Nonsynonymous Substitution Detected In Heat Stress-Associated HSPA8 gene in Artlı Sheep

Amaç: İklim değişikliği, günümüzde insanlığın karşı karşıya olduğu çok boyutlu küresel krizlerin temelinde yer almaktadır. Koyun yetiştiriciliği, küresel gıda güvenliğinin sürdürülebilirliğinde kilit bir rol oynamaktadır. Artan küresel sıcaklık artışına bağlı oluşan sıcaklık stresi, koyun ırklarının bu strese karşı dayanıklılığını belirleyen genler açısından genetik olarak iyileştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Bu çalışmada, Artlı ve Çepni koyun popülasyonlarında önemli ısı şoku proteinlerinden biri olan HSPA8 geninin sekizinci ekzonundaki tek nükleotid polimorfizmlerinin (SNP), Sanger dizileme yöntemi kullanılarak taranması amaçlanmıştır. Materyal ve Yöntem: HSPA8 geninin sekizinci ekzon bölgesi dizilenmiş ve elde edilen dizilerdeki SNP'ler, MEGA X yazılımı kullanılarak belirlenmiştir. Tespit edilen mutasyonların protein yapısı üzerindeki potansiyel etkileri HOPE yazılımı ile modellenmiştir. Ayrıca, protein yapısının tahmin doğruluğunu değerlendirmek amacıyla AlphaFold2 yazılımı kullanılarak güvenilirlik değerleri (pLDDT) elde edilmiştir. Araştırma Bulguları: Artlı koyunlarının, geleneksel olarak düşük sıcaklık stresine ve zorlu çevresel koşullara karşı yüksek direnç gösterdiği bilinmektedir. Analiz edilen Artlı koyun örneklerinin %50’sinde HSPA8 geninin 8. ekzonun 210. nükleotid pozisyonunda gerçekleşen C>T değişimi sonucunda 605. amino asit olan prolinin, lösin ile yer değiştirdiği tespit edilmiştir. Ayrıca Artlı genotiplerinin %40’ında, 8. ekzonun 46. nükleotid pozisyonunda heterozigot durumda bulunan ve 550. amino asit pozisyonunda sessiz mutasyona neden olan G>A değişimi gözlenmiştir. Buna karşın, Çepni ırkına ait örneklerin tamamının incelenen ekzon bölgesi bakımından monomorfik yapıda olduğu belirlenmiştir. Sonuç: İklim değişikliğine adaptasyonun genetik temelini; mutasyonlarla birlikte genler arası epistatik etkileşimler ve epigenetik düzenleyici mekanizmalar gibi diğer genetik süreçler oluşturmaktadır. Küresel iklim değişikliğinin bir sonucu olarak ortaya çıkan sıcaklık artışları çiftlik hayvanlarında verimliliğin azalmasına neden olmaktadır. Sürdürülebilir koyun yetiştiriciliği, Artlı ve Çepni gibi yerel koyun ırklarının potansiyel ıslah materyali olarak değerlendirilmesine bağlıdır. Bu nedenle bu özgün genotipler üzerinde kapsamlı genetik araştırmaların yürütülmesine, yerel ırkların korunmasına yönelik çabaların da artırılmasına gereksinim bulunmaktadır.

Objective: Climate change lies at the core of the multifaceted global crises confronting humanity today. Sheep breeding plays a crucial role in ensuring the sustainability of global food security. Heat stress resulting from the increasing rise in global temperatures necessitates the genetic improvement of sheep breeds in terms of the genes that determine their resistance to this stress. The present study aimed to screen single-nucleotide polymorphisms (SNPs) located in the eighth exon of the HSPA8 gene, which is one of the important heat shock proteins, in Artlı and Çepni sheep populations using the Sanger sequencing method. Material and Methods: The eighth exon region of the HSPA8 gene was sequenced, and SNPs within the obtained sequences were identified using the MEGA X software. The potential effects of the detected mutations on the protein structure were modeled using the HOPE software. In addition, to assess the accuracy of the predicted protein structure, confidence scores (pLDDT) were obtained using the AlphaFold2 software. Results: Artlı sheep are traditionally known for their high resistance to low-temperature stress and harsh environmental conditions. In this study, a C>T substitution at the 210th nucleotide position of the 8th exon of the HSPA8 gene was detected in 50% of the analyzed Artlı sheep samples, resulting in the replacement of proline with leucine at amino acid position 605. Furthermore, 40% of the Artlı genotypes exhibited a G>A substitution at the 46th nucleotide position of the same exon, which was found to be heterozygous and caused a silent mutation at amino acid position 550. In contrast, all analyzed samples of the Çepni breed were found to be monomorphic with respect to the examined exon region. Conclusion: The genetic basis of adaptation to climate change is shaped not only by mutations but also by other genetic processes, such as epistatic interactions between genes and epigenetic regulatory mechanisms. Rising temperatures resulting from global climate change have led to a decline in livestock productivity. Sustainable sheep breeding depends on evaluating local breeds, such as Artlı and Çepni, as potential breeding materials. Therefore, there is a need to conduct comprehensive genetic studies on these unique genotypes and to strengthen efforts aimed at conserving local breeds.