Sequence analysis suggests positive selection on the bovine prodynorphin gene

Abstract

Dynorphin A is an endogenous opioid peptide that is part of the KNDy system in the hypothalamus of mammals. This peptide acts as an inhibitor of the GnRH pulse generation, thus regulating the onset of puberty and reproductive cycles. The PDYN gene encodes the propeptide Prodynorphin, the precursor of Dynorphin A. Despite its physiological relevance, PDYN has not emerged as a candidate gene associated with puberty in genomic association studies conducted in cattle. The present work aimed to search for signatures of selection on the PDYN gene among cattle breeds. To this, the whole genome sequences from 57 samples of ten cattle breeds were used. The samples were grouped based on breed selection history and their productive differences, particularly in terms of sexual precocity. The population structure was analyzed using Principal Component Analyses. To evidence recent selection processes, neutrality tests, such as Tajima’s D and Fu & Li’s F* and D* were performed in defined functional regions of PDYN. The putative promoter of PDYN showed a population structure that is in agreement with the criteria considered to make the groups. In that region, neutrality tests were consistently negative and resulted in statistically significant for the dairy breeds. Also, these breeds exhibited less variability in the haplotype analyses than the others. The results presented here suggest that regulatory regions of PDYN could be under positive selection, particularly in dairy breeds.

Dinorfina A es un péptido opioide endógeno que forma parte del sistema KNDy en el hipotálamo de mamíferos. Este péptido actúa como inhibidor de la generación de los pulsos de GnRH, regulando así el inicio de la pubertad y los ciclos reproductivos. El gen PDYN codifica el propéptido Prodinorfina, precursor de Dinorfina A. A pesar de su relevancia fisiológica, PDYN no ha surgido como gen candidato asociado a pubertad en estudios de asociación genómicos en bovinos. El presente trabajo tuvo como objetivo buscar huellas de selección en el gen PDYN entre diferentes razas bovinas. Para alcanzarlo se utilizaron secuencias genómicas de 57 muestras de diez razas bovinas. Las muestras fueron agrupadas considerando la historia de selección y las diferencias productivas entre razas, particularmente en términos de precocidad sexual. La estructura poblacional fue analizada usando análisis de componentes principales. Para evidenciar procesos de selección recientes se realizaron pruebas de neutralidad, tales como D de Tajima y F* y D* de Fu & Li, en diferentes regiones funcionales de PDYN. El promotor putativo de PDYN mostró una estructura poblacional que es consistente con los criterios usados para agrupar las razas. En esa región, las pruebas de neutralidad fueron consistentemente negativas y estadísticamente significativas en las razas lecheras. Además, estas razas también exhibieron menor variabilidad en los análisis de haplotipos que las demás razas. Los resultados presentados aquí sugieren que regiones regulatorias de PDYN estarían bajo selección positiva, particularmente en razas bovinas lecheras