بررسی ریخت‌شناختی، بافت‌شناختی و الگوی بیان ژن در دستگاه تنفسی هدهد عراقی (Upupa epops)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه آناتومی و بافت‌شناسی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه القاسم الخضراء، بابل، 51013، عراق.

2 گروه تولیدات دامی، دانشگاه سومر، دانشکده کشاورزی، بابل، 51013، عراق

3 گروه آناتومی و بافت‌شناسی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه القاسم الخضراء، بابل، 51013، عراق

4 گروه فیزیک پزشکی، دانشکده دانشگاه حله، بابل، عراق.

چکیده

هدف: مطالعات نشان داده‌اند که سازمان‌یافتگی آناتومیکی و عملکردی دستگاه تنفسی پرندگان بسیار تخصص‌یافته است. بااین‌حال، در هدهد (Upupa epops)، ویژگی‌های یکپارچه ریخت‌شناختی، بافت‌شناختی و مولکولی دستگاه تنفسی هنوز به‌طور کامل و روشن مورد مطالعه قرار نگرفته‌اند. هدف این مطالعه، بررسی ویژگی‌های دستگاه تنفسی ه هدهد (Upupa epops) با استفاده از یک رویکرد یکپارچه ریخت‌شناختی، بافت‌شناختی و مولکولی بود. تجزیه‌وتحلیل مولکولی بر ژن‌های دخیل در حس‌کردن اکسیژن، پیام‌رسانی عروقی و التهاب متمرکز بود.
مواد و روش‌ها: برای مطالعه هشت هدهد بالغ (Upupa epops) از مورفومتری ماکروسکوپی، تجزیه‌وتحلیل بافت‌شناختی با استفاده از رنگ‌آمیزی هماتوکسیلین و ائوزین و تری‌کروم ماسون، و واکنش زنجیره‌ای پلیمراز کمی با رونویسی معکوس (RT-qPCR) استفاده شد. تجزیه‌وتحلیل بیان ژن برای فاکتور القاشونده با هیپوکسی 1-آلفا (HIF1A)، فاکتور رشد اندوتلیال عروقی A (VEGFA) و فاکتور نکروز توموری (TNF) انجام شد. ژن مرجع ACTB بود. برای ارزیابی اندازه‌گیری‌های مورفومتریک و سطوح بیان ژن، از آزمون‌های آماری زوجی مناسب استفاده شد. تجزیه‌وتحلیل‌های همبستگی برای بررسی ارتباط میان متغیرهای مولکولی و ساختاری به کار رفتند.
نتایج: قطر نای از قسمت جمجمه‌ای به سمت قسمت دمی به‌طور معنی‌داری کاهش یافت و این اثر از شدت بالایی برخوردار بود (p<0.001). ضخامت ریه چپ و راست مشابه بود (p>0.05). بررسی بافت‌شناختی، وجود اپی‌تلیوم مژک‌دار کاذب‌چندلایه و سلول‌های جامی را در نای نشان داد. لایه زیرمخاطی حاوی غدد سرو‌موکوسی بود و توسط غضروف هیالین حمایت می‌شد. ریه‌ها دارای پارابرونش‌ها، دهلیزها، اینفاندیبولا و شبکه متراکمی از مویرگ‌های هوایی بودند. سطوح فاکتور القاشونده با هیپوکسی 1-آلفا در ریه در مقایسه با نای بالاتر بود (p<0.05; fold-change >1.5). سطوح فاکتور رشد اندوتلیال عروقی A نیز در ریه افزایش یافت (p<0.05; fold-change >1.5). سطوح فاکتور نکروز توموری (TNF) پایین باقی ماندند و تفاوتی بین بافت‌ها نشان ندادند (p>0.05). سطوح HIF1A و VEGFA در نمونه‌ها همبستگی مثبت داشتند (r>0.6, p<0.05). بیان بتا اکتین اسکلت سلولی (ACTB) در بافت‌های مورد بررسی پایدار بود. این یافته‌های مولکولی با شبکه متراکم مویرگی مشاهده‌شده در بررسی بافت‌شناختی مطابقت داشتند.
نتیجه‌گیری: فراوانی بیشتر رونوشت HIF1A مشاهده‌شده در بافت ریه ممکن است نشان‌دهنده فعال‌شدن بیشتر مسیرهای پاسخ‌دهنده به اکسیژن باشد. بااین‌حال، از آنجا که سطوح پروتئین HIF-1α و اکسیژن‌رسانی مستقیم بافت اندازه‌گیری نشدند، این یافته‌ها نباید به‌عنوان شواهد مستقیم هیپوکسی بافتی تفسیر شوند. این رویکرد چندسطحی، استفاده از ترکیب تجزیه‌وتحلیل‌های مورفو-بافت‌شناختی و RT-qPCR را برای بررسی سلامت و سازگاری دستگاه تنفسی پرندگان تأیید می‌کند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Morphological, histological, and gene expression profiling of the respiratory system in the Iraqi hoopoe (Upupa epops)

