eqtl

  • предметів
  • реферат
  • вступ
  • результат
  • Аналіз асоціації геномів першої відповіді
  • Аналіз асоціації, що триває реакцію в усьому геномі
  • Аналіз асоціації геномів частоти нападів матчу
  • Аналіз асоціації геному загальної затримки, тривалості, частоти та типу подолання
  • Розмноження у другому стаді гібридів
  • ідентифікація eQTL
  • обговорення
  • методи
  • Етичне твердження
  • Тварини, відбір проб та вимірювання властивостей
  • Вимірювання кортизолу
  • Генотипування SNP
  • Загальногеномна комбінація поведінкового управління
  • Розмноження у другому стаді схрещених поросят
  • Кількісна ПЛР
  • Виявлення eQTL
  • Детальніше
  • Додаткова інформація
  • Файли Excel
  • Додаткова таблиця 1
  • Додаткова таблиця 2
  • Додаткова таблиця 3
  • Додаткова таблиця 4
  • Додаткова таблиця 5
  • Додаткова таблиця 6
  • Коментарі

предметів

  • Профілювання експресії генів
  • Регуляторні мережі

реферат

Повідомлялося про кілька геномних регіонів та генних варіантів, пов’язаних із реакцією на стрес, агресією та депресією, як у людей, так і на тваринних моделях 24, 25, 26. Свині поділяють численні фізіологічні та геномні подібності з людьми, і тому забезпечують простежувану модель для вивчення генетичної детермінації поведінкових, фізіологічних та метаболічних ознак 27. Насправді, поведінкові кількісні властивості локусів (QTL) були відображені на стресі 10, дієтичній поведінці 28, поведінці матері 29 та здорових та поведінкових показниках 30 на моделях свиней.

результат

Всього 294 поросят німецької ландрас було генотиповано за допомогою BeadChip від Illumina PorcineSNP60, який складався з 62 163 локусів. Після фільтрування для подальшого аналізу використовували 48909 SNP. Для дослідження асоціації були використані найновіші параметри (латентність, тривалість, частота поєдинків у чотири моменти часу) та тип управління навантаженням (високореактивний (ЧСС), нечіткий (ІЧ), низькоактивний (ЛР)) (Таблиця 1) . 465 ОНП були суттєво пов'язані принаймні з однією з найбільш задніх ознак. Ми вимірювали рівні кортизолу та коефіцієнти кореляції управлінської поведінки, і рівні кортизолу коливались від | 0, 11–0, 20 | і вказували на значну кореляцію (с

Чорні лінії при від’ємному log10 (NegLog10) 5 відповідають FDR

Чорні лінії при від’ємному log10 (NegLog10) 5 відповідають FDR 10-6. Цей SNP також був суттєво пов'язаний з частотою боротьби із захопленнями у дні 12 та 19. На 12 день частота боротьби із захопленнями була суттєво пов'язана з SNP між 52 та 56 Mb на SSC12. ALGA0056876 на SSC10 був найбільш сильно пов'язаний (p 10-6) з Fd12. Теги, пов'язані з Fd19, розміщувались на SSC12 (53 - 56 Мб), SSC6 (25 Мб) і SSC17 (50 - 56 Мб). SNP (ASGA0055092, ALGA0066975, ALGA0121951), розташовані на SSC12, були в межах PER1. Ми також виявили, що Fd26 був суттєво пов'язаний з SNP на SSC17 (37 і 64 Мб), SSC1 (22 Мб) і SSC12 (53-56 Мб).

Чорні лінії при від’ємному log10 (NegLog10) 5 відповідають FDR 10-5 і FDR

Чорні лінії при від’ємному log10 (NegLog10) 5 відповідають FDR

Колір вказує на рівень дисбалансу зв'язку між локусами, як показано в ключі. Блок LD 4 був найбільшим блоком, розміщеним між 55 і 56 Мб.

Повнорозмірне зображення

Десять SNP були пов'язані з типом управління в FDR 10-7). Інші п’ять стенограм (RANGRF, PER1, PDZRN3, SH2D4B та LONP2) містили trans eQTL (середнє значення p = 1,2 x 10-6). Представлення cis та trans eQTL показано на малюнку 6. Загалом, 38 з 465 SNP, які були суттєво пов'язані з 13 найранішими ознаками, також були суттєво пов'язані з рівнями транскриптів CTC1, UBOX5, RAD51B, IL19, CPAMD, ASGR1 та FBXO39. . Цікаво, що всі вони були cis eQTL.

Шістьма маркерами, асоційованими з усіма 13 символами тестування, були ASGA0055092, ASGA0105202, H3GA0034753, ALGA0066975, ALGA0121951 та MARC0073387, розташовані на SSC12 (55–56 Мб) в CTC1, PER1 та LOC100739126 (білок ядерного розподілу nudE), тобто ) з cis eQTL, trans-eQTL або ймовірними функціями.

Насправді ці SNP також були пов'язані з рівнем транскрипції CTC1 в гіпоталамусі як cis eQTL. CTC1 (компонент 1 комплексу обслуговування теломер CTS) кодує компонент комплексу CST, який захищає теломери від деградації. Поліморфізми CTC1 спричиняють мікроангіопатію мозку 39. Можлива роль CTC1 у поведінці залишається незрозумілою, хоча існують ознаки впливу на центральні та периферичні нейрони. Ми виявили, що алель A ASGA0105202 у CTC1 значно вищий у LR, ніж у HR; алель пов'язаний з вищою експресією CTC1, а CTC1 вища у LR, ніж у HR. Цей послідовний трикутний взаємозв’язок поліморфізму гена, варіації фенотипу та експресії генів демонструє CTC1 як ген, що сприяє генетичним змінам у поведінці подолання.

Насправді EQTL доповнює GWAS найважливішими характеристиками не лише вказуючи на однакові геномні області, а й на конкретні гени в цих регіонах з високим LD. ExpressionQTL, особливо цис eQTL, надають додаткові докази асоціації генів, оскільки ці гени містять SNP, які асоціюються з найбільш задніми ознаками, а також із власним рівнем експресії, який, у свою чергу, асоціюється з найбільш задніми ознаками. SNP, пов'язані з ознакою, частіше є eQTL, що узгоджується з роллю регуляторних SNP у фенотипових варіаціях. Як результат, застосування інформації eQTL може поліпшити відкриття SNP, пов’язаних із особливістю для складних фенотипів 38, 40 .

Гени, пов'язані з ознаками зворотного тестування, пов'язані з нейрогенезом та активністю нейронів. Наприклад, ген, подібний до фактора ядерного розподілу Е, регулює нейрогенез розвитку та розташування нейронів кори 45, 46. Генетичний аналіз виявив зв'язок між фактором розподілу ядер E (NDE1 або NudE) та його ортологом NDE-1 (NDEL1 або Nudel) з психічними розладами 47, 48 .

WRAP53 розташований на SSC12 (55–56 Мб), що є областю, пов’язаною з найбільш тильними властивостями, і відіграє важливу роль у теломерних функціях, що впливають на клітинний цикл 49, 50. WRAP53 (містить повтори WD, антисмислові до TP53) має наслідки для виживання рухових нейронів 51. Він кодує важливий компонент голоферментного комплексу теломерази, бере участь у побудові та підтримці тіл Каяля, суборганізмів, що опосередковують модифікації РНК.

Канали, що активуються гіперполяризацією, та циклічні нуклеотидно-спрямовані канали (HCN) кодуються чотирма генами (HCN1-4) і широко експресуються в серці та центральній нервовій системі. HCN1 - це переважна ізоформа, яка, як відомо, експресується в гіпокампі, неокортексі та корі 52. Канали HCN беруть участь у збудженні та синаптичній активності нейронів в окремих нейронах та нейронних мережах 53. Повідомляється, що канали HCN1 обмежують навчання та пам’ять і беруть участь у багатьох захворюваннях, таких як епілепсія, хвороба Альцгеймера та периферична невралгія 54, 55, 56. Подібним чином, білки Liprin-α є основними білковими компонентами синапсів і сприяють синаптичній передачі в різних регіонах мозку 57, 58. Повідомляється, що нокдаун з ліприном призводить до дефекту пресинаптичного розвитку та функціонування 59. І SNN, і HCN, і Liprin були пов'язані зі стилем управління в цьому дослідженні, але не з рівнем транскрипції.

Інші гени, що несуть цис-eQTL, такі як UBOX5 та FBXO39, кодують білки U та F, і діють як лігази протеїну убиквітину 60, 61. Члени сімейства RAD51 функціонують як у мітотичній, так і в мейотичній гомологічній рекомбінації та репарації ДНК. Показано, що RAD51B асоціюється з раком молочної залози та синдромом Вернера, який характеризується прогресуючою нейродегенерацією 62, 63. SNP, виявлені в цих 3 генах, пов'язані з управлінням поведінкою, а також з рівнем їх транскриптів як cis eQTL.

Ще однією сферою інтересів був SSC3 (139, 8–139, 9 Мб), з 3 SNP (ALGA0107834/ASGR1, ALGA0066945 та ALGA0066946), пов’язаними з 8-13 ранніми символами. Рівні розшифровки ASGR1 також були пов'язані з ALGA0066945 та ALGA0066946. ASGR1 кодує субодиницю азіалогікопротеїнового рецептора та опосередковує поглинання та ендоцитоз кінцевих глікопротеїнів галактози (Gal) та N-ацетилгалактозаміну (GalNAc). ASGR1 сильно експресується в гепатоцитах 64 і набагато слабкіше в інших тканинах, включаючи щитовидку 65 і моноцити периферичної крові 66. Азіалогоглікопротеїнові рецептори беруть участь у транспорті тиреоглобуліну і забезпечують зв'язок з гормонами щитовидної залози з поведінковими наслідками Ми виявили, що ASGR1 експресується в гіпоталамусі, і продемонстрували, що рівні його розшифровки пов'язані з маркерами SNP, які також пов'язані зі стилем управління свинями.

Нещодавно було припущено, що дисбаланс імунної системи відіграє важливу роль у психічному стресі та поведінці 37, 68. SNP, виявлені в генах CPAMD8 та IL9, які пов'язані з імунною функцією, були пов'язані з управлінням та рівнем транскрипції (cis eQTL) у цьому дослідженні. CPAMD8 є членом сімейства комплементів 3/альфа (2) -макроглобулін (С3/альфа (2) М) і має вроджені імунні функції 69. Показано, що психологічний стрес збільшує вироблення імунодепресивних цитокінів, включаючи IL19, за рахунок активації бета-адренорецепторів, які можуть впливати на процеси захворювання, пов'язані зі стресом 68. Нещодавно було встановлено, що передбачуваний циплодіючий гаплотип гена IL19 асоціюється із шизофренією 70. Встановлено, що SNP, виявлені в генах CPAMD8 та IL9, пов'язані зі стилем управління, що свідчить про зв'язок між імунною системою та поведінкою.

Наші результати представляють перший аналіз асоціації на основі генома SNP щодо особливостей поведінки, пов’язаних із типом подолання. У регіонах QTL були виявлені гени гіпоталамуса, які демонструють значний дисбаланс у зв'язуванні eQTL. Найбільш асоційованими регіонами були SSC12 (53–56 Мб), що передають цис-сигнали eQTL (CTC1 та FBXO39) та транс-сигнали eQTL (PER1 та RANGRF). Інші сигнали cis eQTL включали ASGR1, розташований на SSC3, IL19 та CPAMD8, розташовані на SSC2 та UBOX5 та LOC10051179, розташовані на SSC17. SNP, розташовані на HCN1 (SSC16) та Liprin-α (SSC2), які були пов'язані з невропатологічними розладами, не виявляли сигналів cis або trans eQTL. Відомо, що гени, ідентифіковані в цьому дослідженні, беруть участь у сигналізації функції теломер, імунної функції, системи убиквітину, а також циркадному ритмічному шляху та рецепторах нейромедіаторів, тобто поведінкових нервових проблемах, що дають перспективи для отримання маркерів для прогнозування розмноження. Зокрема, у CTC1 та PER1 з відомими фізіологічними наслідками для центральної нервової системи, їх роль у поведінці була продемонстрована cis-eQTL та підтверджена зв'язок у незалежній популяції.

методи

Етичне твердження

Всі експерименти проводились згідно з відповідними правилами та рекомендаціями. Тварин отримували в Інституті біології сільськогосподарських тварин імені Лейбніца (FBN). Процедури догляду за тваринами та забору тканин регулюються німецьким Законом про захист тварин, а експериментальний протокол затверджується Комітетом з питань захисту тварин Інституту біології тваринництва в Лейбніці та Мекленбурзі-Передній Померанії (MVensamitt für Landwirtschaft, Lebensmittelsicherheit L FALL; TSD/7221, 3-2, 1-020/09). Експериментальний протокол проводився відповідно до затверджених настанов щодо забезпечення належної наукової практики в установах Лейбніца.

Тварини, відбір проб та вимірювання властивостей

Німецьких поросят ландрас (DL) (R = 294) піддавали зворотному тестуванню, як описано раніше 33. Коротко кажучи, ми неодноразово проводили 1-хвилинне ретроспективне дослідження домашніх поросят у віці 5, 12, 19 та 26 днів. Тварин клали на спину в спеціальний V.-подібний пристрій. Тест тривав рівно 60 с і розпочався відразу після того, як порося лежало нерухомо на спині. Були зафіксовані затримка (L, час до першого поєдинку), тривалість (D, сукупний час поєдинку протягом 1-хвилинного періоду випробування) та частота (F) нападів боротьби. Результати за кожним параметром у кожному дослідженому віці були розраховані для відображення суми загальної затримки (tL), загальної тривалості (tD) та загальної частоти (tF) для кожного окремого поросяти. Поросят класифікували як високу (ЧСС), незрозумілу (ІЧ) або низьку (ЛР) реакційну здатність згідно з наступними критеріями: латентність ЧСС становила ≤ 5 с і LR ≥ 35 с, тривалість ЧСС ≥ 25 с, LR ≤ 5 с, а частота серцевих скорочень становила ≥4, а LR ≤ 71 .

Вимірювання кортизолу

Загальну секрецію кортизолу вимірювали вранці, беручи 50 мл стовбурової крові у кожної свині під час кровотечі приблизно у віці 180 днів. Кров відбирали в пластикову пробірку, що містить 1 мл 0,5 М ЕДТА, зберігали на льоду до виділення плазми, а потім зберігали при -80 ° С протягом тривалого періоду. Загальний рівень кортизолу в плазмі визначали за допомогою імуноферментного аналізу (DRG, Марбург, Німеччина) у двох примірниках згідно з протоколом виробника. Варіанти варіації між тестами становили ≤ 7,0% та 9,8% відповідно. Також розраховували коефіцієнт кореляції Спірмена (rho, rs Спірмена) та взаємозв'язок між рівнем кортизолу та поведінковим управлінням.

Генотипування SNP

Генотипування проводили за допомогою мікросхеми PorcineSNP60 BeadChip (Illumina Inc., Сан-Дієго, Каліфорнія, США) відповідно до протоколу SNP Infinium HD виробника. Коротко кажучи, 200 нг ДНК ампліфікували, фрагментували та гібридизували до BeadChip PorcineSNP60, що містив 62, 163 локусоспецифічних 50-мери. Дані інтенсивності вимірювали та оцінювали показники якості та генотипи за допомогою програмного забезпечення GenomeStudio (Illumina Inc.). Мієрі Ховоров (72, 73. Крім того, генотип і стать використовувались як фіксовані ефекти, день народження - як випадковий ефект, а вага поросят - як коваріант. Також проводили тест на генотип на асоціацію алелів SNP. правильний для багаторазового тестування, був використаний коефіцієнт помилкового виявлення (FDR) 5%.

Розмноження у другому стаді схрещених поросят

Всього використано 794 схрещених тварин порід німецької ландрас (DL) та великої білої (DE). Дані були зібрані з дослідницької ферми Інституту тваринництва та тваринництва університету Кіль. 1-хв бектести повторно проводили у віці 12 і 19 днів. Найбільш значущі SNP у PER1 (ASGA0055092) та CTC1 (ASGA0105202) були використані для генотипування шляхом піросеквенування. Для аналізу асоціацій використовувались узагальнені лінійні змішані моделі (Proc Glimmix; JMP Genomics (SAS Institute, Cary, NC, USA)) з матрицями родовищ осіб, які розглядалися як випадковий ефект, генотип та стать як фіксовані ефекти. Для виправлення результатів багаторазового тестування використовували коефіцієнт хибного виявлення (FDR).

Кількісна ПЛР

Виявлення eQTL

Рівні експресії 37 транскриптів з гіпоталамуса 184 особин, що представляють підмножину тих, які використовувались для бектестів, піддавали дисперсійному аналізу із змішаною моделлю за допомогою JMP Genomics (Proc Mixed; SAS Institute, Rockville, MD). Як і в GWAS ознак зворотного тесту, матриця IBD між особинами використовувалася як випадковий ефект та основні основні компоненти як коваріати, скориговані на стратифікацію в популяції. Крім того, генотип, стать та партія RT-PCR використовувались як фіксовані ефекти, а вага на забій та середнє середнє значення КТ гена домашнього господарства використовувались як коваріати. Для виправлення результатів багаторазового тестування використовували коефіцієнт хибних виявлень (FDR) 5%. Ми визначили eQTL як "cis", якщо асоційований SNP знаходився в межах менш ніж 1 Мб від гена. Усі інші eQTL розглядалися як "транс".

Детальніше

Як цитувати цю статтю: Ponsuksili, S. et al. Комплексні дослідження асоціації геномів та eQTL гіпоталамуса вказують на зв'язок між циркадіанним ритмом пов'язаного гена PER1 та поведінкою подолання. Наук. Респ. 5, 16264; doi: 10.1038/srep16264 (2015).