دوره 17، شماره 2 - ( تابستان 1404 )                   جلد 17 شماره 2 صفحات 93-82 | برگشت به فهرست نسخه ها


XML English Abstract Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

Azizyan R, Abdollahi Mandoulakani B. (2025). Phylogeny Analysis of Some Genes Involved in the Chlorogenic Acid Biosynthesis Pathway in the Medicinal Plant Sonchus arvensis L.. J Crop Breed. 17(2), 82-93. doi:10.61882/jcb.2024.1578
URL: http://jcb.sanru.ac.ir/article-1-1578-fa.html
عزیزیان رقیه، عبدالهی مندولکانی بابک.(1404). تجزیه فیلوژنی برخی ژن‎ های مسیر بیوسنتزی اسیدکلروژنیک در گیاه دارویی شیرتیغک وحشی (.Sonchus arvensis L) پژوهشنامه اصلاح گیاهان زراعی 17 (2) :93-82 10.61882/jcb.2024.1578

URL: http://jcb.sanru.ac.ir/article-1-1578-fa.html


1- فارغ التحصیل دکتری، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
2- گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران
چکیده:   (721 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: شیرتیغک وحشی (L.Sonchus arvensis ) گیاهی دارویی از خانواده کاسنیان است. خواص دارویی ارزشمند این گیاه بهدلیل وجود اسیدهای فنلی مهم و با ارزشی مانند اسیدکلروژنیک است. کاهش خطر ابتلا به بیماریهای مختلف مانند بیماریهای قلبی، دیابت و سرطان بهدنبال مصرف اسیدکلروژنیک در مطالعات بالینی و تحقیقی به اثبات رسیده است. بنابراین، تحقیقات بیشتری در زمینه پزشکی و داروسازی در این گیاه در آینده مد نظر محققین است. همچنین، اطلاعات کمی درباره ژنتیک متابولیسم ثانویه در گیاهان دارویی وجود دارد، بهطوری که ژنهای بسیاری از مسیرهای بیوسنتز متابولیتهای ثانویه شناسایی نشده ­اند و اطلاعات کمی درباره تنظیم و عملکرد انواع آنها وجود دارد. بنابراین، شناسایی مسیرهای بیوسنتزی و اطلاع از نحوه تنظیم ژنهای دخیل در این مسیرها و تجزیه فیلوژنی آنها اهمیت ویژهای دارد. از سویی، بررسی روابط فیلوژنتیکی ژنها در گونههای مختلف گیاهی و تعیین روابط تکاملی بین آنها میتواند در درک بهتر سیر تحول گونهها کمک کند. همچنین، اطلاع از توالی نوکلئوتیدی ژنها و فراوانی نوکلئوتیدهای مختلف جهت برآورد زمان واگرایی گونهها و احیا کردن روابط تکاملی میان گونههای مختلف ضروری است. هدف از تحقیق حاضر توالییابی بخشی از ناحیه کدکننده ­ی برخی ژنهای دخیل در مسیر بیوسنتزی اسیدکلروژنیک، مانند سینامات4-هیدروکسیلاز (C4H)، P-کوماریول-استر3'-هیدروکسیلاز (C3'H) و هیدروکسی سیناموئیل کوآ شیکمات/ کوینات هیدروکسی سیناموئیل ترانسفراز (HCT)، و بررسی روابط تکاملی و فیلوژنی آنها در گیاه شیرتیغک وحشی است.
مواد و روشها: از آنجایی که توالی ژنهای C4H، HCT و C3'H در گیاه S. arvensis شناسایی نشده بود، توالیهای آنها از طریق گیاهانی که به لحاظ تکاملی به S. arvensis نزدیک بودند، مانند سایر جنسهای خانواده کاسنی (کنگر فرنگی: var. scolymus Cynara cardunculus) و کاسنی (Cichorium. intybus) بازیابی شد. ابتدا توالی ‌این ژنها در گیاهانی که از نظر فیلوژنتیکی به S. arvensis نزدیک بودند از GenBank جمع‌آوری شد. همردیفی با استفاده از نرم‌افزار Clustal omega انجام گرفت و مناطق حفاظت‌شده شناسایی شدند. سپس آغازگرهای اختصاصی براساس نواحی حفاظتشده با استفاده از نرمافزارهای Fast PCR 4.0 و Gen Runner 3.05 طراحی شدند. در مرحله بعد، DNA از نمونههای برگی بهروش CTAB استخراج شد و با استفاده از آغازگرهای اختصاصی طراحیشده و واکنش زنجیرهای پلیمراز (PCR) قطعات ژنهای مورد مطالعه در شیر تیغک وحشی تکثیر شدند. الکتروفورز محصولات حاصل با استفاده از ژل آگارز یک و نیم درصد با ولتاژ 80 بهمدت یک الی دو ساعت انجام شد و پس از رنگآمیزی با اتیدیوم بروماید، عکسبرداری با استفاده از دستگاه ژلداک (INFINITY، فرانسه) صورت گرفت. با توجه به اختصاصی بودن محصولات حاصل از تکثیر، محصولات PCR مستقیما برای توالییابی بخشی از نواحی کدکنندهی ژنهای C4H، C3'H و HCT به شرکت میکروسینس سوییس ارسال شدند. برای اطمینان، تمام محصولاتPCR  در هر دو جهت رو به جلو و معکوس توالییابی شدند و برای تأیید صحت قطعات توالی‌یابی­ شده، همردیفی (BLAST) قطعات توالی‌یابی­ شده در برابر پایگاه‌های داده DNA،RNA  و پروتئین انجام شد. سپس روابط فیلوژنی و همچنین فراوانی جهشهای نوکلئوتیدی در این ژنها مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. برای بررسی روابط فیلوژنی (روش حداکثر درستنمایی) و تجزیه و تحلیل توالیهای نوکلئوتیدی (شامل فراوانی و جایگزینی) از نرمافزارMEGA5  و BLAST استفاده شد. برای بررسی همردیفی توالیهای نوکلئوتیدی و پروتئینی از نرمافزار Clustal Omega استفاده شد. تجزیه و تحلیل آمینواسیدها (درصد و وزن امینواسیدها و پروتئینهای استنباطی) با نرمافزارهای Bio Edit و MEGA5 و تست Neutrality با نرمافزار MEGA5 انجام گرفت.
یافتهها: برای اولینبار در این تحقیق، بخشی از توالی ناحیه کدکننده­ی ژنهای C4H، C3'H و HCT در شیرتیغک وحشی شناسایی و در بانک ژن (GenBank) به ترتیب با شماره ­های دسترسی ON014597.1، ON014595.1 و ON014596.1 ثبت شدند. نتایج مربوط به تجزیه و تحلیل توالیهای نوکلئوتیدی نشان دادند که بیشترین فراوانی نوکلئوتیدی برای ژنهای  C4H، C3'H و HCT بهترتیب مربوط به آدنین (28/1)، گوانین (28/4) و تیمین (28/1) و کمترین فراوانی نوکلئوتیدی بهترتیب متعلق به بازهای تیمین (13/2)، تیمین (20/1) و سیتوزین (19/7) بودند. نتایج تست Neutrality انتخاب جهتدار بر روی این ژنها را در طول تکامل نشان دادند. جهش جایگزینی انتقالی بیشتر از جهش جایگزینی تقاطعی بود و آنالیز فیلوژنتیکی براساس توالیهای ژنیC4H، HCT وC3'H  رابطه فیلوژنتیکی نزدیکی بین S. arvensis و کاهو (Lactuca. sativa) را نشان داد. نتایج حاصل از بلاست توالیها در سطح نوکلئوتیدی و پروتئینی، شباهت بالای توالی ژنهای مورد مطالعه در شیرتیغک وحشی به توالیهای ژنهای متناظر در گیاه L. sattiva را نشان دادند.
نتیجهگیری کلی: نتایج این پژوهش، روند انتخاب طبیعی در طی تکامل برای ژنهای C4H، C3'H و HCT در گیاه شیرتیغک وحشی را مثبت ارزیابی کردند که نشان­ دهنده اثرات رانش ژنتیکی و یا اثرات متعادل ­کننده تکامل جمعیت در طول تاریخ است. نتایج BLAST قطعات ژنی توالی‌یابی‌شدهی مربوط به ژنهای C4H،HCT و C3'Hدر S. arvensis ‌ در سطح نوکلئوتیدی و پروتئینی بیشترین درصد شباهت (کمترین فاصله ژنتیکی) را با گیاهانی مانند L. sativa و C. intybusنشان دادند که تاییدی بر صحت نتایج توالییابی است. همچنین، آنالیز فیلوژنتیکی براساس توالییابی ژنهای C4H، C3'H و HCT رابطه فیلوژنتیکی نزدیکی را بین S. arvensis و L. sativa نشان داد.