نویسندگان [English]

  • Salim Salih Ali Al-Khakani 1
  • Ranin Saffaa Hamad 1
  • Ali Kadum Homady Al-Jebori 2
  • Ekhlas Abid Hamza Alalwany 3
  • Jafar Ghazi Abbas Al-Jebori 3
  • Mustafa Fadhil 1
  • Ahlam J. H. Al-Khamas 3
  • Osama Murtadha 1
  • Amna Imad Jawad 1
  • Mohammed Salah Hasan Simawy 1
  • Siraj M. Alkafagy 1
  • Sabreen M. Al-Janabi 1
  • Hawraa K. Judi 4
1 Department of Anatomy and Histology, College of Veterinary Medicine, Al-Qasim Green University, Babylon, 51013, Iraq
2 Department of Animal Production, Sumer University, College of Agriculture, Babylon 51013, Iraq
3 Department of Anatomy and Histology, College of Veterinary Medicine, Al-Qasim Green University, Babylon, 51013, Iraq
4 Department of Medical Physics, Hilla University College, Babylon, Iraq
چکیده [English]

Objective
Studies have shown that the anatomical and functional organization of the avian respiratory system is highly specialized. However, in the hoopoe (Upupa epops), the integrated morphological, histological, and molecular features of the respiratory system have not yet been fully and clearly studied and reported. The aim of this study was to characterize the respiratory system of the hoopoe (Upupa epops) using an integrated morphological, histological, and molecular approach. The molecular analysis focused on genes involved in oxygen sensing, vascular signaling, and inflammation.
Materials and methods
Gross morphometry, histological analysis with hematoxylin and eosin and Masson's trichrome staining, and reverse transcription quantitative polymerase chain reaction (RT-qPCR) were used to study eight adult hoopoes (Upupa epops). Gene expression analysis was performed for hypoxia-inducible factor 1-alpha (HIF1A), vascular endothelial growth factor A (VEGFA), and tumor necrosis factor (TNF). The reference gene was ACTB. Appropriate paired statistical tests were used to assess morphometric measurements and gene expression levels. Correlation analyses were applied to study associations between molecular and structural variables.
Results
Tracheal diameter decreased significantly from cranial to caudal with a strong effect (p<0.001). The thickness of the left and right lungs was similar (p>0.05). Histological examination revealed ciliated pseudostratified epithelium and goblet cells in the trachea. The submucosa contained seromucous glands and was supported by hyaline cartilage. The lungs exhibited parabronchi, atria, infundibula, and a dense network of air capillaries. Hypoxia-inducible factor 1-alpha levels were higher in the lung compared to the trachea (p<0.05; fold-change >1.5). Vascular Endothelial Growth Factor A levels also increased in the lung (p<0.05; fold-change >1.5). Tumor Necrosis Factor (TNF (levels remained low and did not show a tissue difference (p>0.05). HIF1A and VEGFA levels were positively correlated across samples (r>0.6, p<0.05). Actin cytoskeleton beta (ACTB) expression was stable across the analyzed tissues. These molecular findings were consistent with the dense capillary network observed histologically.
Conclusion
The higher HIF1A transcript abundance observed in lung tissue may indicate enhanced activation of oxygen-responsive pathways; however, because HIF-1α protein levels and direct tissue oxygenation were not measured, these findings should not be interpreted as direct evidence of tissue hypoxia. This multi-level approach validates the use of combined morpho-histological and RT-qPCR analysis to characterize avian respiratory health and adaptation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • air capillaries
  • hoopoe
  • lung
  • RT-qPCR
  • trachea

