نقش عدم تعادل لینكاژ در برنامه های اصلاحی

به گزارش «سرویس آموزشی» «ماکی دام - پایگاه خبری صنعت دام، طیور و آبزیان»؛ انتخاب با کمک نشانگر به‌عنوان ابزاری برای انتخاب موثر در جوامع دامی و گیاهی کاربرد دارد. این روش، از نشانگرهای مولکولی جهت دنبال کردن الگوی توارثی QTL ها در طول شجره استفاده می‌نماید (دکرز و هاسپیتال، ۲۰۰۲).

استفاده از اطلاعات نشانگرهای مولکولی مرتبط با QTL ها می‌تواند باعث افزایش بهبود ژنتیکی گردد (سولر و بکمن، ۱۹۸۳). فرض اساسی این روش انتخاب این است که هاپلوتایپ‌ها در برخی جایگاه‌های ژنی در عدم تعادل لینکاژ با آلل‌های QTL مؤثر بر صفات موردنظر می‌باشند (سارگلزائی و همکاران، ۲۰۰۵).

تراکم نشانگرها باید به میزان کافی بالا باشد تا مطمئن شویم که کل QTL ها در عدم تعادل لینکار بایک نشانگر یا هاپلوتایپ‌های نشانگر هستند (سولبرگ و همکاران، ۲۰۰۸).

SNP ها فراوان‌ترین شکل از اشکال متنوع DNA در روی ژنوم هستند که به‌دلیل میزان جهش نسبی کمتر و تعیین ژنوتیپ آسان‌تر، بیش از سایر نشانگرهای ژنتیکی پیشنهاد می‌شوند و به‌طور معمول جهت تعیین موقعیت QTL ها برای صفات پیچیده استفاده می‌شوند (کلبه داری و همکاران، ۲۰۰۷).

موفقیت در نقشه‌یابی QTL به میزان عدم تعادل لینکاژ بین نشانگرها و ژن‌های ایجادکننده صفت بستگی دارد (لونتین و کوجیما، ۱۹۶۰). میزان عدم تعادل لینکار مطلوب در جوامع مختلف دامی، متفاوت است (پریچارد و پرورسکی، ۲۰۰۱، آردلی و همکاران، ۲۰۰۲ و خاو و همکاران، ۲۰۰۵).

نشانگرهای ژنتیکی

نشانگر ژنتیکی یک محل فیزیکی قابل تشخیص از یک کروموزوم است که توارث آن قابل پیگیری است. نشانگر ژنتیکی می‌تواند جزئی از یک ژن فعال یا یک قسمت از مولکول DNA بدون فعالیت کدکنندگی باشد (دکرز و هاسپیتال، ۲۰۰۲).

نشانگرهای ژنتیکی به‌منظور مطالعه ارتباط بین یک صفت اتوارثی و علت ژنتیکی آن به‌کار می‌روند. نشانگرهایی که نزدیکQTL قرار دارند می‌توانند با QTL متصل شوند.

لینکار نشانگر و QTL، همراه با اطلاعات نشانگری و فنوتیپی، به‌عنوان یک روش غیرمستقیم جهت دنبال کردن الگوی توارثی QTLها به کار می‌رود (لیو، ۲۰۰۶).

نشانگرها را می‌توان به سه گروه اصلی طبقه‌بندی کرد: نشانگرهای فنوتیپی، نشانگرهای بیوشیمیایی و نشانگرهای مبتنی بر توالی DNA نشانگرهای مبتنی بر توالی DNA یا نشانگرهای مولکولی، بیشترین نوع نشانگرها می‌باشند که به دلیل فراوانی و مستقل بودن از محیط، کاربرد وسیعی دارند.

از دهه ۱۹۸۰، انواع مختلفی از نشانگرهای مولکولی مورد استفاده واقع شدند. ازجمله نشانگرهای مولکولی RFLPi ، RAPDii ، AFLPiii، SSRiv یا نشانگرهای میکروساتلایت و SNP می باشند (وینتر و کال، ۱۹۹۵).

اندازه گیری عدم تعادل لینکاژ (LD)

اگرچه LD بین نشانگر و QTL نمی‌تواند به‌طور مستقیم مشاهده شود ولی می‌توان آنرا از LD بین نشانگرها پیش‌بینی نمود. عدم تعادل لینکاژ، ارتباط غیرتصادفی آلل‌ها بین دو جایگاه ژنی می‌باشد (لونتین و کوجیما، ۱۹۶۰).

دو نشانگر B , A را که در روی کروموزوم یکسانی هستند درنظر بگیرید. جایگاه ژنی A دارای آلل‌های A2, A1 و جایگاه ژنی B دارای آلل‌های B2 , B1 می‌باشد. چهار هاپلوتایپ ممکن عبارتند از: A1_B1، A1_B2، A2_B1، A2_B2. 

اگر فراوانی‌های آللی در جمعیت، 0/5 باشد، انتظار داریم فراوانی‌های هر چهار هاپلوتایپ در جمعیت، 0/25 شود. هرگونه انحراف فراوانی‌ها از 0/25، بیانگر عدم تعادل لینکاژ می‌باشد (هیز، ۲۰۰۷).

یک معیار اندازه‌گیری LD ، مقدار D می‌باشد که به ضریب عدم تعادل لینکاژ معروف بوده و به‌صورت زیر محاسبه می‌شود (هیل، ۱۹۸۱):

D= freq(Al_BI) * freq( A2 _ B2) – freq(Al_B2) * freq( A2 _ Bl)

آماره D، کاملا وابسته به فراوانی‌های آللی افراد می‌باشد. بنابراین، جهت مقایسه مقدار LD میان چند جفت جایگاه ژنی (مثلا در نقاط متفاوت در طول ژنوم) مفید نمی‌باشد.

هیل و روبرتسون (۱۹۶۸)، یک آماره 3، که کمتر به فراوانی‌های آللى وابسته بود، پیشنهاد نمودند.

r2 = D2 /(freq(Al) * freq(A2) * freq(B1) * freq(B2))

دامنه r2 از صفر، برای جایگاه‌های ژنی فاقد عدم تعادل لینکاژ تا یک، برای یک جفت جایگاه ژنی در عدم تعادل کامل لینکاژ تغییر می‌کند (هیز، ۲۰۰۷). یک معیار دیگر برای اندازه‌گیری عدم تعادل لینکاژ، مقدار D می‌باشد که به D لونتین معروف است (لونتین،۱۹۶۴).

جهت محاسبه D، مقدار D به‌وسیله حداکثر مقدار آن استاندارد می‌شود:

جهت محاسبه D، مقدار D به‌وسیله حداکثر مقدار آن استاندارد می‌شود

آماره‌ی r2 به دو دلیل به آماره‌ی D ترجیح داده می‌شود:

اگر r2 بین یک نشانگر و یک QTL را درنظر بگیریم، سهمی از واریانس ایجاد شده به‌وسیله آلل‌ها در یک QTL می‌باشد که به‌وسیله نشانگر توضیح داده می‌شود (پریچارد و پرورسکی، ۲۰۰۱).

دلیل دوم برای بکارگیری r2 بیش از D به‌عنوان معیار اندازه‌گیری LD این است که مقدار D با اندازه‌های کوچک نمونه یا فراوانی‌های آللی پایین، اریب می‌شود (مکرائی و همکاران، ۲۰۰۲).

معیارهای فوق برای نشانگرهای دو آللی هستند و می‌توانند به نشانگرهای چند آللی مانند میکروساتلایت‌ها بسط داده شوند.

LD به دست آمده ازطریق فرمول r2، معیار مناسبی از عدم تعادل لینکاژ بین نشانگرهای دو آللی است (خاو و همکاران، ۲۰۰۵)، مطالعات بسیاری نشان دادند که D معیار مناسبی از عدم تعادل لینکاژ بین نشانگرهای چند آللی می‌باشد (فارنیر و همکاران، ۲۰۰۰، تنسا و همکاران، ۲۰۰۳).

خاو و همکاران (۲۰۰۵)، مقدار x2 را برای نشانگرهای چند آللی پیشنهاد نمودند:

مقدار x2 را برای نشانگرهای چند آللی پیشنهاد نمودند

که در اینجا

Dij= freq(Ai_Bj)-freq(Ai)freq(Bj)

( freq ( Ai = فراوانی i امین آلل در نشانگر A

( freq ( Bj = فراوانی j امین آلل در نشانگر B

I = حداقل تعداد آلل‌ها در نشانگر A و B

در مورد نشانگرهای دو آللی، X2’ = r2 می باشد. 

بیشتر بدانیم:
بررسی انتخاب به کمک نشانگرها و کاربرد آن در ژنتیک و اصلاح دام

عدم تعادل لینکاژ می تواند به‌وسیله انتخاب، جهش، مهاجرت، محدود بودن اندازه جمعیت و یا سایر رویدادهای ژنتیکی در جمعیت ایجاد شود (لندر و اسچورک، ۱۹۹۴) و به‌وسیله نوترکیبی کاهش داده شود (فالکونر و مک کی، ۱۹۹۷).

همچنین عدم تعادل لینکاژ می‌تواند به‌وسیله آمیخته‌گری دولاین هم‌خون در جمعیت‌های دامی ایجاد گردد. در جمعیت‌های دامی، محدود بودن اندازه جمعیت به دلایل زیر یک عامل کلیدی برای تشکیل LD محسوب می‌شود:

١- اندازه جمعیت مؤثر برای اکثر جمعیت‌های دامی، نسبتا کوچک است که مقدار زیادی LD ایجاد می‌نماید.

۲- عدم تعادل لینکاژ ناشی از آمیخته‌گری، زمان آمیخته‌گری لاین‌های همخون، بزرگ است ولی زمان آمیخته‌گری نژادهایی که فراوانی‌های ژنی آنها بطور مشخص تفاوت ندارند، کوچک است و پس از تعداد کمی نسل، ازبین می‌رود (گوددارد، ۱۹۹۱).

۳- در جوامع کوچک، جهش‌ها احتمالا در نسل‌های خیلی قبل رخ داده‌اند.

۴- اگرچه به‌نظر می‌رسد که انتخاب مهم‌ترین عامل ایجادکننده عدم تعادل لینکاژ است، تاثیر آن تنها به منطقه‌ای از ژنوم محدود می‌شود که دارای ژن‌های تحت انتخاب باشد و بنابراین تاثیر آن هنگامی که میزان LD از میانگین کل LDها در طول ژنوم به‌دست می‌آید ناچیز است (هیز، ۲۰۰۷).

روشهای مختلفی برای ایجاد عدم تعادل لینکاژ در مطالعات شبیه‌سازی وجود دارد. یکی از متداول‌ترین روش‌ها، مدل جهش-رانش است. در این مدل از دو عامل جهش و رانش جهت ایجاد عدم تعادل لینکاژ استفاده می‌شود.

جمعیتی با اندازه موثر پایین درنظر گرفته می‌شود تا این عامل بتواند بطور تصادفی فراوانی آللی را تغییر دهد. در این روش در ابتدا در هر جایگاه نشانگر و QTL، تنها یک آلل درنظر گرفته می‌شود و سپس عامل جهش باعث ایجاد آلل‌های جدید می‌شود.

از تعداد نسل زیاد آمیزش تصادفی برای رسیدن به تعادل بین دو عامل جهش و رانش در تغییر فراوانی آللی استفاده می‌شود. روش دیگر این است که از ابتدا (نسل پایه)، چند شکلی آللی در جایگاه نشانگر وQTL درنظر گرفته می‌شود و معمولا از تعداد نسل محدودی آمیزش تصادفی استفاده می‌شود (موویسن و همکاران، ۲۰۰۱).

پیش بینی مقدار LD با اندازه جمعیت محدود

اگر محدود بودن اندازه جمعیت را به‌عنوان یک فاکتور کلیدی برای رسیدن به عدم تعادل لینکاژ در جوامع دامی بپذیریم، به‌دست آوردن LD مورد انتظار برای یک اندازه از قطعه کروموزومی امکان‌پذیر است (اسود، ۱۹۷۱):

پیش بینی مقدار LD با اندازه جمعیت محدود

که در اینجا

N= اندازه جمعیت محدود

c= طول قطعه کروموزومی بر اساس مورگان

این معادله، کاهش سریع در LD را با افزایش فاصله ژنتیکی پیش‌بینی می‌کند و مقدار کاهش برای جمعیت‌های مؤثر با اندازه بزرگ، بیشتر خواهد بود.

دروس و همکاران (۲۰۰۸) نشان دادند زمانی که یک نشانگر ژنتیکی و QTL در یک جمعیت در عدم تعادل لینکاژ هستند ممکن است در جمعیت دیگر در عدم تعادل لینکاژ نباشند.

نقشه یابی QTL با استفاده از عدم تعادل لینکاژ

از دهه ۱۹۹۰، تلاش‌هایی جهت تعیین ژن‌های منفرد و یا مناطق ژنومی مؤثر بر صفات کمی آغاز شد (هواسچل و مینرت، ۱۹۹۰ و بوونهوئیس و همکاران، ۱۹۹۲).

برخی صفات به‌وسیله ژن‌های منفرد کنترل می‌شوند. ولی بسیاری از صفات مهم اقتصادی به‌وسیله تعداد زیادی ژن کنترل می‌شوند که برخی از این ژن‌ها ممکن است دارای اثر بزرگی باشند بنابراین ژن اصلی نامیده می‌شوند.

این ژن‌ها به اندازه کافی بزرگ هستند تا تشخیص داده شوند و در ژنوم نقشه‌یابی شوند. الگوی توارثی این قبیل ژن‌ها می‌تواند در انتخاب به کار گرفته شود.

هدف از نقشه‌یابی QTL تعیین ارتباط بین ژنوتیپ نشانگر و فنوتیپ صفت در جمعیت‌های آزمایشی می‌باشد (فرناندو و همکاران، ۲۰۰۷).

پیشرفت‌های اخیر، تعیین کل ژنوم را امکان‌پذیر نموده است. به طوری‌که از تعیین توالی جهت تعیین تعداد زیادی جایگاه در روی ژنوم استفاده می‌شود. بنابراین، علاوه بر کاهش هزینه‌های تعیین ژنوتیپ، تعیین LD با کمک نقشه‌های نشانگری با تراکم بالا امکان‌پذیر شده است (سولر، ۱۹۷۸).

هرقدر نشانگرها در روی ژنوم، متراکم‌تر باشند یعنی تعداد هاپلوتایپ‌های نشانگر در روی ژنوم بیشتر باشد، انتظار می‌رود تعداد نشانگرهایی که نزدیک QTL هستند بیشتر شود و LD افزایش یابد.

موفقیت در نقشه‌یابی QTL به وجود LD مناسب بستگی دارد و به‌دست آوردن LD مناسب به یک SNP متراکم‌تر در روی ژنوم نیاز دارد (فرناندو و همکاران، ۲۰۰۷).


نوشته: دکتر محبوبه رستمی (مدرس دانشگاه آزاد واحد چالوس)

برچسب ها: