تمایز بیان ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز (GLUT1) در زمان های متفاوت فیزیولوژیکی در غدد پستانی بزهای عدنی ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

چکیده

لاکتوز، به دلیل خاصیت اسمزی، تعیین کننده حجم شیر پستان می­باشد. پیش ساز ضروری ساخت لاکتوز، گلوکز می­باشد که در پستان غالباً توسط انتقال دهنده نوع 1 گلوکز از خون جذب می­شود. در مطالعه اخیر، سطوح رونوشت برداری ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز در غدد پستانی بزهای عدنی در پیش از زایمان، تولید شیر و زمان خشکی در دو گروه از دامهای با ارزشهای اصلاحی بالا و پایین برای صفت تولید شیر مورد مقایسه قرار گرفت. به همین منظور ابتدا ارزش­اصلاحی به کمک روش رگرسیون تصادفی چند صفتی تخمین زده شد. سپس، از بافت پستانی توسط تفنگ بیوپسی نمونه­برداری صورت گرفت و از روش Real Time PCR برای مطالعه بیان ژن مورد نظر استفاده گردید. براساس نتایج تحقیق حاضر، تمامی عوامل ثابت مدل که شامل گروه ارزش­اصلاحی، مرحله نمونه­برداری و اثر متقابل بین این دو عامل بودند، معنی­دار گردید (005/0>p). همچنین، بیان این ژن فقط در زمان تولید شیر بین دو گروه ارزش­اصلاحی متفاوت بود، به طوری که بیشترین سطح رونوشت برداری در گروه دارای ارزش­اصلاحی بالا مشاهده شد. الگوی رونوشت برداری این ژن در غده پستانی بین دو گروه نیز متفاوت بود، به طوری که حداقل بیان این ژن در گروه با ارزش­اصلاحی بالا در پیش از زایمان بود، اما در گروه دیگر کمترین بیان در زمان تولید شیر بود. مشاهده بیان متفاوت بین دو گروه در زمان تولید شیر می­تواند حاکی از تغییرات نوکلئوتیدی در جایگاه فاکتورهای رونویسی و یا محل اتصال miRNAها باشد

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Differential Gene Expression of Glucose Transporter 1 (GLUT1) in Different Physiological Times in Mammary Glands of Iranian Adani Goats

نویسندگان [English]

  • Salem Marmazi
  • Ali Akbar Masoudi
  • Rasoul Vaez Torshizi
  • Abbas Pakdel
چکیده [English]

Lactose determines the milk volume of mammary gland due to osmotic property. Glucose is essential precursor for lactose synthesis, which is mainly absorbed by glucose transporter 1 from blood to mammary gland. In the current study, the transcription levels of GLUT1 have been investigated during prenatal, milking and drying times in mammary glands of Adani goats having high and low breeding values. At the first, breeding values of the animals were estimated by multi-trait random regression model. Then, the samples were taken by biopsy gun and Real-Time PCR method was applied to study the expression of GLUT1. The results indicated that all fixed factors including breeding value groups, sampling times and interaction between them were significant (p<0.005). In addition, the expression of the gene only was different at milking times between two breeding value groups, so that the high breeding value group showed more transcription levels compared with the other group. The expression pattern of this gene in mammary gland was also different between two breeding value groups. Minimum expression of GLUT1 was observed at the prenatal time in high breeding value group, however low breeding value group presented the lowest expression at the milking time. The expression differences observed between the two groups in milking time could be due to the nucleotide variations in transcription factor or miRNA binding sites. Therefore, analysis of nucleotide polymorphisms need to be investigated in coding and promoter regions of this gene in further studies on Adani goats.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Glucose Transporter 1- Gene Expression - Mammary gland - Milk Yield Breeding Value- Adani Goats

اصل مقاله

تمایز بیان ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز (GLUT1) در زمان­های متفاوت فیزیولوژیکی در غدد پستانی بزهای عدنی ایران

 

سالم مرمضی1، علی اکبر مسعودی*2، رسول واعظ ترشیزی3، عباس پاکدل4

 

1دانشجوی دوره دکتری اصلاح نژاد دام، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس.

2 استادیار گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس.

3 دانشیار گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس.

4 دانشیار گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تهران.

تاریخ دریافت: 19/04/1392، تاریخ پذیرش: 23/09/1392

 

 

چکیده

لاکتوز، به دلیل خاصیت اسمزی، تعیین کننده حجم شیر پستان می­باشد. پیش ساز ضروری ساخت لاکتوز، گلوکز می­باشد که در پستان غالباً توسط انتقال دهنده نوع 1 گلوکز از خون جذب می­شود. در مطالعه اخیر، سطوح رونوشت برداری ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز در غدد پستانی بزهای عدنی در پیش از زایمان، تولید شیر و زمان خشکی در دو گروه از دامهای با ارزشهای اصلاحی بالا و پایین برای صفت تولید شیر مورد مقایسه قرار گرفت. به همین منظور ابتدا ارزش­اصلاحی به کمک روش رگرسیون تصادفی چند صفتی تخمین زده شد. سپس، از بافت پستانی توسط تفنگ بیوپسی نمونه­برداری صورت گرفت و از روش Real Time PCR برای مطالعه بیان ژن مورد نظر استفاده گردید. براساس نتایج تحقیق حاضر، تمامی عوامل ثابت مدل که شامل گروه ارزش­اصلاحی، مرحله نمونه­برداری و اثر متقابل بین این دو عامل بودند، معنی­دار گردید (005/0>p). همچنین، بیان این ژن فقط در زمان تولید شیر بین دو گروه ارزش­اصلاحی متفاوت بود، به طوری که بیشترین سطح رونوشت برداری در گروه دارای ارزش­اصلاحی بالا مشاهده شد. الگوی رونوشت برداری این ژن در غده پستانی بین دو گروه نیز متفاوت بود، به طوری که حداقل بیان این ژن در گروه با ارزش­اصلاحی بالا در پیش از زایمان بود، اما در گروه دیگر کمترین بیان در زمان تولید شیر بود. مشاهده بیان متفاوت بین دو گروه در زمان تولید شیر می­تواند حاکی از تغییرات نوکلئوتیدی در جایگاه فاکتورهای رونویسی و یا محل اتصال miRNAها باشد.

واژه­های کلیدی: انتقال دهنده نوع 1 گلوکز، بیان ژن،  غده پستانی، تولید شیر، بز عدنی.



مقدمه

گلوکز منبع مهم انرژی در زمان تولید شیر و پیش­ساز ضروری برای ساخت لاکتوز در غده پستان محسوب می­گردد. سرنوشت عمده گلوکز در سلول­های اپیتلیال پستان برای سنتز لاکتوز در دستگاه گلژی می­باشد. علاوه براین گلوکز برای سنتز دیگر اجزای شیر مانند اسیدهای چرب نیز مورد استفاده قرار می­گیرد (Mepham, 1987). با توجه به این که لاکتوز مسؤول تعدیل اسمزی ترشحات غده پستان می­باشد و حجم شیر تولیدی را تعیین می­کند (Cant et al., 2002)، تامین مداوم گلوکز از خون اطراف غده پستان برای حفظ تولید شیر ضروری می­باشد. به همین منظور بیش از 85 درصد کل گلوکز بدن به هنگام تولید شیر به سمت غده پستان هدایت می­گردد (Bickerstaffe & Annison, 1974). لذا جذب گلوکز از خون توسط غده پستان نقشی کلیدی در ساخت شیر ایفا خواهد نمود.

انتقال گلوکز از طریق غشاهای پلاسمایی سلول­ها توسط دو خانواده متمایز از انتقال دهنده­های گلوکز انجام می­گیرد (Wood & Trayhurn, 2003). در اکثر بافتها و سلول­ها، گلوکز توسط فرایندهای دوجهتی و مستقل از انرژی یعنی توسط خانواده انتقال دهنده­های تسهیل دهنده گلوکز[1] (GLUT) انتقال می­یابند. با این وجود، در تعداد کمی از سلول­ها، گلوکز به صورت فعال نیز انتقال می­یابد، که توسط فرآیندهای انتقال متصل به سدیم و برعکس گرادیان الکتروشیمیایی (حامل­های حل شده SLC5A) انجام می­شود. جذب گلوکز توسط غده پستان بیشتر از طریق انتقال دهنده­های تسهیل دهنده گلوکز انجام می­شود (Xiao & Cant, 2003; Zhao et al., 1996)، هر چند که انتقال دهنده­های فعال نیز روی انتقال گلوکز در غده پستان تاثیر گذار می­باشند (Zhao et al., 1998; Shah et al., 1999). تاکنون ایزومرهای مختلفی از مولکول­های انتقال دهنده گلوکز در غده پستان شناسایی گردیده­اند، که شامل انتقال دهنده­های نوع 1، 3 و 4 می­باشند (Zhao et al., 1993). انتقال دهنده نوع 1 گلوکز (GLUT1) نوع غالب انتقال دهنده گلوکز در غده پستان در زمان تولید شیر به حساب می­آید (Zhao et al., 1996). بنابراین انتقال دهنده نوع 1 گلوکز نقش مهمی در جذب گلوکز در طی دوره شیردهی دارا می­باشد. ژن این انتقال دهنده، با علامت­های GLUT1 و یا SLC2A1 نامگذاری گردیده و mRNAی این ژن در بز در برگیرنده 2108 باز می­باشد (Yu et al., 2013). این ژن دارای 10 اگزون و 9 اینترون، یک ناحیه پروموتور و چندین افزاینده[2] می­باشد (Ng et al., 2002)، که یک پروتئین 492 اسیدآمینه­ای را کد می­کند (Mueckler et al., 1985). تاکنون چندین چند شکلی در این ژن در انسان شناسایی شده است، که با بیماری­هایی نظیر دیابت در ارتباط هستند (Hodgkinson et al., 2005; Zintzaras & Stefanidis, 2005).

در سلول­های اپیتلیال غده پستان دامهای شیرده، با توجه به غلظت پایین داخل سلولی گلوکز و ارتباط بین میزان مصرف و جذب، پیشنهاد شده است که انتقال گلوکز از پلاسما به داخل سلول یک مرحله محدود کننده برای متابولیسم گلوکز و ساخت لاکتوز باشد (Kahn, 1992). بنابراین به نظر می­رسد رونوشت برداری از ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز در حیوانات با تولید شیر بالا و پایین می­تواند متفاوت باشد، لیکن تاکنون گزارشی در این خصوص ارائه نشده است. بنابراین، در این مطالعه سعی شده است میزان رونوشت برداری ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز بین بزهای عدنی با ارزشهای اصلاحی تولید شیر بالا و پایین را در مراحل مختلف فیزیولوژیکی غده پستان به خصوص در زمان تولید شیر مورد بررسی قرار داده، تا بتوان از تفاوت مشاهده شده در بیان این ژن، برای انجام تحقیقات بعدی و نیز شناسایی چند شکلی­های مرتبط در ناحیه کد کننده و یا پروموتور استفاده گردیده و حیوانات برتر را جهت انتخاب شناسایی نمود.

 

مواد و روشها

حیوانات

بز عدنی که در اصطلاح محلی به آن عیونی و عیانی هم گفته می­شود، یکی از نژادهای بز مهم در جنوب ایران است. این نژاد در ناحیه ساحلی خلیج فارس در استان بوشهر پرورش داده می­شود. طول دوره شیردهی این نژاد تقریباً 4 ماه و کل تولید شیر آن نیز بین 120 تا 180 کیلوگرم شیر می­باشد. در سال 2005 در شهرستان تنگستان واقع در استان بوشهر گله­ای از بزهای عدنی ایجاد شد، که این حیوانات از سراسر استان بوشهر و از دامداری­های کوچک خریداری شده بودند. این گله در شرایط اقلیمی گرم و مرطوب به منظور حفظ ذخایر ژنتیکی و بهبود ژنتیکی بزهای عدنی پایه­گذاری شد. بزهای عدنی حیواناتی پلی­استروس بوده و قابلیت جفتگیری در تمامی فصول سال را دارند، اما فصل عمده جفتگیری آنها از اوایل اردیبهشت تا اواخر خرداد ماه و نیز از اواسط شهریور تا اواسط آبان ماه می­باشد. براساس اطلاعات موجود، بز عدنی می­تواند در طی دو سال سه بار زایش داشته باشد. جفتگیری­ها در این گله به صورت طبیعی بوده و هیچ­گونه برنامه همزمان­سازی فحلی در این گله اجرا نشده است. دو قلوزایی در این گله متدوال بوده، به طوری که 60 تا 70 درصد دوقلوزایی در دام­های با بیش از 3 شکم زایش مشاهده می­گردد. تغذیه گله بیشتر وابسته به مرتع بوده و عمده گیاهان آن توله، ترشک و درختچه اشک می­باشد. علاوه بر این با توجه به شرایط مرتع، در فصول مختلف سال روزانه بین 200 تا 300 گرم جو نیز در اختیار بز­های شیرده قرار می­گیرد.

 

ارزیابی ژنتیکی

به منظور انتخاب حیوانات برای مطالعه بیان ژن، از داده­های سالهای 1385 تا 1391 که شامل 2364 رکورد روز آزمون تولید شیر متعلق به 3 دوره اوّل شیردهی بزهای عدنی بوده است استفاده گردید. این رکوردها مربوط به 375 بز ماده و 19 بز نر بوده که در مرکز اصلاح نژاد بز عدنی واقع در استان بوشهر نگهداری می­شدند.

در درجه اوّل و برای برازش مدل بهینه از درجات متفاوت تابع لژاندر پلی­نومیال برای اثر ژنتیکی افزایشی و محیطی دائمی استفاده شد. در نهایت مدل مورد استفاده برای ارزیابی ژنتیکی، مدل تابعیت تصادفی چند صفتی همراه با تابع لژاندر پلی نومیال درجه 5 (هم برای اثر ژنتیکی افزایشی و هم برای اثر محیطی دائمی) بود، که در آن هر یک از دوره های شیردهی اوّل تا سوّم به عنوان یک صفت در نظر گرفته شدند. این آنالیز با استفاده از نرم افزار WOMBAT انجام گرفت (Meyer, 2007). با توجه به اینکه در این مطالعه هدف بررسی بیان ژن در حیوانات شکم اوّل می­باشد، تنها از ضرایب بدست آمده برای صفت اوّل جهت محاسبه ارزش اصلاحی تولید شیر دوره اوّل شیردهی طبق رابطه زیر استفاده شد:

 

در این رابطه  مجموع ارزش اصلاحی روزهای شیردهی دوره اوّل شیردهی حیوان i ام از روز 5 تا 90 شیردهی می­باشد.  ضرایب لژاندر پلی­نومیال هر کدام از روزهای شیردهی است و  ضرایب ارزش اصلاحی برآورد شده حیوان i ام برای دوره اوّل شیردهی است. با توجه به اینکه این تحقیق روی حیوانات بدون رکورد برای تولید شیر بوده است (حیواناتی که هنوز زایمان اوّل آنها صورت نگرفته است)، برای محاسبه ارزش اصلاحی تولید شیر آنها از ارزش­های اصلاحی والدین آنها طبق رابطه زیر استفاده شد:

 

در این رابطه  ارزش اصلاحی فرزند برای تولید شیر در دوره اوّل شیردهی،  و  نیز به ترتیب ارزش اصلاحی پدر و مادر برای تولید شیر دوره اوّل شیردهی می­باشد.

 

نمونه­برداری از حیوانات

سه حیوان از بین ده حیوان شکم اول که والدین آنها واجد بالاترین ارزش اصلاحی برای صفت تولید شیر بودند و سه حیوان از بین ده حیوان شکم اولی که والدین آنها واجد پایین­ترین ارزش اصلاحی برای صفت تولید بودند در دو  گروه ارزش اصلاحی بالا و ارزش اصلاحی پایین در نظر گرفته شدند. نمونه­برداری از بافت پستان توسط تفنگ بیوپسی[3] در سه مرحله زمانی متفاوت انجام شد. مرحله اوّل مرحله پیش از زایمان اوّل بود که تمامی حیوانات تحت نمونه­برداری در محدوده دو تا شش روز پیش از زایمان و با میانگین چهار روز پیش از زایمان قرار داشتند. مرحله دوم نمونه­برداری 40 روز پس زایمان بود و مرحله سوم نمونه­برداری نیز 115 روز بعد از زایمان و در زمان خشکی حیوانات انجام گرفت. نمونه­های اخذ شده بلافاصله در ازت مایع قرار داده شد و تا زمان استخراج RNA در دمای 80- درجه سانتی­گراد نگهداری شدند.

 

استخراج RNA و ساخت cDNA

به منظور استخراج RNA از بافت پستان، از محلول TRIZOL (سیناژن) همراه با مراحل پیشنهاد شده برای این محلول استفاده گردید. غلظت RNAی حاصل با استفاده از دستگاه اسپکتوفتومتر Genova[4] با طول موج nm 260 تعیین شد و جهت ساخت cDNA از کیت دومرحله­ای RT-PCR (VIVANTIS) استفاده شد.

 

طراحی آغازگر و اندازه­گیری میزان بیان ژن

به منظور اندازه­گیری میزان بیان ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز در بافت پستان بز عدنی از آغازگر رفت 5'GATGATGCGAGAGAAGAAGGT3' و آغازگر برگشت 5'AGTGAAGGCTGTGTTGACGAT3' استفاده شد. این جفت آغازگر براساس توالی این ژن که در پایگاه داده NCBI با شماره JQ343217 ثبت شده طراحی گردیدند (Yu et al., 2013). همچنین GAPDH به عنوان ژن مرجع برای نرمال کردن بیان ژن مورد نظر در این مطالعه مورد استفاده قرار گرفت. آغازگرهای ژن GAPDH براساس توالی AJ431207 پایگاه داده NCBI طراحی شده­اند (Hasvold, 2002) و شامل 5'AGTCAAGGCAGAGAACGGGAA3' و  5'ACAAACATGGGGGCATCAGCA3' به ترتیب به عنوان آغازگر رفت و آغازگر برگشت می­باشند. به منظور سنجش کارایی این واکنش، از سریال رقت لگاریتمی (5 رقت) و از هر رقت 3 تکرار استفاده شد. در واکنش Real Time PCR از هر نمونه نیز 3 تکرار در نظر گرفته شد.

 

شرایط PCR استفاده شده

واکنش Real Time PCR توسط دستگاه مینی­اُپتیکون (Bio-Rad Laboratories, USA) انجام گرفت. واکنش دربرگیرنده 4 میکرولیتر محلول آماده 5x HOT FIREPol® EvaGreen®qPCR Mix Plus دارای ROX ساخت شرکت SBD (Solis BioDyne)، 1 میکرولیتر آغازگرهای رفت و برگشت اختصاصی ژن (غلظت 10 پیکی مول در میکرولیتر)، 1 میکرولیتر cDNA (غلظت 2 نانوگرم در میکرولیتر) و آب تا حجم 20 میکرولیتر بود. طبق پروتکل محلول آماده، مراحل واکنش به صورت ذیل انجام شد: ابتدا یک چرخه دمای 95 درجه سانتی­گراد به مدت 15 دقیقه، سپس 40 چرخه به ترتیب در دمای 95 درجه سانتی­گراد به مدت 15 ثانیه، در دمای 60 درجه سانتی­گراد به مدت 30 ثانیه و در دمای 72 درجه سانتی­گراد به مدت 30 ثانیه، و نهایتا یک چرخه پایانی در دمای 72 درجه سانتی­گراد به مدت 5 دقیقه انجام شد.

 

مقایسات آماری

به منظور انجام مقایسات آماری در ابتدا Ct[5]ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز از Ct ژن مرجع کم شد و آنگاه حاصل تفریق به منظور انجام مقایسات آماری با استفاده از مدل آماری زیر مورد بهره برداری قرار گرفت.

 

در این مدل y تفاوت Ct ژن مرجع و ژن مورد نظر (ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز)، S اثر ثابت مرحله نمونه­برداری، B اثر ثابت گروه ارزش اصلاحی، S*B اثر متقابل بین مرحله نمونه­برداری و گروه ارزش اصلاحی،  a(B) اثر تصادفی حیوان در داخل گروه ارزش اصلاحی، و S*a(B) اثر متقابل بین مرحله نمونه­برداری و حیوان داخل گروه ارزش اصلاحی بوده که به صورت عامل تصادفی در مدل در نظر گرفته شده است. این مدل با استفاده از رویه آماری GLM نرم افزار SAS9.1 و مقایسات بین سطوح توسط آزمون توکی در سطح 5 درصد خطا انجام شد.

 

نتایج

پارامترها و اختصاصی بودن واکنش Real Time PCR

مطالعه میزان بیان ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز در مراحل مختلف فیزیولوژیکی غده پستان بین دو گروه ارزش اصلاحی تولید شیر بالا و پایین توسط Real Time PCR  و روش نسبی بیان ژن انجام شد. آزمایش طبق نمودار منحنی استاندارد خطی می­باشد. شیب خط منحنی استاندارد 195/3- محاسبه گردید، که نشان دهنده کارایی بالا (% 6/105) این مجموعه واکنش­های شیمیایی می­باشد. کارایی واکنش شیمیایی فوق نشان داد، که از این واکنش شیمیایی می­توان با دقت بالا جهت محاسبات بیان ژن نسبی استفاده نمود. علاوه بر این، منحنی استاندارد نشان می­دهد شناسایی غلظت­های خیلی پایین mRNA انتقال دهنده نوع یک گلوکز توسط این واکنش امکان­پذیر است، به عبارت دیگر این واکنش از حساسیّت بالایی برخوردار می­باشد. پارامتر دیگر که برای سنجش کارایی Real Time PCR استفاده می­گردد معیار R2 می­باشد. معیار R2 این واکنش 999/0 است.

در Real Time PCR اختصاصی بودن محصول­های تکثیر یافته با رسم منحنی دمای ذوب محصول­ها بررسی می­شود. منحنی دمای ذوب محصول تکثیر یافته نشان داده که پیک اختصاصی محصول 90 درجه سانتی­گراد می­باشد، که نشان دهنده این مطلب است که محصول تکثیر یافته توسط این جفت آغازگر اختصاصی هستند.

 

بیان ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز

بیان ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز توسط Real Time PCR در بافت غده پستان بزهای عدنی شکم اوّل با استفاده از آغازگرهای اختصاصی در زمانهای قبل از زایمان، تولید شیر و زمان خشکی و در بین دو دسته از بزهای با ارزش اصلاحی تولید شیر بالا و پایین مورد بررسی قرار گرفت. براساس نتایج مدل آماری بکار رفته، تمام اثرات مورد بررسی در این مطالعه روی بیان ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز اثر معنی­داری داشته­اند (005/0>p)، هر چند که بیان ژن نوع 1 انتقال دهنده گلوکز به طور معنی­داری تحت تاثیر اثر گروه ارزش اصلاحی و اثر مرحله نمونه­برداری قرار گرفته است (جدول 1).

بیان انتقال دهنده نوع 1 گلوکز تنها در زمان تولید شیر بین دو گروه ارزش اصلاحی متفاوت بوده است (0001/0>p)، به طوری که رونوشت برداری از این ژن در گروه با ارزش اصلاحی بالا بیشتر از گروه با ارزش اصلاحی پایین بوده است (جدول 1). این در حالی است که در زمان قبل از زایمان و زمان خشکی بین این دو گروه ارزش اصلاحی تفاوت معنی­داری وجود ندارد (05/0<p) (جدول 1). از طرف دیگر مقایسه روند بیان ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز در مراحل مختلف نمونه­برداری در هر دو گروه نیز نتایج جالب توجهی نشان داد. بیان این ژن در گروه با ارزش اصلاحی تولید شیر بالا در زمان قبل از زایمان در مقایسه با زمان­های دیگر حداقل بوده است و حداکثر بیان این ژن در این گروه در زمان خشکی بوده است، در حالی که در زمان تولید شیر بیان این ژن حالت بینابینی داشته است. در گروه با ارزش اصلاحی پایین بیان این ژن الگوی متفاوتی را نشان داد، به طوری که در زمان تولید شیر بیان این ژن حداقل بوده و در زمان خشکی حداکثر بیان این ژن مشاهده گردید. بنابراین، الگوی بیان این ژن در مراحل مختلف بین دو گروه ارزش اصلاحی متفاوت می­باشد. این الگوی متفاوت به دلیل بیان مقادیر متفاوت mRNA این ژن در زمان تولید شیر بین دو گروه ارزش اصلاحی است.

 

بحث

تولید شیر هم از لحاظ پرورش اقتصادی حیوانات اهلی و هم از لحاظ تغذیه نوزادان از اهمیت خاصی برخوردار است. تنوع زیادی بین حیوانات از لحاظ مقدار (حجم) تولید شیر مشاهده می­گردد، که به طور کلی دلایل آن به عوامل مختلف محیطی و ژنتیکی نسبت داده شده است. بطور کلی گزارش شده که حجم شیر توسط مقدار لاکتوز سنتز شده تعیین می­گردد (Cant et al., 2002). گلوکز سوبسترای ضروری سنتز لاکتوز شیر می­باشد (Zhao & Keating, 2007). بنابراین، انتظار می­رود تامین مقادیر زیاد گلوکز برای سنتز لاکتوز در سلول­های اپیتلیال غده پستان یک مرحله محدود کننده باشد (Threadgold & Kuhn, 1984). با این وجود گلوکز نمی­تواند از غشای پلاسمایی عبور و وارد سلول­های اپی­تلیال غده پستان (سلول­های تولید و ترشح کننده شیر) شود (Wood & Trayhurn, 2003). انتقال دهنده نوع 1 گلوکز انتقال دهنده عمده­ای است، که در غده پستان گلوکز را از غشا انتقال می­دهد (Zhao et al., 2004). بر این اساس فرض شده است، که میزان رونوشت برداری ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز در بین حیوانات دارای ارزش اصلاحی تولید شیر بالا و پایین ممکن است متفاوت باشد. در مطالعه حاضر نتایج نشان داد، که تفاوت زیادی بین بزهای عدنی با ارزش اصلاحی تولید شیر بالا و پایین از لحاظ رونوشت برداری از ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز وجود دارد و این تفاوت ممکن است یکی از دلایل بالقوه تاثیر گذار بر میزان تولید شیر باشد. بنابراین، ضرروی است که عوامل موثر بر بیان این ژن مورد مطالعه قرار بگیرد تا بتوان از آن جهت شناسایی بزهای عدنی برتر استفاده نمود. در گاوهای شیری توسط USDA در سال 2012 پروژه­ای روی این ژن شروع شده است، که تا به حال گزارشی از نتایج آن منتشر نشده است. با این حال، این اوّلین مطالعه در این زمینه است که در آن ارتباط ارزش­های اصلاحی تولید شیر با میزان بیان ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز مورد بررسی قرار گرفته و نتایج آن انتشار یافته است. علاوه بر این تاکنون هیچ گونه چند شکلی در ناحیه کد کننده این ژن در حیوانات اهلی گزارش نشده است. بنابراین، فرصت مطالعه ارتباط این ژن با صفات اقتصادی نظیر تولید شیر پیش نیامده است. چند شکلی در این ژن در انسان گزارش شده است و ملاحظه شده است که این ژن با بیماری­هایی نظیر دیابت و دیگر بیماری­ها در ارتباط می­باشد (Hodgkinson et al., 2005; Zintzaras & Stefanidis, 2005). دیابت بیماری است که با میزان نفوذ پذیری گلوکز به داخل سلول­ها در ارتباط می­باشد.

در مطالعه حاضر ملاحظه شد که در شرایط فیزیولوژیکی متفاوت غده پستان، میزان رونوشت برداری ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز نیز متفاوت بوده است. در مطالعات دیگر رونوشت برداری متفاوت این ژن در زمان­های فیزیولوژیکی مختلف نیز مشاهده شده است (Mattmiller et al., 2011; Zhao et al., 2004).  در مطالعه حاضر مشاهده شد که بیان ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز در گروه با ارزش اصلاحی بالا در زمان تولید شیر نسبت به زمان قبل از زایمان (زمان آبستنی) افزایش یافته است. در این راستا، در گاوهای شیرده ملاحظه شده است که روند بیان ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز طی دو هفته قبل از زایمان تا اوج تولید شیر الگوی افزایشی دارد و پس از آن کاهش می­یابد، به طوری که هم سطح زمان زایمان خواهد ماند (Zhao et al., 1996; Komatsu et al., 2005; Zhao & Keating, 2007; Mattmiller et al., 2011). افزایش بیان این ژن در زمان شیردهی نسبت به زمان قبل از زایمان در گروه با ارزش اصلاحی بالا، شاید به دلیل نیاز زیاد به گلوکز جهت تامین انرژی و ساخت مقادیر زیاد لاکتوز در حیوانات با توان بالا می­باشد. در این خصوص گزارش شده که با توجه به نیاز بالای غده پستان گاو شیری به گلوکز در زمان تولید شیر بیان ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز طی اوایل شیردهی نسبت به دوره آبستنی در بافت غده پستان گاو در حدود 100 برابر بیشتر بوده است (Zhao et al., 2004). در مطالعات دیگر نیز چنین یافته­هایی مشاهده شده است، به طوری که بیان این ژن در طی اواخر دوره شیردهی و اوج تولید شیر زمانی که جذب گلوکز بیشتری مورد نیاز است، بیشتر بوده است (Nemeth et al., 2000). علاوه بر این، در مطالعه کنونی ملاحظه می­شود، که بر خلاف گروه با ارزش اصلاحی بالا، در گروه با ارزش اصلاحی پایین رونوشت برداری از ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز در زمان تولید شیر در مقایسه با زمان قبل از زایمان کاهش یافته است. این نتیجه نشان می­دهد که غده پستان حیوانات با توان تولید شیر پایین نیاز کمی به ساخت این انتقال دهنده در زمان تولید شیر دارند و می­توان گفت که انتقال دهنده­هایی که در زمان قبل از زایمان ساخته شده­اند توانایی تامین نیاز غده پستان به گلوکز را دارند. علاوه بر این، این نتایج نشان می­دهند که با اجرای برنامه انتخاب براساس ارزش­های اصلاحی تولید شیر، رونوشت برداری از ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز در غده پستان بزهای عدنی عامل محدود کننده جهت تامین انرژی، سنتز اسیدهای چرب، ساخت لاکتوز و تعیین حجم شیر نخواهد بود.

علاوه بر نتایج فوق، در تحقیق حاضر ملاحظه شد که رونوشت برداری این ژن در زمان قبل از زایمان بین دو گروه ارزش اصلاحی متفاوت نبوده است. این نتیجه گویای این است شرایط رونوشت برداری از این ژن بین دو گروه ارزش اصلاحی در زمان قبل از زایمان یکسان بوده است. علاوه بر این، رونوشت برداری کم این ژن در زمان قبل از زایمان نسبت به زمان تولید شیر، در غدد پستان گروه با ارزش اصلاحی بالا مشاهده شده است. با توجه به اینکه در تحقیقات دیگر نشان داده شده است، که در مرحله آخر آبستنی تقریباً 60 درصد رشد جنین اتفاق می­افتد (Twardock et al., 1973) و در این زمان 33 تا 36 درصد گلوکز بدن به سمت جفت و به منظور تامین نیازهای انرژی جنین هدایت می­شود (Hay et al., 1983). بنابراین انتظار می­رود که بیان ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز در بافت غده پستان بزهای عدنی با ارزش اصلاحی بالا نیز در زمان اواخر آبستنی نسبت به دوره شیردهی کمتر باشد تا جنین فرصت ببیشتری جهت دریافت گلوکز داشته باشد.

نکته قابل استنتاج دیگر از نتایج این تحقیق این است که رونوشت برداری از این ژن در اوائل دوره خشکی نسبت به زمان تولید شیر و قبل از زایمان بیشتر بوده است و بین دو گروه از لحاظ رونوشت برداری این ژن تفاوت معنی داری نبوده است. با توجه به اینکه در این زمان بافت غده پستان در مرحله تجدد سلول­های اپیتلیال به منظور جایگزین شدن با سلول­های فرسوده می­باشد و به گلوکز و انرژی زیادی نیاز دارد، بیان بالای این ژن در این زمان قابل توجیه می­باشد.

 

 

 

 

جدول 1- مقایسه بیان ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز در بین سطوح اثرات عوامل ثابت.

Table 1- Comparison of BLG gene transcription between different levels of fixed effects.

عامل Effect

سطح Level

مقایسات *∆Ct   ∆Ct comparisons

  
 

اثر گروه­های ارزش اصلاحی

Breeding value groups effect

گروه ارزش اصلاحی بالا

High breeding value group

-1.94a

 

گروه ارزش اصلاحی پایین

Low breeding value group

-2.41b

 

خطای استاندارد میانگین

Standard error of mean

0.10

 

اثر مراحل نمونه برداری

Sampling times effect

قبل از زایمان

Before Calving

-3.42b

 

شیردهی

Lactation time

-3.10b

 

خشکی

Drying time

-0.01a

 

خطای استاندارد میانگین

Standard error of mean

0.12

 

اثرات متقابل بین گروه­های ارزش اصلاحی و مراحل نمونه برداری

Interactions between breeding value groups and sampling times

گروه ارزش اصلاحی بالا*قبل از زایمان

High breeding value group*before calving

-3.25c

 

گروه ارزش اصلاحی پایین*قبل از زایمان

Low breeding value group*before calving

-3.59c

 

گروه ارزش اصلاحی بالا*شیردهی

High breeding value group*lactation time

-2.24b

 

گروه ارزش اصلاحی پایین*شیردهی

Low breeding value group*lactation time

-3.96c

 

گروه ارزش اصلاحی بالا*خشکی

High breeding value group*drying time

-0.34a

 

گروه ارزش اصلاحی پایین*خشکی

Low breeding value group*drying time

0.31a

 

خطای استاندارد میانگین

Standard error of mean

0.18

 

*  ∆Ct حاصل تفاوت بین Ct ژن مورد نظر و Ct ژن مرجع می­باشد.

 

 

به طور کلی، بر اساس نتایج حاصل از این تحقیق می­توان بیان نمود که میزان بیان ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز با رشد و توسعه بافت پستان در ارتباط می­باشد. علاوه بر این پیشنهاد می­شود که این ژن به هنگام شیردهی در غده پستان نقش حمایتی ایفاء می­نماید و ممکن است هورمون­های لاکتوژنیک میزان بیان آن را تنظیم کنند. علاوه بر مطالب فوق الذکر، میزان بیان متفاوت این ژن در زمان­های مختلف فیزیولوژیکی غده پستان شاید به دلیل وجود چندین جایگاه فاکتور رونویسی در ناحیه پروموتور این ژن باشد، چرا که تاکنون فاکتورهای رونویسی که اثر آنها روی بیان ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز مشخص شده است زیاد می­باشند که برای نمونه می­توان به فاکتورهای نوع-TBP و فاکتور TBP-مرتبط با TAF (II) 250 اشاره نمود (Santalucia et al., 2005; Muller et al., 2010). این فاکتورهای رونویسی در شرایط فیزیولوژی متفاوت و در پاسخ به عوامل دیگر میزان رونوشت برداری این ژن را تعیین می­کنند. بنابراین بروز هر گونه جهش در جایگاه اتصال این فاکتورهای رونویسی در ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز ممکن است میزان رونوشت برداری این ژن در حیوانات مختلف را تحت تاثیر قرار دهد. علاوه بر این، این جهش­ها ممکن است میزان رونوشت برداری در زمان­های مختلف را تحت تاثیر قرار بدهد. در این مطالعه مشاهده شد که بین بزهای عدنی با ارزش اصلاحی بالا و پایین در زمان تولید شیر از لحاظ رونوشت­برداری این ژن تفاوت وجود دارد که ممکن است دلیل آنها بروز جهش در جایگاه اتصال فاکتورهای رونویسی مربوط به زمان تولید شیر و یا جایگاه اتصال miRNA مخصوص زمان تولید شیر باشد.

تاکنون مطالعات گسترده­ای در خصوص عوامل موثر بر میزان بیان این ژن و افزایش انتقال گلوکز گزارش شده است. گزارش شده که با تیمار کردن سلول­های اپیتلیال غده پستان با فعال کننده AMPK (5 آمینو ایمیدازول 5 کربوکسیدآمید 1 B ریبوفورانوززید) جذب گلوکز و mRNAی انتقال دهنده نوع 1 گلوکز به وضوح افزایش می­یابد (Zhang et al., 2011). این مطلب نشان می­دهد که افزایش در جذب گلوکز ممکن است به دلیل افزایش در بیان ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز باشد. در تعدادی از مطالعات پیشنهاد شده است که Akt بر روی عملکرد انتقال دهنده­های گلوکز تاثیر گذار می­باشد، چرا که مقدار رونویسی ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز را افزایش داده است (Schwertfeger et al., 2003). بنابراین، این امکان وجود دارد که Akt بیان انتقال دهنده­های گلوکز نظیر انتقال دهنده نوع 1 گلوکز در سلول­های اپی­تلیال غده پستان را تحت تاثیر قرار دهد. مطالعات انجام شده در این زمینه نشان می­دهد که ایجاد وقفه در تولید پرولاکتین در غده هیپوفیز، منجر به کاهش انتقال دهنده گلوکز در غده پستان موش صحرایی شده است (Fawcett et al., 1992)، از طرف دیگر گزارش شده است که پرولاکتین منجر به افزایش 5 برابری سطح انتقال دهنده نوع 1 گلوکز در غده پستان می­گردد (Baldwin et al., 1994). بنابراین، هورمون پرولاکتین عامل دیگری است که بر میزان رونوشت برداری این ژن تاثیرگذار می­باشد. علاوه بر موارد فوق، گلوکوکورتیکوئیدها روی انتقال گلوکز از جفت جنین انسان، موش صحرایی و موش تاثیر گذار بوده­اند (Hahn et al., 1999; Langdown & Sugden, 2001). هر گونه بروز اختلال یا جهش در عوامل ذکر شده فوق نیز می­تواند دلیل مشاهده بیان متفاوت بین گروه­های ارزش اصلاحی در بزهای عدنی باشد. بنابراین توصیه می­شود مطالعات تکمیلی در این خصوص انجام شود.

 

نتیجه­گیری

در سال­های اخیر و به منظور شناسایی حیوانات برتر و کاهش هزینه­های اصلاح نژادی تمرکز ویژه­ای بر مطالعات ژنتیک مولکولی شده است. نتایج تحقیق حاضر نشان داد، که تفاوت زیادی از لحاظ میزان رونوشت برداری از ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز، انتقال دهنده غالب گلوکز در غده پستان، بین بزهای عدنی با ارزش اصلاحی تولید شیر بالا و پایین وجود دارد. علاوه بر این مشاهده شد که میزان رونوشت برداری این ژن در زمان­های مختلف فیزیولوژیکی در غده پستان نیز با هم متفاوت می­باشد. این تفاوت در حدّی است که الگوی متفاوتی برای بزهای با ارزش اصلاحی بالا و پایین مشاهده شده است. این الگوی بیان ژن در دو گروه به شدّت تحت تاثیر زمان تولید شیر قرار گرفته است. بنابراین به نظر می­رسد ناحیه کدکننده و یا پروموتور ژن انتقال دهنده نوع 1 گلوکز در جمعیت بزهای عدنی ایران متغیّر بوده که باید در مطالعات تکمیلی مورد توجه قرار گیرد.

 

سپاسگذاری

در این تحقیق از داده­های گردآوری شده توسط سازمان جهاد کشاورزی استان بوشهر استفاده شد، همچنین نمونه برداری از بافت پستان با هماهنگی این سازمان از ایستگاه پرورش بز عدنی اخذ شد که به این وسیله از مسؤولین این مرکز بخصوص آقای مهندس نکیسا صمیمانه تشکر و قدردانی می­شود. همچنین از مسؤولین آزمایشگاه­های علوم دامی و بیوتکنولوژی دانشکده کشاورزی دانشگاه تربیت مدرس که همکاری صمیمانه­ای در به ثمر رسیدن آزمایشات این تحقیق داشته­اند سپاسگزاری می­شود.

 

 

منابع

Baldwin SA, Kan O, Whetton AD, Martin S, Fawcett HA, Flint DJ, Wilde CJ (1994). Regulation of the glucose transporter GLUT1 in mammalian cells. Biochemical Society Transactions  22: 814-817.

Bickerstaffe R, Annison EF (1974). The metabolism of glucose, acetate, lipids and amino acids in lactating dairy cows. Journal of Agriculture Science 82:71-85.

Cant JP, Trout DR, Qiao F, Purdie NG (2002). Milk synthetic response of the bovine mammary gland to an increase in the local concentration of arterial glucose. Journal of Dairy Science 85: 494-503.

Fawcett HA, Baldwin SA, Flint DJ (1992). Hormonal regulation of the glucose transporter GLUT I in the lactating rat mammary gland. Biochemical Society Transactions 20: 17S.

Hahn T, Barth S, Graf R, Engelmann M, Beslagic D, Reul JM, Holsboer F, Dohr G, Desoye G (1999). Placental glucose transporter expression is regulated by glucocorticoids. Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism 84: 1445-1452.

Hasvold HJ (2002). Partial caracterization of caprine glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH). http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/AJ431207.1.

Hay WW, Sparks JW, Wilkening RB, Battaglia FC, Meschia G (1983). Partition of maternal glucose production between conceptus and maternal tissues in sheep. American Journal of Physiology 245: E347-E350.

Hodgkinson AD, Page T, Millward BA, Demaine AG (2005). A novel polymorphism in the 5' flanking region of the glucose transporter (GLUT1) gene is strongly associated with diabetic nephropathy in patients with Type 1 diabetes mellitus. Journal of Diabetes and its Complications 19: 65-69.

Kahn BB (1992). Facilitative glucose transporters: regulatory mechanisms and dysregulation in diabetes. Journal of Clinical Investigation 89: 1367-1374.

Komatsu T, Itoh F, Kushibiki S, Hodate K (2005). Changes in gene expression of glucose transporters in lactating and nonlactating cows. Journal of Animal Science 83:557-564.

Langdown ML, Sugden MC (2001). Enhanced placental GLUT1 and GLUT3 expression in dexamethasone-induced fetal growth retardation. Molecular and Cellular Endocrinology 185: 109-117.

Mattmiller SA, Corl CM, Gandy JC, Loor JJ, Sordillo LM (2011). Glucose transporter and hypoxia-associated gene expression in the mammary gland of transition dairy cattle. Journal of Dairy Science 94: 2912-2922.

Mepham TB (1987). Physiology of Lactation.Open University Press. Philadelphia, PA.

Meyer K (2007). WOMBAT: a tool for mixed model analyses in quantitative genetics by restricted maximum likelihood (REML). Journal of Zhejiang University Science B 8:815-821.

Mueckler M, Caruso C, Baldwin SA, Panico M, Blench I, Morris HR, Allard WJ, Lienhard GE, Lodish HF (1985). Sequence and structure of a human glucose transporter. Science 229: 941-945.

Muller F, Zaucker A, Tora L (2010). Developmental regulation of transcription initiation: more than just changing the actors. Current Opinion in Genetics & Development 20: 533-540.

Nemeth BA, Tsang SW, Geske RS, Haney PM (2000). Golgi targeting of the GLUT1 glucose transporter in lactating mouse mammary gland. Pediatric Research 47: 444-450.

Ng DP, Canani L, Araki S, Smiles A, Moczulski D, Warram JH, Krolewski AS (2002). Minor effect of GLUT1 polymorphisms on susceptibility to diabetic nephropathy in type 1 diabetes. Diabetes 51: 2264-2269.

Santalucia T, Sanchez-Feutrie M, Felkin LE, Bhavsar PK, Barton PJ, Zorzano A, Yacoub MH, Brand NJ (2005). Phenylephrine requires the TATA box to activate transcription of GLUT1 in neonatal rat cardiac myocytes. Journal of Molecular and Cellular Cardiology 38: 677-684.

Schwertfeger KL, McManaman JL, Palmer CA, Neville MC, Anderson SM (2003). Expression of constitutively activated Akt in the mammary gland leads to excess lipid synthesis during pregnancy and lactation. Journal of Lipid Research 44: 1100-1112.

Shah SW, Zhao H, Low SY, McArdle HJ, Hundal HS (1999). Characterization of glucose transport and glucose transporters in the human choriocarcinoma cell line, BeWo. Placenta 20: 651-659.

Threadgold LC, Kuhn NJ (1984). Monosaccharide transport in the mammary gland of the intact lactating rat. Biochemical Journal 218: 213-219.

Twardock AR, Symonds HW, Sansom BF, Rowlands EJ (1973). The effect of litter size upon foetal growth rate and the placental transfer of calcium and phosphorus in superovulated Scottish half-bred ewes. British Journal of Nutrition 29: 437-446.

Wood IS, Trayhurn P (2003). Glucose transporters (GLUT and SGLT): expanded families of sugar transport proteins. British Journal of Nutrition 89: 3-9.

Xiao C, Cant JP (2003). Glucose transporter in bovine mammary epithelial cells is an asymmetric carrier that exhibits cooperativity and trans-stimulation. American Journal of Physiology: Cell Physiology 285: C1226-1234.

Yu Q, Zhu L, Lin J, Zhang Q, Tian Q, Hu W, Yang Q (2013). Functional Analyse of GLUT1 and GLUT12 in Glucose Uptake in Goat Mammary Gland Epithelial Cells. PLoS One 8:e65013.

Zhang N, Li QZ, Gao XJ, Yan HB (2011). Potential role of adenosine monophosphate-activated protein kinase in regulation of energy metabolism in dairy goat mammary epithelial cells. Journal of Dairy Science 94: 218-222.

Zhao FQ, Dixon WT, Kennelly JJ (1996). Localization and gene expression of glucose transporters in bovine mammary gland. Comparative Biochemistry and Physiology - Part B: Biochemistry & Molecular Biology 115: 127-134.

Zhao FQ, Glimm DR, Kennelly JJ (1993). Distribution of mammalian facilitative glucose transporter messenger RNA in bovine tissues. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology 25: 1897-1903.

Zhao FQ, Keating AF (2007). Expression and regulation of glucose transporters in the bovine mammary gland. Journal of Dairy Science 90 Suppl 1:E76-86.

Zhao FQ, Miller PJ, Wall EH, Zheng YC, Dong B, Neville MC, McFadden TB (2004). Bovine glucose transporter GLUT8: cloning, expression, and developmental regulation in mammary gland. Biochimca et Biophysica Acta 1680: 103-113.

Zhao FQ, Okine EK, Cheeseman CI, Shirazi-Beechey SP, Kennelly JJ (1998). Glucose transporter gene expression in lactating bovine gastrointestinal tract. Journal of Animal Science 76: 2921-2929.

Zintzaras E, Stefanidis I (2005). Association between the GLUT1 gene polymorphism and the risk of diabetic nephropathy: a meta-analysis. Journal of Humman Genetics 50: 84-91.


Differential Gene Expression of Glucose Transporter 1 (GLUT1) in Different Physiological Times in Mammary Glands of Iranian Adani Goats

 

Morammazi S.1, Masoudi A.A.*2, Vaez-Torshizi R.3, Pakdel A.4

 

1 PhD Student in Animal Genetics and Breeding, Agricultural Faculty, Tarbait Modares University.

2 Assistant professor in Molecular Genetics, Agricultural Faculty, Tarbait Modares University.

3 Associate professor in Animal Genetics and Breeding, Agricultural Faculty, Tarbait Modares University.

4 Associate professor in Animal Genetics and Breeding, Faculty of Agricultural Sciences and Engineering, University College of Agricultural and Natural Resources, Agricultural Science and Natural Resources College, University of Tehran, Karaj, Iran.

 

 

Abstract

Lactose determines the milk volume of mammary gland due to osmotic property. Glucose is essential precursor for lactose synthesis, which is mainly absorbed by glucose transporter 1 from blood to mammary gland. In the current study, the transcription levels of GLUT1 have been investigated during prenatal, milking and drying times in mammary glands of Adani goats having high and low breeding values. At the first, breeding values of the animals were estimated by multi-trait random regression model. Then, the samples were taken by biopsy gun and Real-Time PCR method was applied to study the expression of GLUT1. The results indicated that all fixed factors including breeding value groups, sampling times and interaction between them were significant (p<0.005). In addition, the expression of the gene only was different at milking times between two breeding value groups, so that the high breeding value group showed more transcription levels compared with the other group. The expression pattern of this gene in mammary gland was also different between two breeding value groups. Minimum expression of GLUT1 was observed at the prenatal time in high breeding value group, however low breeding value group presented the lowest expression at the milking time. The expression differences observed between the two groups in milking time could be due to the nucleotide variations in transcription factor or miRNA binding sites. Therefore, analysis of nucleotide polymorphisms need to be investigated in coding and promoter regions of this gene in further studies on Adani goats.

 

Keywords: Glucose Transporter 1- Gene Expression - Mammary gland - Milk Yield Breeding Value- Adani Goats.

 


* نویسنده مسئول: علی اکبر مسعودی                     تلفن: 02148292353                    Email: masoudia@modares.ac.ir

[1] Facilitative Glucose Transporters (GLUT)

[2] Enhancer

[3] تفنگ بیوپسی با اندازه و طول سوزن cm10× g14 و با طول نمونه­برداری 19 میلی­متر، ساخت شرکت BARD

[4]JENWAY, England

[5] Threshold Cycle (Ct)

* Corresponding Author: Masoudi A.A.         Tel: 02148292353                   Email: masoudia@modares.ac.ir

مراجع

Baldwin SA, Kan O, Whetton AD, Martin S, Fawcett HA, Flint DJ, Wilde CJ (1994). Regulation of the glucose transporter GLUT1 in mammalian cells. Biochemical Society Transactions  22: 814-817.
Bickerstaffe R, Annison EF (1974). The metabolism of glucose, acetate, lipids and amino acids in lactating dairy cows. Journal of Agriculture Science 82:71-85.
Cant JP, Trout DR, Qiao F, Purdie NG (2002). Milk synthetic response of the bovine mammary gland to an increase in the local concentration of arterial glucose. Journal of Dairy Science 85: 494-503.
Fawcett HA, Baldwin SA, Flint DJ (1992). Hormonal regulation of the glucose transporter GLUT I in the lactating rat mammary gland. Biochemical Society Transactions 20: 17S.
Hahn T, Barth S, Graf R, Engelmann M, Beslagic D, Reul JM, Holsboer F, Dohr G, Desoye G (1999). Placental glucose transporter expression is regulated by glucocorticoids. Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism 84: 1445-1452.
Hasvold HJ (2002). Partial caracterization of caprine glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH). http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/AJ431207.1.
Hay WW, Sparks JW, Wilkening RB, Battaglia FC, Meschia G (1983). Partition of maternal glucose production between conceptus and maternal tissues in sheep. American Journal of Physiology 245: E347-E350.
Hodgkinson AD, Page T, Millward BA, Demaine AG (2005). A novel polymorphism in the 5' flanking region of the glucose transporter (GLUT1) gene is strongly associated with diabetic nephropathy in patients with Type 1 diabetes mellitus. Journal of Diabetes and its Complications 19: 65-69.
Kahn BB (1992). Facilitative glucose transporters: regulatory mechanisms and dysregulation in diabetes. Journal of Clinical Investigation 89: 1367-1374.
Komatsu T, Itoh F, Kushibiki S, Hodate K (2005). Changes in gene expression of glucose transporters in lactating and nonlactating cows. Journal of Animal Science 83:557-564.
Langdown ML, Sugden MC (2001). Enhanced placental GLUT1 and GLUT3 expression in dexamethasone-induced fetal growth retardation. Molecular and Cellular Endocrinology 185: 109-117.
Mattmiller SA, Corl CM, Gandy JC, Loor JJ, Sordillo LM (2011). Glucose transporter and hypoxia-associated gene expression in the mammary gland of transition dairy cattle. Journal of Dairy Science 94: 2912-2922.
Mepham TB (1987). Physiology of Lactation.Open University Press. Philadelphia, PA.
Meyer K (2007). WOMBAT: a tool for mixed model analyses in quantitative genetics by restricted maximum likelihood (REML). Journal of Zhejiang University Science B 8:815-821.
Mueckler M, Caruso C, Baldwin SA, Panico M, Blench I, Morris HR, Allard WJ, Lienhard GE, Lodish HF (1985). Sequence and structure of a human glucose transporter. Science 229: 941-945.
Muller F, Zaucker A, Tora L (2010). Developmental regulation of transcription initiation: more than just changing the actors. Current Opinion in Genetics & Development 20: 533-540.
Nemeth BA, Tsang SW, Geske RS, Haney PM (2000). Golgi targeting of the GLUT1 glucose transporter in lactating mouse mammary gland. Pediatric Research 47: 444-450.
Ng DP, Canani L, Araki S, Smiles A, Moczulski D, Warram JH, Krolewski AS (2002). Minor effect of GLUT1 polymorphisms on susceptibility to diabetic nephropathy in type 1 diabetes. Diabetes 51: 2264-2269.
Santalucia T, Sanchez-Feutrie M, Felkin LE, Bhavsar PK, Barton PJ, Zorzano A, Yacoub MH, Brand NJ (2005). Phenylephrine requires the TATA box to activate transcription of GLUT1 in neonatal rat cardiac myocytes. Journal of Molecular and Cellular Cardiology 38: 677-684.
Schwertfeger KL, McManaman JL, Palmer CA, Neville MC, Anderson SM (2003). Expression of constitutively activated Akt in the mammary gland leads to excess lipid synthesis during pregnancy and lactation. Journal of Lipid Research 44: 1100-1112.
Shah SW, Zhao H, Low SY, McArdle HJ, Hundal HS (1999). Characterization of glucose transport and glucose transporters in the human choriocarcinoma cell line, BeWo. Placenta 20: 651-659.
Threadgold LC, Kuhn NJ (1984). Monosaccharide transport in the mammary gland of the intact lactating rat. Biochemical Journal 218: 213-219.
Twardock AR, Symonds HW, Sansom BF, Rowlands EJ (1973). The effect of litter size upon foetal growth rate and the placental transfer of calcium and phosphorus in superovulated Scottish half-bred ewes. British Journal of Nutrition 29: 437-446.
Wood IS, Trayhurn P (2003). Glucose transporters (GLUT and SGLT): expanded families of sugar transport proteins. British Journal of Nutrition 89: 3-9.
Xiao C, Cant JP (2003). Glucose transporter in bovine mammary epithelial cells is an asymmetric carrier that exhibits cooperativity and trans-stimulation. American Journal of Physiology: Cell Physiology 285: C1226-1234.
Yu Q, Zhu L, Lin J, Zhang Q, Tian Q, Hu W, Yang Q (2013). Functional Analyse of GLUT1 and GLUT12 in Glucose Uptake in Goat Mammary Gland Epithelial Cells. PLoS One 8:e65013.
Zhang N, Li QZ, Gao XJ, Yan HB (2011). Potential role of adenosine monophosphate-activated protein kinase in regulation of energy metabolism in dairy goat mammary epithelial cells. Journal of Dairy Science 94: 218-222.
Zhao FQ, Dixon WT, Kennelly JJ (1996). Localization and gene expression of glucose transporters in bovine mammary gland. Comparative Biochemistry and Physiology - Part B: Biochemistry & Molecular Biology 115: 127-134.
Zhao FQ, Glimm DR, Kennelly JJ (1993). Distribution of mammalian facilitative glucose transporter messenger RNA in bovine tissues. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology 25: 1897-1903.
Zhao FQ, Keating AF (2007). Expression and regulation of glucose transporters in the bovine mammary gland. Journal of Dairy Science 90 Suppl 1:E76-86.
Zhao FQ, Miller PJ, Wall EH, Zheng YC, Dong B, Neville MC, McFadden TB (2004). Bovine glucose transporter GLUT8: cloning, expression, and developmental regulation in mammary gland. Biochimca et Biophysica Acta 1680: 103-113.
Zhao FQ, Okine EK, Cheeseman CI, Shirazi-Beechey SP, Kennelly JJ (1998). Glucose transporter gene expression in lactating bovine gastrointestinal tract. Journal of Animal Science 76: 2921-2929.
Zintzaras E, Stefanidis I (2005). Association between the GLUT1 gene polymorphism and the risk of diabetic nephropathy: a meta-analysis. Journal of Humman Genetics 50: 84-91.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار