1- دانشگاه محقق اردبیلی
چکیده: (289 مشاهده)
مقدمه و هدف: بیان ژن ها تحت تاثیر مراحل مختلف رشدی و عوامل مختلف محیطی متغییر است. تنش خشکی در مرحله گلدهی و پرشدن دانه که به عنوان تنش خشکی پایان فصل شناخته می شود، می تواند منجر به کاهش شدید عملکرد یا شکست کامل تولید محصول شود. تجزیه و تحلیل ژنتیکی مقاومت به خشکی در مرحله زایشی به منظور درک مکانیسم واکنش گیاه به شرایط خشکی در مواجه با چالشهای حفظ امنیت غذایی ضروری است. بررسی پروفایل رونوشت ژن ها در بافت ها و مراحل مختلف رشدی تحت شرایط مختلف تنش های محیطی می تواند بینشی در مورد مکانیسم های مولکولی و نحوهی واکنش گیاهان به تنش ارائه دهد. جو به عنوان یک گیاه مدل برای رمزگشایی مکانیسم های تحمل به خشکی شناخته شده است و مطالعه مکانیسم های مولکولی جو برای اصلاح محصولات مهم است، زیرا توانایی تحمل محدودیت های آبی در مراحل گلدهی و پر شدن دانه را دارد. هدف این پژوهش شناسایی ژنهای دارای بیان افتراقی تحت تنش خشکی پایان فصل در گیاه جو با استفاده از تکنیک RNA-Seq بود. براساس مطالعه ی امینی و همکاران روی 13 ژنوتیپ جوی دو ردیفه ی بهاره تحت تنش خشکی، ژنوتیپ Dayton/ Ranney (اصلاحشده توسط ICARDA) به عنوان یک ژنوتیپ متحمل به خشکی شناسایی شد و در این مطالعه برای بررسی پروفایل بیان ژن گیاه جو تحت تنش خشکی انتهای فصل استفاده شد.
مواد و روشها: ژنوتیپ جو بهاره Dayton/ Ranney در مرحله ظهور برگ پرچم در معرض تیمار تنش خشکی 70 درصد تخلیه آب دردسترس قرار گرفت. RNAی کل از برگ های گیاهان شاهد و تنشدیده استخراج و کیفیت RNAی استخراجشده بررسی شد. پس از توالییابی، آنالیز انجام شد و الگوی بیان ژنهای دارای بیان افتراقی تحت تنش خشکی پایان فصل به دست آمد. همچنین، ژنهای دارای بیان افتراقی، از نظر عملکردی با استفاده از آنالیز غنی‌سازی ژن بررسی شدند. محل اتصال عوامل رونویسی در توالی راهانداز ژن های دارای بیان افتراقی با استفاده نرمافزار آنلاین PlantPAN 3.0 شناسایی و فراوانی جایگاه های اتصال به صورت درصدی از کل جایگاه های شناسایی شده گزارش شد.
یافته ها: تحت تنش خشکی انتهای فصل، در گیاه جو 2920 ژن افزایش بیان و 2289 ژن کاهش بیان معنی دار نشان دادند. ژن های شناسایی شده در فرایندهای فتوسنتز، متابولیسم کربوهیدرات و لیپیدها، فرایندهای تنظیمی، پاسخ به محرک های غیرزیستی و تنش، نمو و بلوغ بذر دخیل بودند. همچنین، براساس آنالیز هستیشناسی ژن، این ژن ها در فرایندهای متابولیکی و بیوسنتزی اسید کربوکسیلیک، متابولیسم ساکارز و گلوکان سلولی، پروتئولیز، فسفوریلاسیون، متابولیسم و بیوسنتز RNA و متابولیسم اسیدآمینه ی خانواده سرین نقش داشتند. از ژنهای با بالاترین افزایش بیان تحت تنش خشکی میتوان به خانواده پروتئین‌های تجمعی در اواخر جنین زایی، یک ژن مسیر فنیلپروپانوئید به نام آنترانیلات-N-بنزوئیلترانسفراز 1، ژن زایلوگلوکاناندوترانسگلوکوزیلات/هیدرولاز، پروتئین سرین/ترئونینفسفاتاز، یک ناقل میتوکندریایی آرژینین، یک ژن اندونوکلئاز، آنزیم لاکاز و چندین عامل رونویسی اشاره نمود. همچنین ژنهایی که بیشترین کاهش بیان معنی داری را تحت تنش خشکی نشان دادند شامل یک کیناز گیرنده حاوی دامنه لکتین نوع L (Hv-LecRK)، یک ژن شبه-ریبونوکلئاز 3، عامل رونویسی HEC1-like، لیپواکسیژناز القاشونده با متیلجاسمونات II، گلوکاناندو-3،1-بتا-گلوکوزیداز GIII، آکواپورین PIP2-5، پروتئین 70 کیلودالتونی شوک حرارتی و ژن آسپارتیکپروتئیناز نپنتزین-1 بود. همچنین، دو ژن ناشناخته 2HG0195510 و 4HG0389440 افزایش بیان قابل ملاحظهای را نشان دادند. این ژنها در فرایندهای متابولیکی و بیوسنتزی اسید کربوکسیلیک، پاسخ به محرک های غیرزیستی و تنش، پاسخ به محرکهای درونزا، پروتئولیز، فسفوریلاسیون، متابولیسم و بیوسنتز RNA، فرایند متابولیک پروتئین، متابولیسم اسیدآمینهی خانواده سرین و حمل و نقل نقش داشتند. همچنین در ﺳﻄﺢ عملکرد مولکولی، برای کلیهی ژنهای دارای بیان افتراقی، گروهﻫﺎی ﻓﻌﺎﻟﯿﺖ کاتالیزوری و اﺗﺼﺎل، ﺑﯿﺸﺘﺮیﻦ ﺗﻌﺪاد ژن را ﺑﻪ ﺧﻮد اﺧﺘﺼﺎص دادﻧد. سایر عملکردهای مولکولی شناساییشده برای ژنهای پاسخگو به تنش خشکی شامل اتصال به پروتئین، اتصال به نوکلئوتیدی، فعالیت حمل و نقل، اتصال به DNA، فعالیت ترانسفراز، کیناز، هیدرولاز و پیروفسفاتاز میباشد. علاوهبراین، ژنهای افزایش بیانیافته به طور خاص دارای عملکردهای انتقال پیام، عامل رونویسی، تنظیم آنزیم، انتقال مولکولی و فعالیت گیرنده بودند. جایگاه های اتصال عوامل رونویسی شناسایی شده در ژن های دارای بیان افتراقی به 64 خانواده طبقه بندی شدند. بیشترین درصد جایگاه های اتصال در ژن های افزایش بیان یافته متعلق به عوامل رونویسی ERF/AP2 و پس از آن فراوانترین جایگاه های اتصال متعلق به خانواده های عوامل رونویسی bZIP، bHLH، DOF و GATA بود. همچنین فراوانترین جایگاه های اتصال در ژنهای کاهش بیان یافته شامل AP2/ERF، BES1 ، EIL، TCP، Myb/SANT، GATA و DOF بود.
نتیجه گیری: با بررسی بیان ژن تحت تنش خشکی پایان فصل جنبه هایی از مکانیسم مقاومت گیاه جو به تنش خشکی که با فعالیت های متابولیکی و بیوسنتزی گیاه در مرحله زایشی مرتبط است شناسایی شد. نتایج نشان می دهد که شبکه های ژنی متنوع و پیچیدهای در پاسخ گیاه جو به تنش خشکی انتهای فصل نقش داشتند و عمدتا فرایندهای زیستی مرتبط با فتوسنتز و تولید متابولیت های پیش ساز و انرژی کاهش و فرایندهای متابولیکی افزایش یافت. همچنین فرایند پاسخ به محرک در هر دو مجموعه از ژن های افزایش و کاهش بیان یافته، مشاهده شد.
مواد و روشها: ژنوتیپ جو بهاره Dayton/ Ranney در مرحله ظهور برگ پرچم در معرض تیمار تنش خشکی 70 درصد تخلیه آب دردسترس قرار گرفت. RNAی کل از برگ های گیاهان شاهد و تنشدیده استخراج و کیفیت RNAی استخراجشده بررسی شد. پس از توالییابی، آنالیز انجام شد و الگوی بیان ژنهای دارای بیان افتراقی تحت تنش خشکی پایان فصل به دست آمد. همچنین، ژنهای دارای بیان افتراقی، از نظر عملکردی با استفاده از آنالیز غنی‌سازی ژن بررسی شدند. محل اتصال عوامل رونویسی در توالی راهانداز ژن های دارای بیان افتراقی با استفاده نرمافزار آنلاین PlantPAN 3.0 شناسایی و فراوانی جایگاه های اتصال به صورت درصدی از کل جایگاه های شناسایی شده گزارش شد.
یافته ها: تحت تنش خشکی انتهای فصل، در گیاه جو 2920 ژن افزایش بیان و 2289 ژن کاهش بیان معنی دار نشان دادند. ژن های شناسایی شده در فرایندهای فتوسنتز، متابولیسم کربوهیدرات و لیپیدها، فرایندهای تنظیمی، پاسخ به محرک های غیرزیستی و تنش، نمو و بلوغ بذر دخیل بودند. همچنین، براساس آنالیز هستیشناسی ژن، این ژن ها در فرایندهای متابولیکی و بیوسنتزی اسید کربوکسیلیک، متابولیسم ساکارز و گلوکان سلولی، پروتئولیز، فسفوریلاسیون، متابولیسم و بیوسنتز RNA و متابولیسم اسیدآمینه ی خانواده سرین نقش داشتند. از ژنهای با بالاترین افزایش بیان تحت تنش خشکی میتوان به خانواده پروتئین‌های تجمعی در اواخر جنین زایی، یک ژن مسیر فنیلپروپانوئید به نام آنترانیلات-N-بنزوئیلترانسفراز 1، ژن زایلوگلوکاناندوترانسگلوکوزیلات/هیدرولاز، پروتئین سرین/ترئونینفسفاتاز، یک ناقل میتوکندریایی آرژینین، یک ژن اندونوکلئاز، آنزیم لاکاز و چندین عامل رونویسی اشاره نمود. همچنین ژنهایی که بیشترین کاهش بیان معنی داری را تحت تنش خشکی نشان دادند شامل یک کیناز گیرنده حاوی دامنه لکتین نوع L (Hv-LecRK)، یک ژن شبه-ریبونوکلئاز 3، عامل رونویسی HEC1-like، لیپواکسیژناز القاشونده با متیلجاسمونات II، گلوکاناندو-3،1-بتا-گلوکوزیداز GIII، آکواپورین PIP2-5، پروتئین 70 کیلودالتونی شوک حرارتی و ژن آسپارتیکپروتئیناز نپنتزین-1 بود. همچنین، دو ژن ناشناخته 2HG0195510 و 4HG0389440 افزایش بیان قابل ملاحظهای را نشان دادند. این ژنها در فرایندهای متابولیکی و بیوسنتزی اسید کربوکسیلیک، پاسخ به محرک های غیرزیستی و تنش، پاسخ به محرکهای درونزا، پروتئولیز، فسفوریلاسیون، متابولیسم و بیوسنتز RNA، فرایند متابولیک پروتئین، متابولیسم اسیدآمینهی خانواده سرین و حمل و نقل نقش داشتند. همچنین در ﺳﻄﺢ عملکرد مولکولی، برای کلیهی ژنهای دارای بیان افتراقی، گروهﻫﺎی ﻓﻌﺎﻟﯿﺖ کاتالیزوری و اﺗﺼﺎل، ﺑﯿﺸﺘﺮیﻦ ﺗﻌﺪاد ژن را ﺑﻪ ﺧﻮد اﺧﺘﺼﺎص دادﻧد. سایر عملکردهای مولکولی شناساییشده برای ژنهای پاسخگو به تنش خشکی شامل اتصال به پروتئین، اتصال به نوکلئوتیدی، فعالیت حمل و نقل، اتصال به DNA، فعالیت ترانسفراز، کیناز، هیدرولاز و پیروفسفاتاز میباشد. علاوهبراین، ژنهای افزایش بیانیافته به طور خاص دارای عملکردهای انتقال پیام، عامل رونویسی، تنظیم آنزیم، انتقال مولکولی و فعالیت گیرنده بودند. جایگاه های اتصال عوامل رونویسی شناسایی شده در ژن های دارای بیان افتراقی به 64 خانواده طبقه بندی شدند. بیشترین درصد جایگاه های اتصال در ژن های افزایش بیان یافته متعلق به عوامل رونویسی ERF/AP2 و پس از آن فراوانترین جایگاه های اتصال متعلق به خانواده های عوامل رونویسی bZIP، bHLH، DOF و GATA بود. همچنین فراوانترین جایگاه های اتصال در ژنهای کاهش بیان یافته شامل AP2/ERF، BES1 ، EIL، TCP، Myb/SANT، GATA و DOF بود.
نتیجه گیری: با بررسی بیان ژن تحت تنش خشکی پایان فصل جنبه هایی از مکانیسم مقاومت گیاه جو به تنش خشکی که با فعالیت های متابولیکی و بیوسنتزی گیاه در مرحله زایشی مرتبط است شناسایی شد. نتایج نشان می دهد که شبکه های ژنی متنوع و پیچیدهای در پاسخ گیاه جو به تنش خشکی انتهای فصل نقش داشتند و عمدتا فرایندهای زیستی مرتبط با فتوسنتز و تولید متابولیت های پیش ساز و انرژی کاهش و فرایندهای متابولیکی افزایش یافت. همچنین فرایند پاسخ به محرک در هر دو مجموعه از ژن های افزایش و کاهش بیان یافته، مشاهده شد.
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
