among Iranian native cattle. In accordance with geographical distribution, Mazandarani and Taleshi breeds were classified as the same cluster. In addition, other two distinct genetic groups included breeds distributed on the North West mountainous area of the country (Sarabi and Kurdi) and those can be found in the Southern area (Sistani, Kermani, Najdi and Pars). Discriminant analysis of principal components could well distinguish individuals from different genetic groups. Genetic structure identified in the current study can be applied to design the genetic conservation programs for Iranian native cattle