مراجع

Al-Ahmed, A. S., & Sadoon, A. H. (2020). Comparative anatomical, histological and histochemical study (larynx, syrinx and trachea) between mature and immature males of local duck (Anas platyrhynchos). Basrah Journal of Veterinary Research, 19(1), 10-34. https://doi.org/10.23975/bjvetr.2021.170597
Al-Alwany, E. A. H. (2019). Association of testes histological changes with FSH and TSH hormones levels in Fundulus heteroclitus from the Great Bay, U.S.A. Biochemical and Cellular Archives, 19(Supplement 1), 2403-2407. https://connectjournals.com/pages/articledetails/toc030126
Al-Alwany, E. A. H., Al-Saadi, H. K., & Hassan, A. J. (2015). Effect of Sustanon on some immunological and hormonal parameters in rats. International Journal of Chemical Sciences, 13, 1947-1960. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:55032895
Alber, A., Stevens, M. P., & Vervelde, L. (2021). The bird’s immune response to avian pathogenic Escherichia coli. Avian Pathology, 50(5), 382-391. https://doi.org/10.1080/03079457.2021.1873246
Al-Khakani, S. S. A., Al-Jebori, J. G. A., & Alzubaidi, K. A. Z. (2020). Some macroscopic and morphometrical study of lower respiratory system in adult pigeons (Streptopelia decaocto). Plant Archives, 20(Supplement 1), 2792-2795. https://www.plantarchives.org/List%20SI%2020,%20SUPP-1,2020.html
Al-Khamas, A. J. H., Al-Janabi, S. M., Murtadha, O., ... & Baneen, K. A. (2024). Morphological and histological study of testis in hoopoe bird (Upupa epops). Journal of Animal Health and Production, 12(Special Issue 1), 253-257. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:274586724
Al-Mamoori, N. A. H., & Al-Taee, N. S. N. (2020). Effects of cement dust on electrolytes and osmolality in serum and urine of Kufa Cement Factory workers. Indian Journal of Forensic Medicine & Toxicology, 14(3), 1605-1609. https://doi.org/10.37506/ijfmt.v14i3.10643
Al-Mamoori, N. A. M., & Al-Ghakany, S. S. A. (2015). Anatomical and morphometric study of the trachea in bee-eater bird (Merops orientalis). IOSR Journal of Agriculture and Veterinary Science, 8(10 Ver. II), 58-61. https://doi.org/10.9790/2380-081025861
Alumeri, S. K. W., Al-Abdula, M. A. A., & Al-Khakani, S. S. A. (2025). Anatomical investigation of cutaneous plantar mechanoreceptor pathways and their connections to hypothalamic structures in laboratory rats. Open Veterinary Journal, 15(9), 4114-4120. https://doi.org/10.5455/OVJ.2025.v15.i9.16
Boo, S. Y., Tan, S. W., Alitheen, N. B., Ho, C. L., Omar, A. R., & Yeap, S. K. (2020). Identification of reference genes in chicken intraepithelial lymphocyte natural killer cells infected with very-virulent infectious bursal disease virus. Scientific Reports, 10, Article 8561. https://doi.org/10.1038/s41598-020-65474-3
Chen, J., Chen, Z., Zhang, J., Zhuang, W., & Zheng, X. (2023). Screening of reliable reference genes for the normalization of RT-qPCR in chicken gastrointestinal tract. Poultry Science, 102(12), Article 103169. https://doi.org/10.1016/j.psj.2023.103169
de Bruin, A. C. M., Lamers, M. M., Haagmans, B. L., Leijten, L. M., Fouchier, R. A. M., & Richard, M. (2025). Long-term culture of chicken tracheal organoids for the purpose of avian influenza virus research. Virology Journal, 22(1), Article 99. https://doi.org/10.1186/s12985-025-02714-w
Ghazal, K. M., & Al-Alwany, E. A. H. (2025). A comparative histochemical developmental study of the kidney and ureter in golden hamster (Mesocricetus auratus). Open Veterinary Journal, 15(10), 4873-4884. https://doi.org/10.5455/OVJ.2025.v15.i10.7
Hamad, R., & Al-Alwany, E. (2024). Comparative histochemical study of pancreas in Eurasian collared dove (Streptopelia decaocto) and buzzard (Buteo buteo vulpinus). Assiut Veterinary Medical Journal, 70(183), 642-652. https://doi.org/10.21608/avmj.2024.303802.1303
Hossain, I., Shila, R. A., Uddin, M. M., Chowdhury, E. H., Parvin, R., & Begu, J. A. (2024). A comparative analysis of innate immune responses in Sonali and broiler chickens infected with tribasic H9N2 low pathogenic avian influenza virus. BMC Veterinary Research, 20, Article 500. https://doi.org/10.1186/s12917-024-04346-8
Huang, S. C., Rehman, M. U., Lan, Y. F., Qiu, G., Zhang, H., Iqbal, M. K., Luo, H. Q., Mehmood, K., Zhang, L. H., & Li, J. K. (2017). Tibial dyschondroplasia is highly associated with suppression of tibial angiogenesis through regulating the HIF-1α/VEGF/VEGFR signaling pathway in chickens. Scientific Reports, 7, Article 9089. https://doi.org/10.1038/s41598-017-09664-6
Jang, H., Koo, B. S., Jeon, E. O., Lee, H. R., Lee, S. M., & Mo, I. P. (2013). Altered pro-inflammatory cytokine mRNA levels in chickens infected with infectious bronchitis virus. Poultry Science, 92(9), 2290-2298. https://doi.org/10.3382/ps.2013-03116
Khan, A. H. A. A., Al-Alwany, E. A. H., Al-Azawi, R. S. A., Al-Jebori, J. G. A., Alkafagy, S. M., Al-Khakani, S. S. A., Al-Shukri, H. H. K., & Abdulhasan, A. S. (2025). Serum level of IL-37 as a modulator in atherosclerosis, correlating its levels with oxidative stress and disease progression. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 16(2), Article e25076. https://doi.org/10.15421/0225076
Khezri, A., Shafabakhsh, H., Alizadeh, A., Mohammadabadi, M., & Shakeri, M. (2025). Effects of encapsulated mixtures of plant essential oils and organic acids as an alternative to antibiotic growth promoters on humoral immune response and expression of interleukin-4 and interferon-gamma genes in broilers. Journal of Poultry Sciences and Avian Diseases, 3(3), 12–19. https://doi.org/10.61838/kman.jpsad.3.3.3
König, H. E., Korbel, R., & Liebich, H.-G. (Eds.). (2016). Avian anatomy: Textbook and colour atlas (C. Klupiec, Trans.). 5m Publishing.
Lee, C., Kim, M. J., Kumar, A., Lee, H.-W., Yang, Y., & Kim, Y. (2025). Vascular endothelial growth factor signaling in health and disease: From molecular mechanisms to therapeutic perspectives. Signal Transduction and Targeted Therapy, 10, Article 170. https://doi.org/10.1038/s41392-025-02249-0
Malila, Y., Thanatsang, K., Arayamethakorn, S., Uengwetwanit, T., Srimarut, Y., Petracci, M., et al. (2019). Absolute expressions of hypoxia-inducible factor-1 alpha (HIF1A) transcript and the associated genes in chicken skeletal muscle with white striping and wooden breast myopathies. PLoS ONE, 14(8), Article e0220904. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0220904
Mohammadabadi, M., Khezri, A., Afsharmanesh, M., Kheyrodin, H., Bahreini Behzadi, M. R., Babenko, O., Usenko, S., & Momen, M. (2025). Investigation of interleukin-6 gene expression in liver and spleen tissues of broiler chickens fed mealworm, probiotics, and mealworm with probiotics. Agricultural Biotechnology Journal, 17(4), 469-486. https://doi.org/10.22103/jab.2025.26228.1793
Na, W., Wang, Y., Gong, P., Zhang, X., Zhang, K., Zhang, H., Wang, N., & Li, H. (2021). Screening of reference genes for RT-qPCR in chicken adipose tissue and adipocytes. Frontiers in Physiology, 12, Article 676864. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.676864
Nejad, F.M., Mohammadabadi, M., Roudbari, Z. et al. Network visualization of genes involved in skeletal muscle myogenesis in livestock animals. BMC Genomics 25, 294 (2024). https://doi.org/10.1186/s12864-024-10196-3
Peng, W., Fang, W., Gao, X., Guo, X., Li, G., Guo, F., Hu, G., Zhuang, Y., Li, L., Jiang, C., & Liu, P. (2024). Effect of RNA interference with HIF-1α on the growth of pulmonary artery endothelial cells in broiler chickens. Poultry Science, 103(5), Article 103388. https://doi.org/10.1016/j.psj.2023.103388
Reheman, A., Wu, Q., Xu, J., He, J., Qi, M., Li, K., Cao, G., & Feng, X. (2024). Transcriptomic analysis of the hypoxia-inducible factor 1α impact on the gene expression profile of chicken fibroblasts under hypoxia. Poultry Science, 103(3), Article 103410. https://doi.org/10.1016/j.psj.2023.103410
Rhodes, E. M., Yap, K. N., Mesquita, P. H. C., Parry, H. A., Kavazis, A. N., Krause, J. S., Hill, G. E., & Hood, W. R. (2024). Flexibility underlies differences in mitochondrial respiratory performance between migratory and non-migratory White-crowned Sparrows (Zonotrichia leucophrys). Scientific Reports, 14, Article 9456. https://doi.org/10.1038/s41598-024-59715-y
Tramboo, S. R., Elkhalifa, A. M. E., Quibtiya, S., Ali, S. I., Nazir Shah, N., Taifa, S., Rakhshan, R., Hussain Shah, I., Ahmad Mir, M., Malik, M., Ramzan, Z., Bashir, N., Ahad, S., Khursheed, I., Bazie, E. A., Mohamed Ahmed, E., Elderdery, A. Y., Alenazy, F. O., Alanazi, A., Alzahrani, B., ... & Nabi, S. U. (2024). The critical impacts of cytokine storms in respiratory disorders. Heliyon, 10(9), Article e29769. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e29769
Wang, D., Zhang, Q., Zhang, Z., Zhang, Y., Wang, S., Han, Y., Zhu, H., & He, H. (2024). Expression profile of Toll-like receptors and cytokines in the cecal tonsil of chickens challenged with Eimeria tenella. Parasitology Research, 123, Article 347. https://doi.org/10.1007/s00436-024-08371-2
Zhang, X., Yang, Y., & Shi, Q. (2025). DNA methylation in adaptation to high-altitude environments and pathogenesis of related diseases. Human Genomics, 19, Article 100. https://doi.org/10.1186/s40246-025-00794-x         
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 18، شماره 4
دی 1405
صفحه 593-614

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار