Published October 15, 2021 | Version v1
Publication Open

Genome-Wide DNA Methylation Profile in Jejunum Reveals the Potential Genes Associated With Paratuberculosis in Dairy Cattle

Creators

  • 1. Ministry of Agriculture and Rural Affairs
  • 2. China Agricultural University

Description

Paratuberculosis in cattle causes substantial economic losses to the dairy industry. Exploring functional genes and corresponding regulatory pathways related to resistance or susceptibility to paratuberculosis is essential to the breeding of disease resistance in cattle. Co-analysis of genome-wide DNA methylation and transcriptome profiles is a critically important approach to understand potential regulatory mechanism underlying the development of diseases. In this study, we characterized the profiles of DNA methylation of jejunum from nine Holstein cows in clinical, subclinical, and healthy groups using whole-genome bisulfite sequencing (WGBS). The average methylation level in functional regions was 29.95% in the promoter, 29.65% in the 5' untranslated region (UTR), 68.24% in exons, 71.55% in introns, and 72.81% in the 3' UTR. A total of 3,911, 4,336, and 4,094 differentially methylated genes (DMGs) were detected in clinical vs. subclinical, clinical vs. healthy, and subclinical vs. healthy comparative group, respectively. Gene ontology (GO) and analysis based on the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) showed that these DMGs were significantly enriched in specific biological processes related to immune response, such as Th1 and Th2 cell differentiation, wnt, TNF, MAPK, ECM-receptor interaction, cellular senescence, calcium, and chemokine signaling pathways (q value <0.05). The integration of information about DMGs, differentially expressed genes (DEGs), and biological functions suggested nine genes CALCRL, TNC, GATA4, CD44, TGM3, CXCL9, CXCL10, PPARG, and NFATC1 as promising candidates related to resistance/susceptibility to Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis (MAP). This study reports on the high-resolution DNA methylation landscapes of the jejunum methylome across three conditions (clinical, subclinical, and healthy) in dairy cows. Our investigations integrated different sources of information about DMGs, DEGs, and pathways, enabling us to find nine functional genes that might have potential application in resisting paratuberculosis in dairy cattle.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يتسبب مرض نظير السل في الماشية في خسائر اقتصادية كبيرة لصناعة الألبان. يعد استكشاف الجينات الوظيفية والمسارات التنظيمية المقابلة المتعلقة بالمقاومة أو القابلية للإصابة بمرض نظير السل أمرًا ضروريًا لتكاثر مقاومة الأمراض لدى الماشية. التحليل المشترك لمثيلات الحمض النووي على مستوى الجينوم وملامح النسخ هو نهج بالغ الأهمية لفهم الآلية التنظيمية المحتملة الكامنة وراء تطور الأمراض. في هذه الدراسة، قمنا بتمييز ملامح مثيلة الحمض النووي للصائم من تسع أبقار هولشتاين في مجموعات سريرية ودون سريرية وصحية باستخدام تسلسل ثنائي كبريتات الجينوم الكامل (WGBS). بلغ متوسط مستوى المثيلة في المناطق الوظيفية 29.95 ٪ في المروج، و 29.65 ٪ في المنطقة غير المترجمة 5بوصة، و 68.24 ٪ في الإكسونات، و 71.55 ٪ في الإنترونات، و 72.81 ٪ في المنطقة غير المترجمة 3 بوصة. تم اكتشاف ما مجموعه 3،911 و 4،336 و 4،094 من الجينات المعالجة بالميثيل بشكل تفاضلي (DMGs) في المجموعة المقارنة السريرية مقابل دون السريرية والسريرية مقابل الصحية ودون السريرية مقابل الصحية، على التوالي. أظهر علم أنطولوجيا الجينات (GO) والتحليل القائم على موسوعة كيوتو للجينات والجينوم (KEGG) أن هذه المواد الضارة كانت غنية بشكل كبير في عمليات بيولوجية محددة تتعلق بالاستجابة المناعية، مثل تمايز الخلايا TH1 و TH2، WNT، TNF، MAPK، تفاعل مستقبلات ECM، الشيخوخة الخلوية، الكالسيوم، ومسارات إشارات الكيموكين (قيمة q <0.05). اقترح تكامل المعلومات حول المواد الضارة الضارة، والجينات المعبر عنها بشكل تفاضلي (DEGs)، والوظائف البيولوجية تسعة جينات CALCRL، و TNC، و GATA4، و CD44، و TGM3، و CXCL9، و CXCL10، و PPARG، و NFATC1 كمرشحين واعدين فيما يتعلق بالمقاومة/القابلية للإصابة ببكتيريا المتفطرة الطيرية شبه السلية (MAP). تقدم هذه الدراسة تقارير عن مناظر مثيلة الحمض النووي عالية الدقة لميثيلوم الصائم عبر ثلاث حالات (سريرية ودون سريرية وصحية) في الأبقار الحلوب. دمجت تحقيقاتنا مصادر مختلفة للمعلومات حول المواد الضارة الضارة و DEGs والمسارات، مما مكننا من العثور على تسعة جينات وظيفية قد يكون لها تطبيق محتمل في مقاومة نظير السل في الماشية الحلوب.

Translated Description (French)

La paratuberculose chez les bovins entraîne des pertes économiques substantielles pour l'industrie laitière. L'exploration des gènes fonctionnels et des voies de régulation correspondantes liées à la résistance ou à la sensibilité à la paratuberculose est essentielle à l'élevage de la résistance aux maladies chez les bovins. La co-analyse des profils de méthylation et de transcriptome de l'ADN à l'échelle du génome est une approche d'une importance cruciale pour comprendre le mécanisme régulateur potentiel sous-jacent au développement de maladies. Dans cette étude, nous avons caractérisé les profils de méthylation de l'ADN du jéjunum de neuf vaches Holstein dans des groupes cliniques, subcliniques et sains en utilisant le séquençage du bisulfite du génome entier (WGBS). Le niveau moyen de méthylation dans les régions fonctionnelles était de 29,95 % dans le promoteur, de 29,65 % dans la région 5' non traduite (UTR), de 68,24 % dans les exons, de 71,55 % dans les introns et de 72,81 % dans la région 3' UTR. Un total de 3 911, 4 336 et 4 094 gènes méthylés différentiellement (DMG) ont été détectés dans le groupe comparatif clinique vs subclinique, clinique vs sain et subclinique vs sain, respectivement. L'ontologie des gènes (GO) et l'analyse basée sur l'Encyclopédie des gènes et des génomes de Kyoto (KEGG) ont montré que ces DMG étaient significativement enrichis en processus biologiques spécifiques liés à la réponse immunitaire, tels que la différenciation des cellules Th1 et Th2, wnt, TNF, MAPK, l'interaction des récepteurs ECM, la sénescence cellulaire, le calcium et les voies de signalisation des chimiokines (valeur q <0,05). L'intégration d'informations sur les DMG, les gènes à expression différentielle (DEG) et les fonctions biologiques a suggéré neuf gènes CALCRL, TNC, GATA4, CD44, TGM3, CXCL9, CXCL10, PPARG et NFATC1 comme candidats prometteurs liés à la résistance/sensibilité à la paratuberculose de la sous-espèce Mycobacterium avium (MAP). Cette étude porte sur les paysages de méthylation de l'ADN à haute résolution du méthylome du jéjunum dans trois conditions (clinique, subclinique et saine) chez les vaches laitières. Nos investigations ont intégré différentes sources d'informations sur les DMG, les DEG et les voies, nous permettant de trouver neuf gènes fonctionnels qui pourraient avoir une application potentielle dans la résistance à la paratuberculose chez les bovins laitiers.

Translated Description (Spanish)

La paratuberculosis en el ganado causa pérdidas económicas sustanciales a la industria láctea. Explorar los genes funcionales y las vías reguladoras correspondientes relacionadas con la resistencia o la susceptibilidad a la paratuberculosis es esencial para la reproducción de la resistencia a las enfermedades en el ganado. El coanálisis de la metilación del ADN en todo el genoma y los perfiles del transcriptoma es un enfoque de importancia crítica para comprender el posible mecanismo regulador subyacente al desarrollo de enfermedades. En este estudio, caracterizamos los perfiles de metilación del ADN del yeyuno de nueve vacas Holstein en grupos clínicos, subclínicos y sanos utilizando la secuenciación por bisulfito del genoma completo (WGBS). El nivel de metilación promedio en las regiones funcionales fue de 29.95% en el promotor, 29.65% en la región 5' no traducida (UTR), 68.24% en los exones, 71.55% en los intrones y 72.81% en la 3' UTR. Se detectaron un total de 3,911, 4,336 y 4,094 genes diferencialmente metilados (DMG) en el grupo comparativo clínico vs. subclínico, clínico vs. sano y subclínico vs. sano, respectivamente. La ontología génica (GO) y el análisis basado en la Enciclopedia de Genes y Genomas de Kyoto (KEGG) mostraron que estos DMG se enriquecieron significativamente en procesos biológicos específicos relacionados con la respuesta inmune, como la diferenciación de células Th1 y Th2, WNT, TNF, MAPK, interacción ECM-receptor, senescencia celular, calcio y vías de señalización de quimiocinas (valor q <0.05). La integración de información sobre DMG, genes de expresión diferencial (DEG) y funciones biológicas sugirió nueve genes CALCRL, TNC, GATA4, CD44, TGM3, CXCL9, CXCL10, PPARG y NFATC1 como candidatos prometedores relacionados con la resistencia/susceptibilidad a Mycobacterium avium subespecie paratuberculosis (MAP). Este estudio informa sobre los paisajes de metilación del ADN de alta resolución del metiloma del yeyuno en tres condiciones (clínica, subclínica y saludable) en vacas lecheras. Nuestras investigaciones integraron diferentes fuentes de información sobre DMG, DEG y vías, lo que nos permitió encontrar nueve genes funcionales que podrían tener una aplicación potencial en la resistencia a la paratuberculosis en el ganado lechero.

Files

pdf.pdf

Files (2.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b7dfef60c8bc252d1d1c0e15c87ab31e
2.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
ملف مثيلة الحمض النووي على مستوى الجينوم في الصائم يكشف عن الجينات المحتملة المرتبطة بمرض نظير السل في الماشية الحلوب
Translated title (French)
Le profil de méthylation de l'ADN à l'échelle du génome dans le jéjunum révèle les gènes potentiels associés à la paratuberculose chez les bovins laitiers
Translated title (Spanish)
El perfil de metilación del ADN de todo el genoma en el yeyuno revela los genes potenciales asociados con la paratuberculosis en el ganado lechero

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3207929522
DOI
10.3389/fgene.2021.735147

Is supplement to
https://openalex.org/W608346787 (Other)
https://openalex.org/W2902329290 (Other)
https://openalex.org/W2221018455 (Other)
https://openalex.org/W2151182744 (Other)
https://openalex.org/W2107880877 (Other)
https://openalex.org/W2054863651 (Other)
https://openalex.org/W2052355316 (Other)
https://openalex.org/W2046964473 (Other)
https://openalex.org/W2024490794 (Other)
https://openalex.org/W1998349112 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W177487904
  • https://openalex.org/W1800944583
  • https://openalex.org/W1964562088
  • https://openalex.org/W1969356458
  • https://openalex.org/W197255355
  • https://openalex.org/W1974822060
  • https://openalex.org/W1978637583
  • https://openalex.org/W1984115834
  • https://openalex.org/W1989838345
  • https://openalex.org/W1996298672
  • https://openalex.org/W2004288749
  • https://openalex.org/W2006821600
  • https://openalex.org/W2018651477
  • https://openalex.org/W2025785494
  • https://openalex.org/W2027305424
  • https://openalex.org/W2035618305
  • https://openalex.org/W2036233266
  • https://openalex.org/W2040473651
  • https://openalex.org/W2047640872
  • https://openalex.org/W2054154194
  • https://openalex.org/W2062041462
  • https://openalex.org/W2068272278
  • https://openalex.org/W2071847321
  • https://openalex.org/W2081447858
  • https://openalex.org/W2090866499
  • https://openalex.org/W2094650342
  • https://openalex.org/W2097511872
  • https://openalex.org/W2099689315
  • https://openalex.org/W2099908820
  • https://openalex.org/W2102235987
  • https://openalex.org/W2102619694
  • https://openalex.org/W2107888520
  • https://openalex.org/W2110065044
  • https://openalex.org/W2124748744
  • https://openalex.org/W2125905177
  • https://openalex.org/W2131374955
  • https://openalex.org/W2133769516
  • https://openalex.org/W2134912488
  • https://openalex.org/W2150936392
  • https://openalex.org/W2155682692
  • https://openalex.org/W2158998217
  • https://openalex.org/W2159003098
  • https://openalex.org/W2160522884
  • https://openalex.org/W2161163980
  • https://openalex.org/W2170551349
  • https://openalex.org/W2215197314
  • https://openalex.org/W2296591944
  • https://openalex.org/W2339322474
  • https://openalex.org/W2342736450
  • https://openalex.org/W2467814536
  • https://openalex.org/W2770893462
  • https://openalex.org/W2775489708
  • https://openalex.org/W2793350103
  • https://openalex.org/W2800442771
  • https://openalex.org/W2801637253
  • https://openalex.org/W2807139728
  • https://openalex.org/W2899108679
  • https://openalex.org/W2906208574
  • https://openalex.org/W2916750889
  • https://openalex.org/W2951912016
  • https://openalex.org/W2952597168
  • https://openalex.org/W2972536365
  • https://openalex.org/W2986539335
  • https://openalex.org/W2994277775
  • https://openalex.org/W3002753540
  • https://openalex.org/W3045410539
  • https://openalex.org/W3119099935