ماهی خاویاری روسی، با نام علمی Acipenser gueldenstaedtii، یک ماهی آب شیرین قدیمی است که به خاطر تولید خاویار ارزش اقتصادی بالایی دارد. جالب اینجاست که خاویار طلایی (شاه خاویار) از نظر اقتصادی حتی با ارزش تر از خاویار سیاه است. اما تاکنون کسی نتوانسته است دلیل ژنتیکی این تفاوت رنگ در خاویار را کشف کند.
در این مطالعه، دانشمندان ژن های ۶۲ ماهی خاویاری که خاویار طلایی (G) و سیاه (B) تولید می کنند را به طور کامل بررسی کرده اند. آنها توانستند به صورت متوسط هر ژن را حدود ۱۲ بار مطالعه کنند و برای هر ماهی حدود ۳۲ میلیون تغییر کوچک در DNA (به نام SNP) پیدا کنند. با استفاده از دو روش علمی به نام های FST و XPEHH، آنها ۱۱۳۸ منطقه ژنتیکی مهم را شناسایی کرده اند که حدود ۲۶٫۷ میلیون جفت باز DNA را شامل می شد و مربوط به ۷۷۱ ژن بود.
برخی از این ژن ها به رنگدانه ها (مثل هضم و جذب پروتئین و سوخت و ساز ویتامین A) و برخی دیگر به سیستم ایمنی بدن ماهی (مثل سوخت و ساز پورین و عفونت های باکتریایی) مربوط می شدند. در نهایت، دانشمندان ۱۲ ژن (ACTA1, ADCY3, ADCY5, ATP6V1C1, ATP6V1H, CHST11, COL6A3, GART, KCNJ13, RDH10, KCNN4 و XDH) را پیدا کرده اند که ممکن است بر رنگ خاویار تأثیر بگذارند. چهار ژن (ATP6V1H, GART, RDH10 و KCNN4) که توسط هر دو روش شناسایی شده اند، با روش دیگری به نام KASP نیز تأیید شده اند.
این مطالعه پایه ای برای فهمیدن مکانیسم های مولکولی که باعث تفاوت رنگ خاویار می شوند، ایجاد کرده و به پرورش ماهی های خاویاری با خاویاری به رنگ طلایی کمک می کند.
ماهی های خاویاری (Acipenseriformes) ماهی های قدیمی، بزرگ جثه و با طول عمر طولانی هستند. در حال حاضر، ۲۷ گونه و زیرگونه از ماهی های خاویاری از جمله ماهی خاویاری سیبری (Acipenser baerii)، ماهی خاویاری آمور (Acipenser schrenckii)، ماهی خاویاری روسی (Acipenser gueldenstaedtii)، ماهی خاویاری چینی (Acipenser sinensis) و کالوگا (Huso dauricus) در سراسر جهان شناخته شده‌اند. این گونه ها به عنوان حیوانات حفاظت شده طبقه بندی می شوند و در پیوست II مقررات CITES (کنوانسیون تجارت بین المللی گونه های در معرض خطر) فهرست شده‌اند. متأسفانه، ماهی پَدل فیش چینی در ژوئیه ۲۰۲۲ به صورت رسمی منقرض اعلام شد. ماهی های خاویاری به دلیل اهمیت اقتصادی شان، به ویژه برای خاویار (تخم‌های بارور نشده ماهی خاویاری)، بسیار ارزشمند هستند.
خاویار یک خوراکی لوکس و پرطرفدار است، اما در بازار بین المللی کمیاب است. در میان انواع خاویار، خاویار طلایی (شاه خاویار) ارزش اقتصادی بیشتری نسبت به خاویار سیاه دارد، احتمالاً به این دلیل که رنگ طلایی می تواند نشانه ای از با کلاس و لوکس بودن باشد. در نتیجه، پرورش استراتژیک ماهی‌های خاویاری که خاویار طلایی تولید می کنند، می تواند مزایای اقتصادی قابل توجهی برای شرکت های پرورش ماهی داشته باشد. با این حال، ماهی های خاویاری دوره بلوغ جنسی طولانی ای دارند و معمولاً ۶ تا ۸ سال زمان نیاز است تا ماهی های پرورشی به بلوغ برسند. این زمان طولانی، چرخه پرورش را کند می کند. استفاده از نشانگرهای مولکولی برای پرورش می تواند روشی مؤثر برای کوتاه کردن چرخه پرورش و افزایش پیشرفت های ژنتیکی باشد. بنابراین، کشف ژن های مرتبط با رنگ خاویار در پرورش ماهی های خاویاری بسیار مهم است. تاکنون هیچ گزارش معتبری درباره ژن های مرتبط با رنگ خاویار در ماهی‌های خاویاری منتشر نشده است.
امضای انتخابی (Selection Signatures) به صورت گسترده ای در حیوانات، گیاهان و آبزی پروری استفاده می شود. تحت فشار انتخاب طبیعی یا انتخاب مصنوعی، فراوانی آلل‌ها (alleles) در برخی مناطق خاص ژنوم تغییر می کند و برخی جهش های جدید ایجاد می شوند. این اثر که بر روی ژنوم به دلیل انتخاب باقی می ماند، به عنوان امضای انتخابی شناخته می شود. انتخاب معمولاً با هدف بهبود برخی صفات انجام می شود و مکانیسم آن، انتخاب ژن های خاصی است که با این صفات مرتبط هستند. شناسایی امضاهای انتخابی می تواند این ژن های انتخاب شده را آشکار کند.
بنابراین، یافتن این امضا های انتخابی معادل کشف ژن های کاندیدایی است که عملکردهای خاصی دارند. این موضوع برای درک تکامل گونه ها و یافتن ژن های مرتبط با صفات اقتصادی بسیار مهم است. با پیشرفت فناوری های توالی یابی با توان بالا، هزینه توالی یابی کامل ژنوم به طور قابل توجهی کاهش یافته است، و توالی یابی مجدد کل ژنوم به عنوان یک روش مؤثر برای شناسایی امضاهای ژنومی مرتبط با اهلی سازی یا انتخاب مصنوعی ظهور کرده است. تاکنون، این روش به طور گسترده برای شناسایی امضاهای انتخابی در بسیاری از گونه های آبزی استفاده شده است. با این حال، هیچ گزارشی درباره امضاهای انتخابی مرتبط با رنگ خاویار در ماهی‌های خاویاری وجود ندارد.
این مطالعه با هدف شناسایی امضاهای انتخابی مرتبط با رنگ خاویار در ژنوم دو جمعیت از ماهی‌های خاویاری روسی (خاویار طلایی و خاویار سیاه) انجام شد. روش‌های FST و XPEHH برای شناسایی امضاهای انتخابی در جمعیت های خاویار طلایی و سیاه با استفاده از داده های توالی یابی مجدد کل ژنوم ترکیب شدند. سپس، تجزیه و تحلیل های Gene Ontology (GO) و Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) برای بررسی عملکرد ژن های تحت انتخاب انجام شد. یافته های این مطالعه، ژن های کاندیدای مهمی را که با رنگ خاویار در ماهی های خاویاری روسی مرتبط هستند، آشکار کرد.
منبع: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0044848624000061