دوره 18، شماره 1 - ( بهار 1405 )
جلد 18 شماره 1 صفحات 162-149 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Aghili H A, Ghasemnezhad A, Moradi H, Ghasemi Omran V. (2026). Bioinformatics Analysis of Flavanone-3՛-hydroxylase (F3՜H) in Silybum marianum. J Crop Breed. 18(1), 149-162. doi:10.61882/jcb.2026.1582
URL: http://jcb.sanru.ac.ir/article-1-1582-fa.html
URL: http://jcb.sanru.ac.ir/article-1-1582-fa.html
عقیلی هدی السادات، قاسم نژاد عظیم، مرادی حسین، قاسمی عمران ولی اله.(1405). بررسی بیوانفورماتیکی فلاونوئید ´3 هیدروکسیلاز (F3'H) در گیاه خارمریم (.Silybum marianum L) پژوهشنامه اصلاح گیاهان زراعی 18 (1) :162-149 10.61882/jcb.2026.1582
1- گروه علوم باغبانی، دانشکده تولید گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران
2- گروه علوم باغبانی، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران
3- پژوهشکده ژنتیک و زیست فناوری کشاورزی طبرستان، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران
2- گروه علوم باغبانی، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران
3- پژوهشکده ژنتیک و زیست فناوری کشاورزی طبرستان، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران
چکیده: (353 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: گیاهان دارویی به دلیل تولید متابولیتهای ثانویه با اثرات دارویی، اهمیت زیادی در تغذیه انسان و درمان بسیاری از بیماری ها دارند. گیاه دارویی خارمریم (L.marianum Silybum) متعلق به خانواده Asteraceae، دارای ماده موثره مهم سیلیمارین است که در درمان بیماریهای کبدی مورد استفاده قرار میگیرد. شناخت دقیق مسیرهای مولکولی و ژن های دخیل در تولید این ترکیب برای بهبود و افزایش تولید آن اهمیت ویژه ای دارد. بر این اساس تحلیل عملکرد ژن ها و پروتئین های مسیر تولید سیلیمارین حائز اهمیت است. فلاونوئید '3 هیدروکسیلاز (F3'H) یکی از آنزیمهای درگیر در مسیر بیوسنتز سیلیمارین است. یکی از روشهای تحلیل عملکرد ژنها و پروتئینها مطالعه بیوانفورماتیکی آنها است. بنابر این، در این پژوهش به بررسی بیوانفورماتیکی توالی نوکلئوتیدی و پروتئینی ژن فلاونوئید '3 هیدروکسیلاز (F3'H) پرداخته شد.
مقدمه و هدف: گیاهان دارویی به دلیل تولید متابولیتهای ثانویه با اثرات دارویی، اهمیت زیادی در تغذیه انسان و درمان بسیاری از بیماری ها دارند. گیاه دارویی خارمریم (L.marianum Silybum) متعلق به خانواده Asteraceae، دارای ماده موثره مهم سیلیمارین است که در درمان بیماریهای کبدی مورد استفاده قرار میگیرد. شناخت دقیق مسیرهای مولکولی و ژن های دخیل در تولید این ترکیب برای بهبود و افزایش تولید آن اهمیت ویژه ای دارد. بر این اساس تحلیل عملکرد ژن ها و پروتئین های مسیر تولید سیلیمارین حائز اهمیت است. فلاونوئید '3 هیدروکسیلاز (F3'H) یکی از آنزیمهای درگیر در مسیر بیوسنتز سیلیمارین است. یکی از روشهای تحلیل عملکرد ژنها و پروتئینها مطالعه بیوانفورماتیکی آنها است. بنابر این، در این پژوهش به بررسی بیوانفورماتیکی توالی نوکلئوتیدی و پروتئینی ژن فلاونوئید '3 هیدروکسیلاز (F3'H) پرداخته شد.
مواد و روشها: برای بررسی بیوانفورماتیکی توالی نوکلئوتیدی ژن فلاونوئید '3 هیدروکسیلاز (F3'H) در گیاه خارمریم (S. mariyanum)، از مقالهای که توالی نوکلئوتیدی این ژن در آن گزارش شد، استفاده شد. به این منظور توالی mRNA آن از پایگاه داده NCBI به شماره دسترسی KP861882.1 دریافت شد. جهت آنالیز توالی نوکلئوتیدی از پایگاه محاسباتی ppuigbo استفاده شد. به منظور آنالیز پروموتر ژن مورد نظر از سایت Plantcare استفاده شد. از پایگاه داده NCBI توالی پروتئینی ژن مورد نظر به شماره دسترسی ALA39990.1 به دست آمد و از پایگاه داده uniprot اطلاعات مربوط به پروتئین فلاونوئید '3 هیدروکسیلاز گیاه خارمریم به شماره دسترسی A0A0K2F2U بررسی شد. همچنین، دومین پروتئین از پایگاه داده NCBI و interpro شناسایی شد. با استفاده از پایگاه داده ProtParam خواص فیزیکوشیمیایی آن بررسی شد. موتیفها از پایگاه داده meme و عملکرد موتیفهای مورد بررسی از پایگاه داده elm ارزیابی شدند. مدل سازی ساختار دوم و سوم پروتئین F3'H با پایگاه داده phyre2 و پیش بینی میزان دسترسی بنیانهای پروتئین F3'H به حلال با سرور I-TASSE انجام شد. در پایان، کیفیت ساختار استریوشیمی پروتئینF3'H مدلسازی شده با سرور phyre2، توسط نقشه راماچاندران با نرمافزار PROCHECK ارزیابی شد.
یافتهها: طبق بررسی های انجام شده از مجموعه مراحل یادشده در بخش مواد و روش ها، این ژن دارای 1557 نوکلئوتید، با 51/87 درصد سیتوزین-گوانین است. از نقطه نظر mRNA، mRNA آن از 1317 جفت باز تشکیل شده است که پروئتینی را کد می کند که طول اسیدآمینه آن 349 است. در توالی پروموتوری ژن F3'H، 24 عنصر تنظیمی پیش بینی شد که TATA-box و CAAT-box بیشترین عنصر تنظیمی ناحیه پروموتوری این ژن بودند؛ همچنین، این ژن دارای چندین عنصر تنظیمی پاسخ به نور بود. خواص فیزیکوشیمیایی به دست آمده برای این پروتئین با 349 اسیدآمینه و وزن مولکولی 48/320 کیلودالتون نشان داد که شاخص آلیفاتیک 99/32 و نقطه ایزوالکتریک پیشبینی شده 7/87، شاخص GRAVY 0/059- بود .تعداد 49 اسیدآمینه (آسپاراتیک اسید و گلوتامیک اسید) دارای بار منفی و 50 اسیدآمینه دارای بار مثبت (آرژنین و لیزین) تعیین شد. همچنین، در بررسی ضریب خاموشی این پروتئین مشخص شد که ضریب خاموشی پروتئین یادشده در nm 280 در محیط آب برابر 80330 بود و شاخص ناپایداری آن 34/65 است. مطابق با ارزیابی های صورت گرفته، برای این پروتئین یک دومین از سوپر خانواده P450 و چهار موتیف قابل شناسایی هستند. در ساختار این پروتئین، 45% مارپیچ آلفا، 5% صفحه بتا، و 4% مارپیچ های غشایی وجود دارند و محل اتصال لیگاند مربوط نیز پیش بینی شد. بررسی نمودار راماچاندران برای مدل پیشبینی شده نشان داد که 87/5% اسیدهای آمینه در ناحیه مطلوب، 11/7% در ناحیه مجاز، 0/3% در ناحیه تقریبا مجاز و 0/5% در ناحیه غیر مجاز قرار داشتند. علاوه بر این، بیشترین تراکم نقاط مجاز با مارپیچ آلفای راستگردان و صفحات بتا مطابقت دارد. مجموع ناحیه مطلوب و مجاز 99/2% میشود؛ بنابر این، مدل ارائه شده برای پروتئین F3'H گیاه خارمریم در این مطالعه قابل قبول است.
نتیجه گیری: در مطالعه بیوانفورماتیکی ژن فلاونوئید '3 هیدروکسیلاز، عناصر تنظیمی مربوط به پاسخ به نور، پاسخ به آبسیزیک اسید، پاسخ به دمای پایین، متابولیسمzein و مسیر بیوسنتز فلاونوئید در پروموتور این ژن شناسایی شدند. همچنین، بررسی بیوانفورماتیکی پروتئین فلاونوئید '3 هیدروکسیلاز نشان داد که این پروتئین در ردیف پروتئین های غیر قطبی و نسبتا پایدار قرار دارد. به علاوه، یک دومین از سوپر خانواده P450 و چهار موتیف در این پروتئین شناسایی شدند و مدل پیش بینی شده پروتئین با 45% مارپیچ آلفا، 5% صفحه بتا، 4% مارپیچهای غشایی و محل اتصال لیگاند مربوط به "هم"، مدل نیز از وضعیت مطلوبی برخوردار بود. بنابر این، نتایج این مطالعه امکان درک بهتر مکانیزمهای تنظیمی و عملکردی فلاونوئید '3 هیدروکسیلاز را با بررسی ساختار ژنی، عناصر تنظیمی پروموتر، خصوصیات فیزیکوشیمیایی پروتئین F3'H، پیش بینی ساختار این پروتئین و محل اتصال لیگاند به F3'H را فراهم می آورند. با توجه به اهمیت سیلیمارین در درمان بیماریهای کبدی، بهبود و افزایش تولید این ماده موثره مهم میتواند به ارتقای کیفیت محصولات دارویی و افزایش بهرهوری در کشاورزی دارویی منجر شود. بنابر این، یافتههای این مطالعه کاربردهای عملی مهمی در بیوتکنولوژی و اصلاح گیاه خارمریم به منظور افزایش سیلیمارین دارند.
نتیجه گیری: در مطالعه بیوانفورماتیکی ژن فلاونوئید '3 هیدروکسیلاز، عناصر تنظیمی مربوط به پاسخ به نور، پاسخ به آبسیزیک اسید، پاسخ به دمای پایین، متابولیسمzein و مسیر بیوسنتز فلاونوئید در پروموتور این ژن شناسایی شدند. همچنین، بررسی بیوانفورماتیکی پروتئین فلاونوئید '3 هیدروکسیلاز نشان داد که این پروتئین در ردیف پروتئین های غیر قطبی و نسبتا پایدار قرار دارد. به علاوه، یک دومین از سوپر خانواده P450 و چهار موتیف در این پروتئین شناسایی شدند و مدل پیش بینی شده پروتئین با 45% مارپیچ آلفا، 5% صفحه بتا، 4% مارپیچهای غشایی و محل اتصال لیگاند مربوط به "هم"، مدل نیز از وضعیت مطلوبی برخوردار بود. بنابر این، نتایج این مطالعه امکان درک بهتر مکانیزمهای تنظیمی و عملکردی فلاونوئید '3 هیدروکسیلاز را با بررسی ساختار ژنی، عناصر تنظیمی پروموتر، خصوصیات فیزیکوشیمیایی پروتئین F3'H، پیش بینی ساختار این پروتئین و محل اتصال لیگاند به F3'H را فراهم می آورند. با توجه به اهمیت سیلیمارین در درمان بیماریهای کبدی، بهبود و افزایش تولید این ماده موثره مهم میتواند به ارتقای کیفیت محصولات دارویی و افزایش بهرهوری در کشاورزی دارویی منجر شود. بنابر این، یافتههای این مطالعه کاربردهای عملی مهمی در بیوتکنولوژی و اصلاح گیاه خارمریم به منظور افزایش سیلیمارین دارند.
فهرست منابع
1. Ahmed, M. Z. S. (2021). Homology Modeling and Structural Analysis of of the Flavanone 3-Hydroxylase (F3H) and Flavonoid 3hydroxylase (F3H) Genes from Ginkgo Biloba (L.). Journal of Biotechnology and Biochemistr, 7(1), 01-21. doi: 10.9790/264X-0701020121.
2. Amorim, I. S., Lach, G., & Gkogkas, C. G. (2018). The role of the eukaryotic translation initiation factor 4E (eIF4E) in neuropsychiatric disorders. Frontiers in Genetics, 9, 561. doi: 10.3389/fgene.2018.00561. [DOI:10.3389/fgene.2018.00561]
3. Arab, M., Najafi Zarrini, H., Nematzadeh, G., & Hashemi-petroudi, S. H. (2021). Bioinformatics analysis of calcium-dependent protein kinase (CPK) in Aeluropus littoralis L. Crop Biotechnology, 10(33), 1-19. doi: 10.30473/cb.2021.58258.1834. [In Persian]
4. Baba, S. A., & Ashraf, N. (2019). Functional characterization of flavonoid 3′-hydroxylase, CsF3′ H, from Crocus sativus L: Insights into substrate specificity and role in abiotic stress. Archives of Biochemistry and Biophysics, 667, 70-78. doi: 10.1016/j.abb.2019.04.012 [DOI:10.1016/j.abb.2019.04.012]
5. Bagheri, S., Fakheri, B. A., Ahadi, A. M., & Emamjomeh, A. (2019). Identification, cloning and bioinformatics analysis of the gene encoding NIa protein of wheat streak mosaic virus (WSMV). Crop Biotechnology, 9(27), 1-13. [DOI:10.30473/cb.2019.48896.1785. [In Persian]]
6. Committee for Compilation of Herbal Pharmacopoeia of Iran. (2002). Iranian Herbal Pharmacopoeia. Ministry of heaith and medical education, Food and drug administration. Tehran. [In Persian]
7. Didelon, M., Khafif, M., Godiard, L., Barbacci, A., & Raffaele, S. (2020). Patterns of sequence and expression diversification associate members of the PADRE gene family with response to fungal pathogens. Frontiers in Genetics, 11, 491. doi: 10.3389/fgene.2020.00491 [DOI:10.3389/fgene.2020.00491]
8. Drouet, S., Tungmunnithum, D., Lainé, É., & Hano, C. (2020). Gene expression analysis and metabolite profiling of silymarin biosynthesis during milk thistle (Silybum marianum (L.) Gaertn.) fruit ripening. International Journal of Molecular Sciences, 21(13), 4730.
https://doi.org/10.3390/ijms21134730 [DOI:10.3390/ijms21134730.]
9. Eftekharmanavi, S., Peyghan, R., Soltani, M., Ghorbanpour, M., & Ghalyanchilangeroudi, A. (2016). Multi-aspect molecular and stractural bioinformatic study of outer membrane protein (ompts) of aero monas hydrophila common cause of infectious septicemia in fish for immunization goals. Journal of Animal Environment, 8(1), 165_174. [In Persian]
10. ElSayed, A. I., El-Hamahmy, M. A., Rafudeen, M. S., Mohamed, A. H., & Omar, A. A. (2019). The impact of drought stress on antioxidant responses and accumulation of flavonolignans in milk thistle (Silybum marianum (L.) Gaertn). Plants, 8(12), 611. doi: 10.3390/plants8120611. [DOI:10.3390/plants8120611]
11. Fallah Ziarani, M., & Safaeizadeh, M. (2022). In Silico Analysis of Sucrose: Froctan 6-Froctose Transferase Gene in Triticum aestivum L. Crop Biotechnology, 11(38), 97-114. [DOI:10.30473/cb.2022.64450.1881. [In Persian]]
12. Fallah Ziarani, M., Tohidfar, M., Mirjalili, M. H., & Ahmadi Gavlighi, H. (2021). A bioinformatics analysis of antibacterial peptides in five species of prokaryote and eukaryote and the evaluation of antibacterial effects of nisin on gram-positive and gram-negative bacteria. Journal of Microbial Biology, 10(39), 29-50. 10.22108/bjm.2020.125232.1331. [In Persian]
13. Fallahzadeh Mamaghani V. (2016). Characterization of Conserved Hypothetical Proteins from Proteome of Xanthomonas citri subsp. citri, with Ethylene Induction Activity on Arabidopsis thaliana. Genetic Engineering and Biosafety Journal, 5 (1), 31-39. [In Persian]
14. Friedrich, M. G., Wang, Z., Schey, K. L., & Truscott, R. J. (2019). Mechanism of protein cleavage at asparagine leading to protein-protein cross-links. Biochemical Journal, 476(24), 3817-3834. doi: 10.1042/BCJ20190743. [DOI:10.1042/BCJ20190743]
15. Gao, S., Zhou, J., & Chen, J. (2020). Identification of flavonoids 3'-hydroxylase from (Silybum marianum (L.) Gaertn) and its application in enhanced production of taxifolin. Sheng wu gong cheng xue bao. Chinese Journal of Biotechnology, 36(12), 2838-2849. doi: 10.13345/j.cjb.200178
16. Ghorbanpour, R., Nikbakht, G., & Jalali, A. H. (2019). Immuno-Bioinformatics study of autotransporter protein, Antigen 43, in Enterotoxigenic Escherichia coli isolated from calves. Journal of Veterinary Research, 74(1), 128-141. doi: 10.22059/jvr.2018.211721.2504. [In Persian]
17. Hami dehsardi m., Mirzaie-asl A., Deljou, A., & Ershadi, A. (2015). Bioinformatic analysis of CONSTANS gene sequence in beet plant. International Conference on Research in Science and Technology, Kuala Lumpur, Malaysia.
18. Heidari, S., Heidari, B., & Heidari, P. (2022). The role of cis-acting elements of the promoter region in regulating the spatio-temporal expression of the salinity stress-responsive NHX1 gene in Triticum aestivum L. Iranian Journal of Biological Sciences, 16(4), 25-34. [In Persian]
19. Housaindokht. M.R., & J. Chamani. (2022). Principles of biophysics. Ferdowsi University of Mashhad Press (FUM Press). Mashhad. [In Persian]
20. karimi goyjelo R., & Abdollahi Mandoulakani, B. (2021). Isolation and characterization of cinnamate-4-hydroxylase gene promoter in Ocimum basilicum L. Modern Genetics Journal, 16(3), 211-218. [In Persian]
21. Khakpour, A., Zolfaghari, M., & Sorkheh, K. (2019). Bioinformatics Study and Investigation of the Expression Pattern of Several Important Genes Involved in Glycyrrhizin Synthesis of Glycyrrhiza glabra L. in Autumn and Spring Seasons. Plant Genetic Researches, 6(1), 55-68. [DOI:10.29252/pgr.6.1.55]
22. Khalighi- Sigaroodi, F., S. Jarvandi., & M. Taghizadeh. (2013). Therapeutic indications of medicinal plants. Arjamand. Tehran. [In Persian]
23. Masoudi Jozchal, Z., Bagheri, N., Babaeian Jelodar, N., Ranjbar, G., & Farmani, J. (2024). Phytochemichal analysis of the medicinal plant terrestrial orchid (Orchis simia) in the flowering stage. Journal of Crop Breeding, 16(2), 53-66. doi:10.61186/ jcb.16.2.53. [In Persian] [DOI:10.61186/jcb.16.2.53]
24. Mir Drikvand, R. M., Sohrabi, S. M., Sohrabi, S. S., & Samiei, K. (2023). Molecular identification and characterization of hevein antimicrobial peptide genes in barley (Hordeum vulgare L.). Journal of Plant Genetic Research, 8(2), 83-102. doi:10.61186/jcb.16.2.53. [In Persian] [DOI:10.61186/jcb.16.2.53]
25. Miroliaei, M., & A. A. Rastegari. (2009). Fundamentals of biophysics. Aeeizh. Tehran. [In Persian]
26. MOhammadi Tabar, F., Fathi, S., Shameh, S., & Alirezaloo, A. (2024). Investigating Morphological Diversity, Essential Oil and Antioxidant Activity of some wild Mentha longifolia L. Genotypes in North-West of Iran. Journal of Crop Breeding, 16(49), 129-139. doi:10.61186/jcb.16.49.129. [DOI:10.61186/jcb.16.49.129]
27. [In Persian]
28. Panni, S., Montecchi‐Palazzi, L., Kiemer, L., Cabibbo, A., Paoluzi, S., Santonico, E., Landgraf., Ch. Volkmer-Enger., R. Bachi., A. Castagnoli., L. & Cesareni, G. (2011). Combining peptide recognition specificity and context information for the prediction of the 14‐3‐3‐mediated interactome in S. cerevisiae and H. sapiens. Proteomics, 11(1), 128-143. doi: 10.1002/pmic.201000030. [DOI:10.1002/pmic.201000030]
29. Rezvannejad, E., Lotfi, S., & Boustan, A. (2020). Modeling of heat stress protein 70 (HSP70) of honey bee by homology modeling and molecular simulation method and interaction to HSP40. Cellular and Molecular Research (Iranian Journal of Biology), 32(4), 417-431. [In Persian]
30. Salehi Mojarrad, M, H., Hasanzadeh Ghasemi, R., & Keramati, M. (2018). Nano-mechanical Study of a Bio Nano Actuator Under External Forces. Modares Mechanical Engineering, 17 (12), 457-462. https://dor.net/dor/20.1001.1.10275940.1396.17.12.28.0 [In Persian]
31. Sonenberg, N., Morgan, M. A., Merrick, W. C., & Shatkin, A. J. (1978). A polypeptide in eukaryotic initiation factors that crosslinks specifically to the 5'-terminal cap in mRNA. Proceedings of the National Academy of Sciences, 75(10), 4843-4847. doi: 10.1073/pnas.75.10.4843. [DOI:10.1073/pnas.75.10.4843]
32. Torres, M., & Corchete, P. (2016). Gene expression and flavonolignan production in fruits and cell cultures of Silybum marianum. Journal of Plant Physiology, 192, 111-117. doi: 10.1016/j.jplph.2016.02.004. [DOI:10.1016/j.jplph.2016.02.004]
33. Trinidad, J. L., Pabuayon, I. C. M., & Kohli, A. (2020). Harnessing protein posttranslational modifications for plant improvement. In Advancement in Crop Improvement Techniques. pp. 385-401. Woodhead Publishing. doi.org/10.1016/B978-0-12-818581-0.00023-1. [DOI:10.1016/B978-0-12-818581-0.00023-1]
34. Wang, A., & Krishnaswamy, S. (2012). Eukaryotic translation initiation factor 4E‐mediated recessive resistance to plant viruses and its utility in crop improvement. Molecular Plant Pathology, 13(7), 795-803. doi: 10.1111/j.1364-3703.2012.00791.x. [DOI:10.1111/j.1364-3703.2012.00791.x]
35. Zare Mehrjerdi, M. (2015). Bioinformatical evaluation of alliinase promoter in Arabidopsis and rice. 2nd national conference of modern topic in agriculture, Tehran, Iran. [In Persian]
36. Zheng, Y., Fan, Y., Ji, X., & Wu, X. (2025). Identification and Characterization of Flavonoid Biosynthetic Gene Families in Paeonia Species and Their Roles in Stamen Petalization of Paeonia lactiflora. Horticulturae, 11(5), 463.
https://doi.org/10.3390/horticulturae11050463 [DOI:10.3390/horticulturae11050463.]
37. Zinati, Z., & Shamloo-Dashtpagerdi, R. (2018). A Comparative Investigation of Catalase 2 and Thioredoxin H5 Genes Promoters in Arabidopsis to Determine of Their Functions in Response to Biotic and Abiotic Stresses. Cellular and Molecular Research (Iranian Journal of Biology), 30(4), 349-360. 20.1001.1.23832738.1396.30.4.3.8. [In Persian]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
