تجزیه و تحلیل تبارشناختی و شباهت‌های ژنتیکی هفت گونه اصلی اسب سانان (جنس Equus) براساس ژنوم میتوکندریایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم دامی، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان

2 گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

3 مرکز تحقیقات ابریشم کشور، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی

چکیده

هدف: تبارشناسی علمی است که به مطالعه روابط تکاملی بین گونه­ها و جمعیت­های جانداران و همچنین تاریخچه تکاملی آنها، تنوع و الگوهای تغییرات جمعیتی می‌پردازد و با ادغام داده‌های ژنومی تبدیل به یک رویکرد قوی در مطالعه سیستماتیک گونه‌ها تحت عنوان فیلوژنومیک شده است. هدف از مطالعه حاضر، بررسی واگرایی و درصد تشابه ژنتیکی همراه با تجزیه و تحلیل تبارشناختی هفت گونه موجود از خانواده اسب­سانان براساس توالی­های ژنوم میتوکندریایی بود.
مواد و روش‌ها: به منظور بررسی واگرایی و تشابه ژنتیکی، به­روزترین توالی­های کامل ژنوم میتوکندریایی همراه با توالی‌های جداگانه نوکلئوتیدی و آمینواسیدی 13 ژن رمزگر پروتئین در هر ژنوم از هفت گونه اصلی اسب سانان شامل E. africanus، E. ferus، E. grevyi، E. hemionus، E. kiang، E. quagga و E. zebra از پایگاه داده‌ای NCBI استخراج و پس از هم­ترازی توالی­ها، براساس شباهت­های ژنتیکی و روابط تبارشناختی با یکدیگر مقایسه شدند.
نتایج: نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل فاصله توالی‌ها براساس ژنوم کامل میتوکندریایی نشان‌دهنده بیشترین شباهت ژنتیکی (9/99 درصد) بین الاغ وحشی آسیایی (E. hemionus) و الاغ تبتی (E. kiang) و کمترین شباهت ژنتیکی (3/92 درصد) بین الاغ وحشی آسیایی (E. hemionus) و اسب پرژوالسکی (E. przewalskii) بود. از حیث تجزیه و تحلیل تبارشناختی گونه E. przewalskii در یک شاخه مجزا و گونه‌های E. africanus، E. grevyi، E. hemionus، E. kiang، E. quagga و E. zebra در خوشه دیگر قرار گرفتند. بررسی توالی‌های نوکلئوتیدی 13 ژن رمزگر پروتئین به ازای هر ژنوم نشان داد در تمامی این ژن‌ها گونه‌های E.kiang و E.hemionus بیشترین شباهت‌های ژنتیکی را با یکدیگر دارند. همچنین کمترین میزان شباهت ژنتیکی گونه ها مربوط به گونه های E.przewalskii و E.asinus بود. به لحاظ تبارشناختی گونه E.przewalskii بیشترین فاصله را از دیگر گونه ها داشت و در خوشه اصلی قرار نگرفت که نتایج حاصل مشابه با بررسی توالی‌های کامل ژنوم میتوکندریایی بود. همچنین نتایج حاصل از بررسی توالی‌های آمینواسیدی 13 ژن رمزگر پروتئین نشان داد که برخلاف توالی‌های نوکلئوتیدی، ممکن است بیشترین و کمترین میزان شباهت ژنتیکی در گونه‌ها متفاوت باشد، اگرچه به طور مشابه گونه‌های E.kiang و E.hemionus بیشترین شباهت را داشتند و کمترین میزان شباهت مربوط به گونه‌های E.przewalskii و E.zebra بود. همچنین از حیث تجزیه و تحلیل تبارشناختی گونه E.przewalskii بیشترین فاصله را از دیگر گونه­ها داشت.
نتیجه‌گیری: این پژوهش نشان داد، بررسی توالی‌های ژنوم‌ میتوکندریایی گونه‌های اسب سانان می‌تواند به تعیین نحوه تکامل و فرآیندهای زیستی در گذشته این گونه‌ها و همچنین، به تعیین نحوه پراکنش و ارتباط بین گونه‌های مختلف از جنس Equus کمک کند. علاوه بر این، امکان خوشه­بندی صحیح گونه­ها بر اساس ژنوم میتوکندریایی وجود دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Analysis of phylogeny and genetic similarities of seven main species of Equidae (Equus genus) based on mitochondrial genome

نویسندگان [English]

  • Amir Hossein Sadeghi 1
  • Farjad Rafeie 2
  • Ramin Abdoli 3
  • Navid Ghavi Hossein-Zadeh 1
1 Department of Animal Science, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran
2 Department of Agricultural Biotechnology, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran
3 Iran Silk Research Centre, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO)
چکیده [English]

Objective
Phylogeny as a science that study the evolutionary relationships between species and populations of organisms, as well as their evolutionary history, diversity and patterns of population changes, by integrating genomic data, has become a strong approach in the study of the systematic of species named phylogenomics. The aim of the present study were divergence study an percent genetic similarity along with phylogenetic analysis of the seven existence species of the Equidae family based on mitochondrial genome sequences.
Materials and methods
In order to investigate genetic divergence and similarity, the most up-to-date complete sequences of the mitochondrial genome along with the separate sequences of 13 protein coding genes per each genome from seven main Equidae species including E. africanus, E. ferus, E. grevyi, E. hemionus, E. kiang, E. quagga and E. zebra were extracted from NCBI database site and compared to each other.
Results
The results of sequence distance analysis based on the complete mitochondrial genome showed that the highest genetic similarity (99.9%) was observed between Asian wild donkey (E. hemionus) and Tibetan donkey (E. kiang) and the lowest genetic similarity (92.3%) was observed between Asian wild donkey (E. hemionus) and Przewalski's horse (E. przewalskii). In terms of phylogenetic analysis, E. przewalskii species was placed in a separate cluster, and E. africanus, E. grevyi, E. hemionus, E. kiang, E. quagga and E. zebra were placed in a another cluster. The analysis of the nucleotide sequences of 13 protein encoding genes per each genome showed that in all these genes E.kiang and E.hemionus species had the most genetic similarity to each other and also the least genetic similarity was observed between E.przewalskii and E.asinus species. In terms of phylogenetic analysis, E.przewalskii species had the highest distance from other species and was not included in the main cluster, which results were similar to the analysis of complete mitochondrial genome sequences. Also, the results of the analysis for the amino acid sequences of 13 protein-coding genes showed that unlike the nucleotide sequences, the highest and least genetic similarity may be different in the species. Although, E. kiang and E. hemionus species had the most genetic similarities, and the lowest genetic similarity of the species was related to E. przewalskii and E. zebra species, and in terms of phylogenetic analysis, E. przewalskii had the highest distance from other species and was not included in the main cluster.
Conclusions
This research showed that the examination of mitochondrial genomes and sequences of Equidae species can help to determine the evolution and biological processes in the past of these species, as well as to determine the distribution and relationship between different species of the Equus genus and the possibility of correct clustering of the species exists based on the mitochondrial genome.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Horse
  • Phylogenetic tree
  • MT genome
  • Clustering