 
متن کامل [PDF 1739 kb]   (27 دریافت)    
نوع مطالعه: پژوهشي | موضوع مقاله: بيوتكنولوژي گياهي
دریافت: 1403/7/17 | پذیرش: 1403/11/30

فهرست منابع
1. André, C. M., Schafleitner, R., Legay, S., Lefèvre, I., Aliaga, C. A. A., Nomberto, G., Hoffmann, F., Larondelle, Y & Evers, D. (2009). Gene expression changes related to the production of phenolic compounds in potato tubers grown under drought stress. Phytochemistry, 70(9), 1107-1116. [DOI:10.1016/j.phytochem.2009.07.008]
2. Asghari, B., & Dashab, G. R. (2018). Nucleotide sequence analysis of phylogenetic and evolutionary status of BLG gene. New Cellular and Molecular Biotechnology Journal, 8(30), 61-71. [In Persian]
3. Ausubel, F. M., Brent, R., Kingston, R. E., Moore, D. D., Seidman, J., Smith, J. A., & Struhl, K. (1992). Short protocols in molecular biology. New York, 275, 28764-28773.
4. Azizyan, R & Abdollahi Mandoulakani, B. (2023). The effect of drought stress on some morphological, phytochemical, and biochemical characteristics of the medicinal plant field sowthistle (Sonchus arvensis L.). Journal of Crop Breeding, 15(47), 41-55. [In Persian] [DOI:10.61186/jcb.15.47.41]
5. Azizyan, R & Abdollahi Mandoulakani, B. (2024). Partial coding sequence identification, gene expression analysis, and content of anticancer phenolic compounds in Sonchus arvensis L. under drought stress conditions. Industrial crops and products, 209: 118030. [DOI:10.1016/j.indcrop.2024.118030]
6. Canter, P. H., Thomas, H., & Ernst, E. (2005). Bringing medicinal plants into cultivation: opportunities and challenges for biotechnology. TRENDS in Biotechnology, 23(4), 180-185. [DOI:10.1016/j.tibtech.2005.02.002]
7. Comino, C., Hehn, A., Moglia, A., Menin, B., Bourgaud, F., Lanteri, S., & Portis, E. (2009). The isolation and mapping of a novel hydroxycinnamoyltransferase in the globe artichoke chlorogenic acid pathway. BMC Plant Biology, 9(1), 1-13. [DOI:10.1186/1471-2229-9-30]
8. Elliott, M. B., Irwin, D. M., & Diamandis, E. P. (2006). In silico identification and Bayesian phylogenetic analysis of multiple new mammalian kallikrein gene families. Genomics, 88(5), 591-599. [DOI:10.1016/j.ygeno.2006.06.001]
9. Farah, A., Monteiro, M., Donangelo, C. M., & Lafay, S. (2008). Chlorogenic acids from green coffee extract are highly bioavailable in humans. The Journal of Nutrition, 138(12), 2309-2315. [DOI:10.3945/jn.108.095554]
10. Ghaderi, F., & Mandoulakani, B. A. (2024). Investigation of the association between gene expression levels and phenolic compound content in the leaves of Sonchus arvensis plants under salinity stress. Heliyon, 10(22). [DOI:10.1016/j.heliyon.2024.e40408]
11. Gouthamchandra, K., Sudeep, H., Venkatesh, B., & Prasad, K. S. (2017). Chlorogenic acid complex (CGA7), standardized extract from green coffee beans exerts anticancer effects against cultured human colon cancer HCT-116 cells. Food Science and Human Wellness, 6(3), 147-153. [DOI:10.1016/j.fshw.2017.06.001]
12. Han, G., Bai, G., Wu, Y., Zhou, Y., Yao, W., & Li, L. (2022). Comparative transcriptome analysis to identify candidate genes related to chlorogenic acid and flavonoids biosynthesis in iridaceae. Forests, 13(10), 1632. [DOI:10.3390/f13101632]
13. Lu, H., Tian, Z., Cui, Y., Liu, Z., & Ma, X. (2020). Chlorogenic acid: A comprehensive review of the dietary sources, processing effects, bioavailability, beneficial properties, mechanisms of action, and future directions. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 19(6), 3130-3158. [DOI:10.1111/1541-4337.12620]
14. Mahesh, V., Million-Rousseau, R., Ullmann, P., Chabrillange, N., Bustamante, J., Mondolot, L., ... & Campa, C. (2007). Functional characterization of two p-coumaroyl ester 3′-hydroxylase genes from coffee tree: evidence of a candidate for chlorogenic acid biosynthesis. Plant Molecular Biology, 64, 145-159. [DOI:10.1007/s11103-007-9141-3]
15. Masoudi Jozchal, Z., Bagheri, N., Babaeian Jelodar, N., Ranjbar, G., & Farmani, J. (2024). Phytochemical analysis of the medicinal plant terrestrial Orchid (Orchis Simia) in the flowering stage. Journal of Crop Breeding, 16(2), 53-66. [In Persian] [DOI:10.61186/jcb.16.2.53]
16. Naveed, M., Hejazi, V., Abbas, M., Kamboh, A. A., Khan, G. J., Shumzaid, M., Ahmad, F., Babazadeh, D., Modarresi-Ghazani, F., WenHua, L., & Modarresi-Ghazani, F. (2018). Chlorogenic acid (CGA): A pharmacological review and call for further research. Biomedicine and Pharmacotherapy, 97, 67-74. [DOI:10.1016/j.biopha.2017.10.064]
17. Nesaj Hosseini, M & Shamar Bakhsh, M. (2011). Methods of phylogenetic analysis. The first edition of Haqshanas Publications, 239 pp. [In Persian]
18. Niggeweg, R., Michael, A. J., & Martin, C. (2004). Engineering plants with increased levels of the antioxidant chlorogenic acid. Nature Biotechnology, 22(6), 746-754. [DOI:10.1038/nbt966]
19. Peng, X., Li, W., Wang, W., & Bai, G. (2010). Cloning and characterization of a cDNA coding a hydroxycinnamoyl-CoA quinate hydroxycinnamoyl transferase involved in chlorogenic acid biosynthesis in Lonicera japonica. Planta Medica, 76(16), 1921-1926. [DOI:10.1055/s-0030-1250020]
20. Picoult-Newberg, L., Ideker, T. E., Pohl, M. G., Taylor, S. L., Donaldson, M. A., Nickerson, D. A., & Boyce-Jacino, M. (1999). Mining SNPs from EST databases. Genome Research, 9(2), 167-174. [DOI:10.1101/gr.9.2.167]
21. Sahraki, H., Mahdinezhad, N., Fakheri, B., & Haddadi, F. (2020). Separation and identification of FEH1 gene in thorny artichoke plant (Cynara cardunculus) and its relative expression under the influence of abiotic stresses. [In Persian]
22. Schoch, G. A., Morant, M., Abdulrazzak, N., Asnaghi, C., Goepfert, S., Petersen, M., Ullmann., P. . . & Werck-Reichhart, D. (2006). The meta-hydroxylation step in the phenylpropanoid pathway: a new level of complexity in the pathway and its regulation. Environmental Chemistry Letters, 4, 127-136. [DOI:10.1007/s10311-006-0062-1]
23. Sheikhi, M., Fakheri, B., & Mahdinezhad, N. (2019). Study of genetic diversity and phylogenetic relationship of some gourd pumpkin (Cucurbita pepo) genotypes using the ITS ribosomal and rbcL chloroplastic genes' loci. Genetic Engineering and Biosafety Journal, 8(2), 168-177.
24. Sun, C.-H., Yang, C.-Y., & Tzen, J. T. (2018). Molecular identification and characterization of hydroxycinnamoyl transferase in tea plants (Camellia sinensis L.). International Journal of Molecular Sciences, 19(12), 3938. [DOI:10.3390/ijms19123938]
25. Tajik, N., Tajik, M., Mack, I., & Enck, P. (2017). The potential effects of chlorogenic acid, the main phenolic components in coffee, on health: a comprehensive review of the literature. European Journal of Nutrition, 56, 2215-2244. [DOI:10.1007/s00394-017-1379-1]
26. Thasa, M. W. (2021). An Overview of the Traditional Uses, Phytochemicals, and Pharmacological Activities of Tempuyung (Sonchus arvensis L.). Journal of Pharmaceutical Sciences and Medicine (IJPSM), 6(6), 34-41. [DOI:10.47760/ijpsm.2021.v06i06.004]
27. Wen, H., Wang, W., Jiang, X., Wu, M., Bai, H., Wu, C., & Shen, L. (2022). Transcriptome analysis to identify candidate genes related to chlorogenic acid biosynthesis during development of Korla fragrant pear in Xinjiang. Food Science and Human Wellness, 11(4), 854-864. [DOI:10.1016/j.fshw.2022.03.007]
28. Xu, H., Park, N. I., Li, X., Kim, Y. K., Lee, S. Y., & Park, S. U. (2010). Molecular cloning and characterization of phenylalanine ammonia-lyase, cinnamate 4-hydroxylase and genes involved in flavone biosynthesis in Scutellaria baicalensis. Bioresource Technology, 101(24), 9715-9722. [DOI:10.1016/j.biortech.2010.07.083]
29. Xu, J., Zhu, J., Lin, Y., Zhu, H., Tang, L., Wang, X., & Wang, X. (2022). Comparative transcriptome and weighted correlation network analyses reveal candidate genes involved in chlorogenic acid biosynthesis in sweet potato. Scientific Reports, 12(1), 2770. [DOI:10.1038/s41598-022-06794-4]

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA

ارسال پیام به نویسنده مسئول


بازنشر اطلاعات
Creative Commons License این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است.

کلیه حقوق این وب سایت متعلق به پژوهشنامه اصلاح گیاهان زراعی می باشد.

طراحی و برنامه نویسی: یکتاوب افزار شرق

© 2025 CC BY-NC 4.0 | Journal of Crop Breeding

Designed & Developed by: Yektaweb