بازسازی، تجزیه و تحلیل توپولوژیکی شبکه متابولیکی بافت شکمبه گاو

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان ،گروه علوم دامی- اهواز - ایران

2 Department of Animal Sciences, Ramin Agricultural and Natural Resources University, Iran

3 پژوهشگاه دانش های بنیادی دانشگاه علوم پزشکی تهران

4 استادیار دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی- تهران

چکیده

شکمبه نقش محوری در بازده تولید نشخوارکنندگان دارد. درک فرآیند متابولیسم بافت شکمبه می‌تواند منجر به بهبود بازده تولید و در نتیجه سود اقتصادی نشخوارکنندگان شود. در پژوهش حاضر، شبکه متابولیکی بافت شکمبه گاو با استفاده از اطلاعات ژنومی و اطلاعات موجود در پایگاه‌های داده مختلف، بازسازی شد. نتایج حاصل از بازسازی شبکه شامل 410 آنزیم، 1429 متابولیت به عنوان گره و 1777 واکنش به عنوان یال بود. ویژگی‌های این شبکه‌ی متابولیت محور توسط چند پلاگین نرم-افزار سایتواسکیپ تجزیه و تحلیل شد. 15هاب متابولیت تعیین شد. نتایج جستجو در سایت KEGG pathway نشان داد بیشتر هاب متابولیت‌ها شامل: کوآنزیم-آ، استیل کوآنزیم-آ، د- فرکتوز 6 فسفات، ابی کینون، سوکسینات، الکترون ترننسفراز فلافوپروتئین، پیروات، تتراهیدروفولات و 2 اگزالارات در واکنش‌های مربوط به چرخه متابولیک دخیل هستند. همچنین ژن‌های CPT2, CPT1A, CPT1B, CPT1C (EC 2.3.1.21) و GPAM, GPAT4, GPAT3, GPAT2 ((EC 2.3.1.15 در متابولیسم اسیدهای چرب شرکت می‌کنند که این ژن‌ها ممکن است برای بهبود بازده تولید محصولات گاوی ضروری باشند. توزیع درجه گره شبکه از توزیع درجه نمایی پیروی می‌کند بنابراین ویژگی مقیاس آزاد را نشان می‌دهد. میانگین طول مشخصه مسیر 142/13 و قطر شبکه 38 بود که نشان می‌دهد شبکه ویژگی جهان کوچک را نیز دارد. پژوهش حاضر اولین مطالعه با هدف بازسازی شبکه متابولیکی افت شکمبه است که ممکن است اطلاعات در جهت درک بیشتر پتانسیل متابولیکی شکمبه را بهبود دهد. هاب متابولیت‌ها در شبکه‌های مقیاس آزاد نقش معنی‌داری در حفظ ثبات توپولوژیک ایفا می‌کنند به همین دلیل بنظر می‌رسد برای تحقیقات اصلاح نژاد دام مفید باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Reconstruction and topological analysis of metabolic network in the bovine rumen tissue

نویسندگان [English]

  • Maryam Gholizadeh 1
  • Jamal Fayazi 2
  • Yazdan Asgari 3
  • Hakimeh Zali 4
1 1- Department of Animal Science, Faculty of Animal and Food Science, Khuzestan Agricultural sciences and Natural Resources University, Mollasani, Ahvaz, Iran
2 Department of Animal Sciences, Ramin Agricultural and Natural Resources University, Iran
3 2- School of Advanced Technologies in Medicine Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, Iran
4 3- School of Advanced Technologies in Medicine Shahid Beheshti University of Medical Sciences, Tehran, Iran
چکیده [English]

The rumen has a central role in production efficiency in ruminants. Understanding metabolism process of rumen tissue can improve production efficiency of ruminants. In the present work, the metabolic network in the rumen tissue of cattle was reconstructed using genome information and available knowledge of rumen tissue from BRENDA, KEGG, Uniprot and NCBI. The result of reconstruct network consisted of 410 enzymes, 1429 metabolites as nodes and 1771 reactions they take part as edges. The characteristics of the metabolite-centric network were analyzed using some plugins in Cytoscape software. The top 15 hub metabolites were determined. The result of search in KEGG pathway shown the most of hub metabolites include CoA, Acetyl-CoA, D-fructose-6-phosphate, ubiquinone, succinate, electron-transferring flavoprotein, pyruvate, tetrahydrofolate and 2-oxoglutarate, involved in reactions which participate in metabolic pathway. Also, the genes CPT2, CPT1A, CPT1B, CPT1C (EC 2.3.1.21), ETFDH (EC 2.3.1.41), GPAM, GPAT4, GPAT3, GPAT2 (EC 2.3.1.15) participate in fatty acid metabolism that genes associated with this pathway may be essential to improve meat production efficiency of cattle research. The degree distribution of network follow power-law distribution hence displays a scale-free property. The average path length was 13.142 and diameter was 38 that shows the network also has small world properties. The present work is the first study to reconstruct rumen tissue network that may provide information to greater understanding on metabolic potential of rumen. Hub metabolites in scale-free networks paly significant role in maintaining topological robustness, for this reason seem to be useful for bovine breeding researches.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bovine rumen tissue
  • metabolic network
  • Topological analysis