مراجع

Abdoli R, Mazumder TH, Nematollahian S, et al. (2022) Gaining insights into the compositional constraints and molecular phylogeny of five silkworms mitochondrial genome. Int J Biol Macromol 206, 543-552.
Abdoli R, Zamani P, Ghasemi M (2018) Genetic similarities and phylogenetic analysis of human and farm animal species based on mitogenomic nucleotide sequences. Meta Gene 15, 23-26.
Aberle KS, Hamann H, Drögemüller C, et al. (2007) Phylogenetic relationships of German heavy draught horse breeds inferred from mitochondrial DNA D‐loop variation. J Anim Breed Genet 124, 94-100.
Achilli A, Olivieri A, Soares P, et al. (2012) Mitochondrial genomes from modern horses reveal the major haplogroups that underwent domestication. Proc Natl Acad Sci 109, 2449-2454.
Bailey E, Brooks SA (2020) "Horse Genetics: 3d edition," Cabi.
Behura SK (2015) Insect phylogenomics. Insect Mol Biol 24, 403-411.
Bigi D, Perrotta G, Zambonelli P (2014) Genetic analysis of seven I talian horse breeds based on mitochondrial DNA D‐loop variation. Anim Genet 45, 593-595.
Burland TG (1999) DNASTAR's Lasergene sequence analysis software. Bioinform Methods Protoc 71-91
Cardinali I, Lancioni H, Giontella A, et al. (2016) An overview of ten italian horse breeds through mitochondrial DNA. PLoS One 11, e0153004.
Chial H, Craig J (2008) mtDNA and mitochondrial diseases. Nat Educ 1 (1), 217.
Delsol N, Stucky BJ, Oswald JA, et al. (2022) Analysis of the earliest complete mtDNA genome of a Caribbean colonial horse (Equus caballus) from 16th-century Haiti. PloS One 17, e0270600.
Guo X, Pei J, Bao P, et al. (2019) Complete mitochondrial genome of Equus caballus (Datong horse). Mitochondrial DNA Part B 4, 1223-1224.
Hedrick PW (2005) Genetics of populations. In "Genetics of populations", 737-737.
Jamshidi S, Abdoli R (2023) Percent identity and phylogenetic relationships of Caspian Sea sturgeon species based on mitochondrial genome sequences. J Fish 76 (3), 341-355.
Jiang Q, Wei Y, Huang Y, et al. (2011) The complete mitochondrial genome and phylogenetic analysis of the Debao pony (Equus caballus). Mol Biol Rep 38, 593-599.
Kefena E, Dessie T, Tegegne A, et al. (2014) Genetic diversity and matrilineal genetic signature of native Ethiopian donkeys (Equus asinus) inferred from mitochondrial DNA sequence polymorphism. Livest Sci 167, 73-79.
Lei C, Su R, Bower M, et al. (2009) Multiple maternal origins of native modern and ancient horse populations in China. Anim Genet 40, 933-944.
Lenstra J, Groeneveld LF, Eding H, et al. (2012) Molecular tools and analytical approaches for the characterization of farm animal genetic diversity. Anim Genet 43, 483-502.
Lippold S, Matzke NJ, Reissmann M, et al. (2011) Whole mitochondrial genome sequencing of domestic horses reveals incorporation of extensive wild horse diversity during domestication. BMC Evol Biol 11, 1-10.
Lister A, Kadwell M, Kaagen L, et al. (1998) Ancient and modern DNA in a study of horse domestication. Anc Biomol 2, 267-280.
Liu G, Xu CQ, Cao Q, et al. (2014) Mitochondrial and pedigree analysis in Przewalski's horse populations: Implications for genetic management and reintroductions. Mitochondrial DNA 25, 313-318.
Ludwig A, Alderson L, Fandrey E, et al. (2013). Tracing the genetic roots of the indigenous White Park Cattle. Anim Genet 44, 383-386.
Moazemi I, Mohammadabadi MR, Mostafavia A, et al. (2020) Polymorphism of DMRT3 Gene and Its Association with Body Measurements in Horse Breeds. Russ J Genet 56(10), 1232–1240.
Mohamadipoor Saadatabadi L, Mohammadabadi M, Nanaei HA, et al. (2023). Unraveling candidate genes related to heat tolerance and immune response traits in some native sheep using whole genome sequencing data. Small Rumin Res 225, e107018.
Moridi M, Masoudi A, Vaez Torshizi R, et al. (2013) Mitochondrial DNA D‐loop sequence variation in maternal lineages of I ranian native horses. Anim Genet 44, 209-213.
Mostafavi A, Asadi Fozi M, Esmailizadeh AK, et al. (2020) Effect of LCORL gene polymorphism on body size traits in horse populations. Acta Scientiarum Anim Sci 42, e47483.
Nikbakhsh M, Varkoohi S, Seyedabadi HR (2023) Mitochondrial DNA D‐loop hyper‐variable region 1 variability in Kurdish horse breed. Vet Med Sci 9, 721-728.
Pasandideh R, Abdoli R (2024) Study of genetic similarities and phylogenetic relationships of 10 Penaeidae shrimp species based on the sequences of the mitochondrial genome. Aquatic Physiology and Biotechnology 11(4), 49-81.
Pramod RK, Velayutham D, PK S, et al. (2018) The complete mitochondrial genome of Indian cattle (Bos indicus). Mitochondrial DNA Part B 3, 207-208.
Rabiei F, Abdoli R, Rafeie F, et al. (2022) Genetic similarities and phylogenetic analysis of wild and domesticated species of sheep based on mitochondrial genome. Anim Prod Res 11(3), 1-13.
Roy SS, Dasgupta R, Bagchi A (2014) A review on phylogenetic analysis: a journey through modern era. Comput Mol Biosci 4, 39.
Sheikh A (2023) Mitochondrial DNA sequencing of Kehilan and Hamdani horses from Saudi Arabia. Saudi J Biol Sci, 30 (9), 103741.
Tamura K, Stecher G, Kumar S (2021) MEGA11: molecular evolutionary genetics analysis version 11. Mol Biol Evol 38, 3022-3027.
Xu X, Arnason U (1994) The complete mitochondrial DNA sequence of the horse, Equus caballus: extensive heteroplasmy of the control region. Gene 148, 357-62.
Yang Z, Rannala B (2012) Molecular phylogenetics: principles and practice. Nat Rev Genet 13, 303-314.
Zhang T, Lu H, Chen C, et al. (2012) Genetic diversity of mtDNA D-loop and maternal origin of three Chinese native horse breeds. Asian-Australas J Anim Sci 25, 921.
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 16، شماره 3
مهر 1403
صفحه 43-60

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار