Karakterisasi dan Diversitas Genetik Gen SOX9 dan MSTN pada Ayam Hutan sebagai Gen yang Berpotensi Memengaruhi Diversitas Fenotipe Siring

Abstract

Suara kokokan ayam merupakan hasil vokalisasi yang memiliki pola beragam, baik pada ayam domestik maupun ayam hutan. Siring, organ penghasil suara pada Aves, memiliki anatomi yang dilaporkan beragam. Keragaman anatomi siring ini dihipotesiskan berkontribusi terhadap terbentuknya pola suara vokalisasi yang beragam. Ayam adalah burung yang tidak mampu untuk menirukan suara dari sumber suara lainnya, sehingga pola suara kokokannya diturunkan secara genetik. Kedua hipotesis ini menunjukkan bahwa diversitas faktor genetik, seperti variasi urutan nukleotida, yang berhubungan dengan pembentukan fenotipe siring, mempengaruhi pola suara vokalisasi pada ayam, seperti suara kokokan. Gen SOX9 adalah suatu gen yang menyandikan suatu protein yang berperan dalam peregulasian ekspresi dari berbagai gen, dengan gen-gen yang berkaitan dengan pembentukan dan perkembangan tulang rawan adalah contoh target peregulasiannya. Gen MSTN merupakan gen penyadi protein regulator dengan gen-gen yang berperan dalam pembentukan dan perkembangan otot rangka adalah contoh gen target peregulasiannya. Berdasarkan temuan akan fungsi-fungsi dari kedua gen ini, gen SOX9 dan MSTN diprediksikan memiliki potensi memengaruhi diversitas fenotipe siring. Oleh karena hal tersebut, penelitian ini bertujuan untuk mengarakterisasi gen SOX9 dan MSTN pada spesies ayam hutan serta mengukur tingkat diversitasnya. Penelitian ini menggunakan sampel bulu bagian dada dari ayam hutan hijau (Gallus varius) sebagai sumber bahan genetik. Sepuluh sampel G. varius dianalisis untuk gen SOX9 dan 4 sampel untuk gen MSTN. Ekson 1 dan 2 gen SOX9 dan ekson 2 dan 3 gen MSTN diamplifikasi menggunakan masing-masing 2 pasang primer yang didisain berdasarkan gen SOX9 dan MSTN dari ayam domestik persilangan breed Broiler dan White Leghorn (NC_052549.1 dan NC_052538.1). Sebagai tambahan, data area target dari kedua gen tersebut, yang berasal dari whole genome sequence (WGS) dari empat spesies ayam hutan yang tersimpan pada repositori online dalam format SRA, dipetakan dan disusun berdasarkan gen SOX9 dan gen MSTN ayam domestik menggunakan BLASTN dan MEGA7. Keseluruhan data kemudian dianalisis secara bioinformatik. Investigasi terhadap kedua gen ini menunjukkan, area target dari gen SOX9 dan MSTN keempat ayam hutan memiliki karakteristik yang mirip dengan yang dimiliki oleh ayam domestik, baik pada urutan nukleotida dan asam aminonya. Tingkat diversitas kedua gen pada area target tersebut ditemukan tinggi pada urutan nukleotidanya, namun tidak pada urutan asam aminonya. Berdasarkan hasil yang didapatkan, posisi atau situs nukleotida varian unik hanya teramati pada urutan nukleotida gen MSTN G. varius (sampel dan pustaka SRA). Selain itu diduga urutan nukleotida pada area UTR menyimpan posisi nukleotida varian yang lebih banyak dibandingkan area CDS pada gen SOX9 dan MSTN dari spesies ayam hutan.

Chicken crowing is a vocalization sound which commonly produced by rooster and was known to have diverse sound pattern in both domesticated chicken and junglefowl. The syrinx, unique sound producing organ in Aves, has been reported to have diverse anatomy. This anatomical diversity is proposed as contributing factor in the diversity of vocalization sound pattern. Chickens are birds which unable imitating the sound from other sound sources, which indicate the crowing sound pattern is genetically inherited. These 2 hypotheses suggest that diversity of genetic factor, such as nucleotide diversity, which linked to syrinx phenotype development affecting vocalization sound patterns, such as crowing, in chicken. The SOX9 gene encodes a protein which act as transcription factor that regulating the expression of various gene, such as genes related to cartilage growth and development. The MSTN gene encode myostatin protein which one of its function is regulating the expression of skeletal muscle related genes. Based on the understanding of the functions of these two genes, it was predicted that the SOX9 and MSTN genes have the potential to influence the diversity of syrinx phenotypes. Therefore, this study aims to characterize the SOX9 and MSTN genes in junglefowl species and measure its diversity level. Chest feathers of Gallus varius samples were collected and its total genomic DNA was extracted using a commercial DNA extraction kit. Ten G. varius sample was used in SOX9 gene analysis and 4 was used in MSTN gene analysis. The targeted region, which is exons 1 and 2 of the SOX9 gene and the MSTN gene exons 2 and 3, was amplified using two pairs of primers each, designed based on the SOX9 and MSTN gene of domestic chicken, crossbreed between Broiler and White Leghorn (NC_052549.1 and NC_052538.1). In addition, the mapping and assembling of targeted region of the two genes from whole genome sequence (WGS) of 4 junglefowl species which stored in online repository in SRA data format were conducted based on the SOX9 and MSTN gene of domestic chicken using BLASTN and MEGA7. These datasets were then analyzed bioinformatically. The comparative analysis of these two genes showed that exons 1 and 2 of the SOX9 gene and the MSTN gene exons 2 and 3 in four junglefowl species had similar characteristics to those found in domestic chickens, both in the nucleotide and amino acid sequences. The nucleotide sequence exhibited high diversity, though this was not reflected in the amino acid sequence diversity. The findings showed that unique nucleotide variant sites only observed in MSTN genes nucleotide sequence of G. varius (samples and SRA data). In addition, it was suggested that the nucleotide sequence in the UTR region has more variant nucleotide positions than the CDS region in the SOX9 and MSTN genes of junglefowl species.