تابستان
برگشت به فهرست مقالات |
برگشت به فهرست نسخه ها
1- 1- استادیار گروه مهندسی ژنتیک و بیولوژی، پژوهشکده ژنتیک و زیست فناوری کشاورزی طبرستان
2- 2- استادیار گروه تولیدات گیاهی، دانشکده علوم کشاورزی و منابع طبیعی گنبد، دانشگاه گنبد کاووس
2- 2- استادیار گروه تولیدات گیاهی، دانشکده علوم کشاورزی و منابع طبیعی گنبد، دانشگاه گنبد کاووس
چکیده: (11 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: کاملینا (Camelina sativa)، یکی از قدیمیترین گیاهان زراعی خانواده براسیکاست که با نامهای کتان کاذب و کتان وحشی شناخته میشود. کاملینا یک نمونه از روغنهای باارزش و با کیفیت بالای گیاهی است که پتانسیل بالایی برای کاربرد در صنایع گوناگون جهت تولید محصولات مفید دارد. گیاه کاملینا مشابه سایر گونههای گیاهی، در طول دوره رویشی خود با تنشهای محیطی و غیرمحیطی متعددی مواجه میشود. بررسی الگوهای تنظیمی ژنها و شبکههای ژنی مرتبط با سیگنالدهی و پاسخ به این تنشها میتواند به درک بهتر مکانیسمهای تحمل به تنش در این گیاهان کمک کند. یکی از خانوادههای فاکتورهای رونویسی که به ایجاد پاسخ مناسب در برابر تنشهای زیست محیطی کمک میکند، فاکتورهای شوک حرارتی (Heat Shock Factor) هستند. اصولاً افزایش تجمع HSPها برای بقای سلولهایی که تحت تاثیر تنشهای مختلف محیطی قرار دارند، ضروری است. با این حال، اطلاعات بیوانفورماتیکی مربوط به ژنهای فاکتور شوک حرارتی (HSF) در کاملینا تاکنون گزارش نشده است. بنابراین، این مطالعه با هدف شناسایی و تجزیه و تحلیل ساختار ژنی، حفاظتشدگی موتیفها و دومینها، و همچنین ساختار سهبعدی پروتئینهای HSF در گیاه کاملینا انجام شد.
مواد و روشها : در این مطالعه، برای شناسایی و تحلیل خانواده ژنی HSF در گیاه C. sativa، منابع توالیهای ژنومی و پروتئینی از پایگاه NCBI دریافت شد. ابتدا، آنالیز tBLASTN با استفاده از توالیهای پروتئینی HSF گیاه مدل آرابیدوپسیس به عنوان ورودی، در توالی ژنومی کاملینا انجام شد. پس از حذف توالیهای تکراری، حضور دمینهای اختصاصی با نرمافزار InterProScan تأیید شد. بهمنظور پوشش جامعتر، جستجوی دمین با ابزار HMMER v3.0 بر اساس پروفایل دمین HSF اخذ شده از PFAM با کد دسترسیPF00447 بر روی پروتئوم C. sativa نیز اجرا شد. رکوردهای تکراری ادغام و توالیهای ناقص حذف گردید. الگوی اگزون-اینترون این ژنها با استفاده از برنامه TBtools بررسی و ویژگیهای فیزیکوشیمیایی پروتئینها با ابزار ProtParam محاسبه گردید. برای شناسایی موتیفهای حفاظتشده، برنامه MEME به کار رفت. پیشبینی مکان سلولی پروتئینها به وسیله ابزار WoLF PSORT انجام شد. تجزیه و تحلیل فیلوژنتیکی با استفاده از نرمافزار ClustalW و ترسیم درخت فیلوژنتیکی با MEGA 12.0 بر مبنای روش حداکثر درستنمایی با آزمون بوت استرپ ترسیم شد. در نهایت، ساختار سهبعدی پروتئینها نیز با استفاده Phayre 2.0 از پایگاه داده PDB پیشبینی گردید و برهمکنشهای پروتئینی با پایگاه STRING تحلیل شدند.
یافته ها: نتایج پژوهش بر مبنای مدل HMM در ابزار HAMMER، تعداد 137 ایزوم از توالیهای پروتئینی حامل دمین HSFs در گیاه کاملینا شناسایی گردید که پس از حذف نسخههای ایزوفرم، تعداد 96 جایگاه ژنی تعیین گردید. در نهایت در بررسی روابط فیلوژنتیکی این توالیها با تعداد 21 پروتئین خانواده ژنی آرابیدوپسیس تالیانا، تعداد 64 توالی پروتئینی برای خانواده ژنی HSF گیاه کاملینا شناسایی گردید. بررسی ویژگیهای ساختاری و فیزیکوشیمیایی نشان داد که طول پروتئینهای این خانواده در کاملینا از 146 الی 496 اسیدآمینه و وزن مولکولی پیشبینی شده نیز بین 1/17 کیلو دالتون تا 2/55 کیلو دالتون، نقاط ایزوالکتریک بین 7/4 الی 2/10 و شاخص آلیفاتیک بین 28/58 تا 54/76 متغیر بود. برآورد شاخص ناپداری بیش از 40 برای 83 درصد از توالیها نشاندهندهی این است که پروتئین در شرایط آزمایشگاهی یا درونسلولی پایداری کمتری داشته و احتمالاً سبب تخریب سریعتر میگردند. همچنین منفی بودن شاخص آبگریزی (GRAVY) برای تمامی پروتئینهای CsHSF بیانگر آبدوست بودن این پروتئینهاست. بررسی جایگاه سلولی پروتئینهای CsHSF در اندامکهای سلولی نشان داد که بیشترین محل حضور این پروتئینها در هسته و سپس سیتوپلاسم است. بر اساس نتایج درخت فیلوژنتیکی پروتئینهای ScHSF در سه گروه اصلی و متفاوت طبقهبندی شدند. بررسی ساختار ژنی این گروهها بر اساس وجود یا عدم وجود اینترون نشان داد که پروتئینهای خانواده HSF بهجز شش ژن فاقد اینترون، بقیه ژنها حداقل دارای اینترونهایی با بیش از یک فاز هستند. وجود تفاوت در تعداد و فاز اینترون در برخی از ژنها HSF کاملینا میتواند بهدلیل حذف یا بهدست آوردن اینترون در طی تکامل بوده باشد که احتمالاً سبب ایجاد یک نقش کارکردی برای این پروتئینها شده است. در بررسی ارتباط بین گروهبندی فیلوژنتیکی پروتئینهای HSF و تعداد اگزونها، مشخص شد که تمامی گروهها توزیع مشابهی از نظر تعداد اگزون دارند. در حالی که طول پروتئینها و وزن مولکولی در هر گروه تغییرات قابل توجهی داشته، اکثریت پروتئینها در تمامی گروهها تنها 2 یا 3 اگزون داشتند. در تمامی این پروتئینها 15 موتیف حفاظتشده با طول بین 8 تا 50 آمینواسید شناسایی شد. بررسی ساختار دوم نشان داد که پروتئینهای گروه اول عمدتاً دارای مارپیچهای آلفا منظم و پیوسته، گروه دوم ساختار دوم متنوعتری دارند، شامل صفحات بتا برجستهتر، کویلهای گستردهتر، و نواحی نامنظم بیشتر و پروتئینهای گروه سوم ترکیبی از ویژگیهای گروههای اول و دوم را دارا هستند.علاوه براین نتایج برهمکنش بیانگر هماهنگی بین این پروتئینها در پاسخ به شرایط مختلف محیطی است.
نتیجه گیری: شناسایی و بررسی بیوانفورماتیکی خانواده ژنی HSFs در گیاه کاملینا منجر به شناسایی 64 عضو شد که دارای ویژگیهای ساختاری و عملکردی متفاوت میباشند. بالا بودن تعداد اعضای این خانواده در گیاه کاملینا نسبت به سایر گیاهان احتمالا به ماهیت آلوهگزاپلوئیدی آن مرتبط بوده که از سه ژنوم متفاوت تشکیل شده است. آنالیز ساختار ژنی حاکی از وجود موتیفهای حفاظتشده DBD و HR-A/B در تمام اعضا بوده که نشاندهنده عملکرد محوری آنها در پاسخ به تنشهای محیطی است. با توجه به اهمیت کاملینا بهعنوان گیاه دانه روغنی مقاوم به تنش، شناسایی این ژنها میتواند زمینهساز برنامههای اصلاحی برای تولید ارقام با تحمل بالاتر به تنشهای محیطی باشد.
مقدمه و هدف: کاملینا (Camelina sativa)، یکی از قدیمیترین گیاهان زراعی خانواده براسیکاست که با نامهای کتان کاذب و کتان وحشی شناخته میشود. کاملینا یک نمونه از روغنهای باارزش و با کیفیت بالای گیاهی است که پتانسیل بالایی برای کاربرد در صنایع گوناگون جهت تولید محصولات مفید دارد. گیاه کاملینا مشابه سایر گونههای گیاهی، در طول دوره رویشی خود با تنشهای محیطی و غیرمحیطی متعددی مواجه میشود. بررسی الگوهای تنظیمی ژنها و شبکههای ژنی مرتبط با سیگنالدهی و پاسخ به این تنشها میتواند به درک بهتر مکانیسمهای تحمل به تنش در این گیاهان کمک کند. یکی از خانوادههای فاکتورهای رونویسی که به ایجاد پاسخ مناسب در برابر تنشهای زیست محیطی کمک میکند، فاکتورهای شوک حرارتی (Heat Shock Factor) هستند. اصولاً افزایش تجمع HSPها برای بقای سلولهایی که تحت تاثیر تنشهای مختلف محیطی قرار دارند، ضروری است. با این حال، اطلاعات بیوانفورماتیکی مربوط به ژنهای فاکتور شوک حرارتی (HSF) در کاملینا تاکنون گزارش نشده است. بنابراین، این مطالعه با هدف شناسایی و تجزیه و تحلیل ساختار ژنی، حفاظتشدگی موتیفها و دومینها، و همچنین ساختار سهبعدی پروتئینهای HSF در گیاه کاملینا انجام شد.
مواد و روشها : در این مطالعه، برای شناسایی و تحلیل خانواده ژنی HSF در گیاه C. sativa، منابع توالیهای ژنومی و پروتئینی از پایگاه NCBI دریافت شد. ابتدا، آنالیز tBLASTN با استفاده از توالیهای پروتئینی HSF گیاه مدل آرابیدوپسیس به عنوان ورودی، در توالی ژنومی کاملینا انجام شد. پس از حذف توالیهای تکراری، حضور دمینهای اختصاصی با نرمافزار InterProScan تأیید شد. بهمنظور پوشش جامعتر، جستجوی دمین با ابزار HMMER v3.0 بر اساس پروفایل دمین HSF اخذ شده از PFAM با کد دسترسیPF00447 بر روی پروتئوم C. sativa نیز اجرا شد. رکوردهای تکراری ادغام و توالیهای ناقص حذف گردید. الگوی اگزون-اینترون این ژنها با استفاده از برنامه TBtools بررسی و ویژگیهای فیزیکوشیمیایی پروتئینها با ابزار ProtParam محاسبه گردید. برای شناسایی موتیفهای حفاظتشده، برنامه MEME به کار رفت. پیشبینی مکان سلولی پروتئینها به وسیله ابزار WoLF PSORT انجام شد. تجزیه و تحلیل فیلوژنتیکی با استفاده از نرمافزار ClustalW و ترسیم درخت فیلوژنتیکی با MEGA 12.0 بر مبنای روش حداکثر درستنمایی با آزمون بوت استرپ ترسیم شد. در نهایت، ساختار سهبعدی پروتئینها نیز با استفاده Phayre 2.0 از پایگاه داده PDB پیشبینی گردید و برهمکنشهای پروتئینی با پایگاه STRING تحلیل شدند.
یافته ها: نتایج پژوهش بر مبنای مدل HMM در ابزار HAMMER، تعداد 137 ایزوم از توالیهای پروتئینی حامل دمین HSFs در گیاه کاملینا شناسایی گردید که پس از حذف نسخههای ایزوفرم، تعداد 96 جایگاه ژنی تعیین گردید. در نهایت در بررسی روابط فیلوژنتیکی این توالیها با تعداد 21 پروتئین خانواده ژنی آرابیدوپسیس تالیانا، تعداد 64 توالی پروتئینی برای خانواده ژنی HSF گیاه کاملینا شناسایی گردید. بررسی ویژگیهای ساختاری و فیزیکوشیمیایی نشان داد که طول پروتئینهای این خانواده در کاملینا از 146 الی 496 اسیدآمینه و وزن مولکولی پیشبینی شده نیز بین 1/17 کیلو دالتون تا 2/55 کیلو دالتون، نقاط ایزوالکتریک بین 7/4 الی 2/10 و شاخص آلیفاتیک بین 28/58 تا 54/76 متغیر بود. برآورد شاخص ناپداری بیش از 40 برای 83 درصد از توالیها نشاندهندهی این است که پروتئین در شرایط آزمایشگاهی یا درونسلولی پایداری کمتری داشته و احتمالاً سبب تخریب سریعتر میگردند. همچنین منفی بودن شاخص آبگریزی (GRAVY) برای تمامی پروتئینهای CsHSF بیانگر آبدوست بودن این پروتئینهاست. بررسی جایگاه سلولی پروتئینهای CsHSF در اندامکهای سلولی نشان داد که بیشترین محل حضور این پروتئینها در هسته و سپس سیتوپلاسم است. بر اساس نتایج درخت فیلوژنتیکی پروتئینهای ScHSF در سه گروه اصلی و متفاوت طبقهبندی شدند. بررسی ساختار ژنی این گروهها بر اساس وجود یا عدم وجود اینترون نشان داد که پروتئینهای خانواده HSF بهجز شش ژن فاقد اینترون، بقیه ژنها حداقل دارای اینترونهایی با بیش از یک فاز هستند. وجود تفاوت در تعداد و فاز اینترون در برخی از ژنها HSF کاملینا میتواند بهدلیل حذف یا بهدست آوردن اینترون در طی تکامل بوده باشد که احتمالاً سبب ایجاد یک نقش کارکردی برای این پروتئینها شده است. در بررسی ارتباط بین گروهبندی فیلوژنتیکی پروتئینهای HSF و تعداد اگزونها، مشخص شد که تمامی گروهها توزیع مشابهی از نظر تعداد اگزون دارند. در حالی که طول پروتئینها و وزن مولکولی در هر گروه تغییرات قابل توجهی داشته، اکثریت پروتئینها در تمامی گروهها تنها 2 یا 3 اگزون داشتند. در تمامی این پروتئینها 15 موتیف حفاظتشده با طول بین 8 تا 50 آمینواسید شناسایی شد. بررسی ساختار دوم نشان داد که پروتئینهای گروه اول عمدتاً دارای مارپیچهای آلفا منظم و پیوسته، گروه دوم ساختار دوم متنوعتری دارند، شامل صفحات بتا برجستهتر، کویلهای گستردهتر، و نواحی نامنظم بیشتر و پروتئینهای گروه سوم ترکیبی از ویژگیهای گروههای اول و دوم را دارا هستند.علاوه براین نتایج برهمکنش بیانگر هماهنگی بین این پروتئینها در پاسخ به شرایط مختلف محیطی است.
نتیجه گیری: شناسایی و بررسی بیوانفورماتیکی خانواده ژنی HSFs در گیاه کاملینا منجر به شناسایی 64 عضو شد که دارای ویژگیهای ساختاری و عملکردی متفاوت میباشند. بالا بودن تعداد اعضای این خانواده در گیاه کاملینا نسبت به سایر گیاهان احتمالا به ماهیت آلوهگزاپلوئیدی آن مرتبط بوده که از سه ژنوم متفاوت تشکیل شده است. آنالیز ساختار ژنی حاکی از وجود موتیفهای حفاظتشده DBD و HR-A/B در تمام اعضا بوده که نشاندهنده عملکرد محوری آنها در پاسخ به تنشهای محیطی است. با توجه به اهمیت کاملینا بهعنوان گیاه دانه روغنی مقاوم به تنش، شناسایی این ژنها میتواند زمینهساز برنامههای اصلاحی برای تولید ارقام با تحمل بالاتر به تنشهای محیطی باشد.
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |