تعداد نشریات | 31 |
تعداد شمارهها | 743 |
تعداد مقالات | 7,071 |
تعداد مشاهده مقاله | 10,142,162 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 6,855,345 |
شناسایی و مطالعه ویژگیهای خانواده ژنی شبه استریکتوسیدین سینتاز (SSL) در گستره ژنوم گندم (Triticum aaestivum L.) | ||
تحقیقات غلات | ||
مقاله 4، دوره 13، شماره 3 - شماره پیاپی 48، آذر 1402، صفحه 249-268 اصل مقاله (1.03 M) | ||
نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22124/cr.2024.26392.1805 | ||
نویسندگان | ||
محمد حسین رضاددوست* 1؛ امین عابدی2 | ||
1استادیار، گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت ایران | ||
2دانشآموخته دکتری، گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران | ||
چکیده | ||
مقدمه: گندم (Triticum aestivum L.) در سطح جهانی بهعنوان یک محصول غذایی مهم شناخته شده است. با توجه به افزایش قابل توجه جمعیت، نیاز به تولید مواد غذایی متناسب با رشد جمعیت، بهویژه برای محصولات اصلی مانند گندم وجود دارد. با توجه به کاهش کشت و عملکرد گندم در اثر تنشهای زیستی و غیرزیستی، کشت رقمهای مقاوم به تنشها مقرون به صرفهترین و اساسیترین رویکرد برای خنثی کردن اثرات منفی این عوامل است. برای دستیابی به این هدف، شناسایی ژنهای مقاوم بهعنوان زیربنای ایجاد رقمهای مقاوم جدید از طریق برنامههای بهنژادی ضروری است. ژنهای شبه استریکتوسیدین سینتاز (SSL)، دُمین ساختاری خارج سلولی مشابه با همومیوسین جانوری داشته و با طولی در حدود 400 اسید آمینه، در تنظیم ایمنی گیاهان نقش دارند. مطالعات قبلی نشان دادهاند که همه ژنهای AtSSL در پاسخ به تنشهای مختلف زیستی و غیرزیستی نقش دارند. با اینحال، عمده درک ما از خانواده ژنی SSL در گیاهان فقط بر اساس تحقیقات انجام شده روی آرابیدوپسیس تالیانا بهدست آمده است. در این مطالعه، از ابزارهای بیوانفورماتیک بهمنظور رمزگشایی روابط تکاملی و نقش کارکردی خانواده ژنی SSL در گندم استفاده شد. مواد و روشها: در اولین مرحله، توالی پروتئینهای SSL برنج و آرابیدوپسیس از طریق الگوریتم PlastP بهمنظور شناسایی ژنهای کد کننده SSL گندم در پایگاه داده Ensembl Plants مورد استفاده قرار گرفت. در ادامه روابط فیلوژنتیک با MEGA7، ساختار اگزون- اینترون و فاز اینترونی با Gene Structure view in TBtools-II و موتیفهای حفاظت شده با Multiple Em for Motif Elicitation تجزیه و تحلیل شد. همچنین، عناصر تنظیمی Cis ناحیه پروموتری، مضاعفشدگی ژنها و فشار گزینش بهترتیب با استفاده از PlantCare و TBtools-II Simple Ka/Ks Calculator مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی پروفایل بیان ژنهای TaSSL در پاسخ به تنشهای غیرزیستی نیز با استفاده از سرور expVIP انجام گرفت. در تمامی تجزیهها از پارامترهای پیشفرض استفاده شد. یافتههای تحقیق: بر اساس نتایج این مطالعه، 69 ژن SSL در گستره ژنوم گندم یافت شد که بهصورت غیر یکنواخت روی کروموزومهای متفاوت قرار گرفته بودند. مطالعه تکاملی این خانواده نشان داد که SSLهای موجودات مختلف در دو گروه فیلوژنتیک اصلی قرار میگیرند. گروه اول (I)، فقط شامل ژنهای SSL گندم و برنج بود و در گروه دوم (II)، ژنهای موجودات مختلف قرار گرفتند. گروه دوم خود به سه زیرگروه A، B و C تقسیم شد و اعضای هر گروه از نظر کارکرد میتوانند متفاوت باشند. تجزیه و تحلیل موتیفهای حفاظتشده، ساختار ژنی و فاز اینترونی، حفاظتشدگی بالای این ژنها را نشان داد. از سوی دیگر، مضاعفشدگی سگمنتال عامل اصلی بسط ژنهای SSL گندم بود و ژنهای مضاعفشده تحت فشار گزینش منفی شدید قرار داشتند. وجود عناصر تنظیمی Cis پاسخ به هورمونها و تنشها نشان میدهد که تنظیم بیان ژنهای TaSSL بسیار پیچیده است. از سوی دیگر، بررسی پروفایل بیانی ژنهای TaSSL در پاسخ به تنشهای غیرزیستی بر اساس دادههای RNA-seq نشان داد که این ژنها در اثر تنشهای سرما، گرما، خشکی و PEG القاء میشوند که در راستای وجود عناصر تنظیمی Cis پاسخ به هورمونها و تنشها هستند. نتیجهگیری: وجود گروه تکاملی اختصاصی ژنهای SSL گندم در کنار ویژگیهای مربوط به ژنهای پاسخ به تنش مانند تعداد کم اینترون، فشار گزینش منفی اعمال شده بر آنها، وجود عناصر تنظیمی پاسخ به تنشها و هورمونها و نیز الگوی بیان ژنهای TaSSL در پاسخ به تنشهای غیرزیستی نشان داد که این ژنها نقش مهمی در پاسخ گندم به تنشها دارند. یافتههای این تحقیق میتواند به درک نقش ژنهای TaSSL کمک کند و منجر به شناسایی ژنهای بالقوه بهمنظور ایجاد رقمهای گندم مقاوم به تنش در برنامههای بهنژادی آینده شود. | ||
کلیدواژهها | ||
این سیلیکو؛ تکامل؛ تنش غیرزیستی؛ کارکرد ژن؛ مضاعفشدگی | ||
مراجع | ||
Ahmad, H. M., Alafari, H. A., Fiaz, S., Alshaya, D. S., Toor, S., Ijaz, M., Rasool, N., Attia, K. A., Zaynab, M., & Azmat, S. (2022). Genome-wide comparison and identification of myosin gene family in Arabidopsis thaliana and Helianthus annuus. Heliyon, 8(12), e12070. doi: 10.1016/j.heliyon.2022.e12070.##Artimo, P., Jonnalagedda, M., Arnold, K., Baratin, D., Csardi, G., De Castro, E., Duvaud, S., Flegel, V., Fortier, A., & Gasteiger, E. (2012). ExPASy: SIB bioinformatics resource portal. Nucleic Acids Research, 40(W1), W597-W603. doi: 10.1093/nar/gks400.##Bailey, T. L., Boden, M., Buske, F. A., Frith, M., Grant, C. E., Clementi, L., Ren, J., Li, W. W., & Noble, W. S. (2009). MEME SUITE: Tools for motif discovery and searching. Nucleic Acids Research, 37, W202-W208. doi: 10.1093/nar/gkp335.##Bolser, D., Staines, D. M., Pritchard, E., & Kersey, P. (2016). Ensembl plants: integrating tools for visualizing, mining, and analyzing plant genomics data. Plant Bioinformatics: Methods & Protocols, 1374, 115-140. doi: 10.1007/978-1-4939-3167-5_6.##Borrill, P., Ramirez-Gonzalez, R., & Uauy, C. (2016). ExpVIP: A customizable RNA-seq data analysis and visualization platform. Plant Physiology, 170(4), 2172-2186. doi: 10.1104/pp.15.01667.##Cannon, S. B., Mitra, A., Baumgarten, A., Young, N. D., & May, G. (2004). The roles of segmental and tandem gene duplication in the evolution of large gene families in Arabidopsis thaliana. BMC Plant Biology, 4, 10. doi: 10.1186/1471-2229-4-10.##Chen, C., Wu, Y., Li, J., Wang, X., Zeng, Z., Xu, J., Liu, Y., Feng, J., Chen, H., & He, Y. (2023). TBtools-II: A “one for all, all for one” bioinformatics platform for biological big-data mining. Molecular Plant, 16(11), 1733-1742. doi: 10.1016/j.molp.2023.09.010.##Chen, L., Meng, J., He, X. L., Zhang, M., & Luan, Y. S. (2019). Solanum lycopersicum microRNA1916 targets multiple target genes and negatively regulates the immune response in tomato. Plant, Cell & Environment, 42(4), 1393-1407. doi: 10.1111/pce.13468.##Dobritsa, A. A., Nishikawa, S.-I., Preuss, D., Urbanczyk-Wochniak, E., Sumner, L. W., Hammond, A., Carlson, A. L., & Swanson, R. J. (2009). LAP3, a novel plant protein required for pollen development, is essential for proper exine formation. Sexual Plant Reproduction, 22(3), 167-177. doi: 10.1007/s00497-009-0101-8.##Fabbri, M., Delp, G., Schmidt, O., & Theopold, U. (2000). Animal and plant members of a gene family with similarity to alkaloid-synthesizing enzymes. Biochemical & Biophysical Research Communications, 271(1), 191-196. doi: 10.1006/bbrc.2000.2598.##Facchini, P. J., Bird, D. A., & St-Pierre, B. (2004). Can Arabidopsis make complex alkaloids? Trends in Plant Science, 9, 116-122. doi: 10.1016/j.tplants.2004.01.004.##Giraldo, P., Benavente, E., Manzano-Agugliaro, F., & Gimenez, E. (2019). Worldwide research trends on wheat and barley: A bibliometric comparative analysis. Agronomy, 9, 352. doi: 10.3390/agronomy9070352.##Gu, L., Cao, Y., Chen, X., Wang, H., Zhu, B., Du, X., & Sun, Y. (2023). The genome-wide identification, characterization, and expression analysis of the strictosidine synthase-like family in maize (Zea mays L.). International Journal of Molecular Sciences, 24, 14733. doi: 10.3390/ijms241914733.##Guo, J., Wu, J., Ji, Q., Wang, C., Luo, L., Yuan, Y., Wang, Y., & Wang, J. (2008). Genome-wide analysis of heat shock transcription factor families in rice and Arabidopsis. Journal of Genetics & Genomics, 35, 105-118. doi: 10.1016/S1673-8527(08)60016-8.##Hernandez-Garcia, C. M., & Finer, J. J. (2014). Identification and validation of promoters and cis-acting regulatory elements. Plant Science, 217, 109-119. doi: 10.1016/j.plantsci.2013.12.007.##Hicks, M. A., Barber, A. E., & Babbitt, P. C. (2013). The Nucleophilic Attack Six‐Bladed β‐Propeller (N6P) Superfamily. In: Orengo, C., & Bateman, A. (Eds.). Protein Families: Relating Protein Sequence, Structure, and Function. Wiley Online Library. pp. 125-158. doi: 10.1002/9781118743089.ch6.##Hicks, M. A., Barber, A. E., Giddings, L. A., Caldwell, J., O'connor, S. E., & Babbitt, P. C. (2011). The evolution of function in strictosidine synthase‐like proteins. Proteins: Structure, Function, & Bioinformatics, 79(11), 3082-3098. doi: 10.1002/prot.23135.##Jan, R., Asaf, S., Numan, M., Lubna, & Kim, K.-M. (2021). Plant secondary metabolite biosynthesis and transcriptional regulation in response to biotic and abiotic stress conditions. Agronomy, 11(5), 968. doi: 10.3390/agronomy11050968.##Kibble, N. A., Sohani, M. M., Shirley, N., Byrt, C., Roessner, U., Bacic, A., Schmidt, O., & Schultz, C. J. (2009). Phylogenetic analysis and functional characterisation of strictosidine synthase-like genes in Arabidopsis thaliana. Functional Plant Biology, 36, 1098-1109. doi: 10.1071/FP09104.##Kumar, S., Stecher, G., & Tamura, K. (2016). MEGA7: Molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets. Molecular Biology & Evolution, 33(7), 1870-1874. doi: 10.1093/molbev/msw054.##Kutchan, T., Hampp, N., Lottspeich, F., Beyreuther, K., & Zenk, M. (1988). The cDNA clone for strictosidine synthase from Rauvolfia serpentina DNA sequence determination and expression in Escherichia coli. FEBS Letters, 237, 40-44. doi: 10.1016/0014-5793(88)80167-4.##Lescot, M., Déhais, P., Thijs, G., Marchal, K., Moreau, Y., Van De Peer, Y., Rouzé, P., & Rombauts, S. (2002). PlantCARE, a database of plant cis-acting regulatory elements and a portal to tools for in silico analysis of promoter sequences. Nucleic Acids Research, 30(1), 325-327. doi: 10.1093/nar/30.1.325.##Letunic, I., & Bork, P. (2018). 20 years of the SMART protein domain annotation resource. Nucleic Acids Research, 46(D1), D493-D496. doi: 10.1093/nar/gkx922.##Liu, H., Lyu, H. M., Zhu, K., Van De Peer, Y., & Cheng, Z. M. (2021). The emergence and evolution of intron‐poor and intronless genes in intron‐rich plant gene families. The Plant Journal, 105, 1072-1082. doi: 10.1111/tpj.15088.##Liu, M., Dong, H., Wang, M., & Liu, Q. (2020). Evolutionary divergence of function and expression of laccase genes in plants. Journal of Genetics, 99, 1-16. doi: 10.1007/s12041-020-1184-0.##Magwanga, R. O., Lu, P., Kirungu, J. N., Lu, H., Wang, X., Cai, X., Zhou, Z., Zhang, Z., Salih, H., & Wang, K. (2018). Characterization of the late embryogenesis abundant (LEA) proteins family and their role in drought stress tolerance in upland cotton. BMC Genetics, 19, 6. doi: 10.1186/s12863-017-0596-1.##Qanmber, G., Liu, J., Yu, D., Liu, Z., Lu, L., Mo, H., Ma, S., Wang, Z., & Yang, Z. (2019). Genome-wide identification and characterization of the PERK gene family in Gossypium hirsutum reveals gene duplication and functional divergence. International Journal of Molecular Sciences, 20, 1750. 10.3390/ijms20071750.##Sarcheshmeh, M. K., Abedi, A., & Aalami, A. (2023). Genome-wide survey of catalase genes in Brassica rapa, Brassica oleracea, and Brassica napus: Identification, characterization, molecular evolution, and expression profiling of BnCATs in response to salt and cadmium stress. Protoplasma, 260, 899-917. doi: 10.1007/s00709-022-01822-6.##Sievers, F., & Higgins, D. G. (2014). Clustal omega. Current Protocols in Bioinformatics, 48, 313. doi: 10.1002/0471250953.bi0313s48.##Smedley, D., Haider, S., Ballester, B., Holland, R., London, D., Thorisson, G., & Kasprzyk, A. (2009). BioMart–biological queries made easy. BMC Genomics, 10, 1-12. doi: 10.1186/1471-2164-10-22.##Sohani, M., Schenk, P., Schultz, C., & Schmidt, O. (2009). Phylogenetic and transcriptional analysis of a strictosidine synthase‐like gene family in Arabidopsis thaliana reveals involvement in plant defence responses. Plant Biology, 11, 105-117. doi: 10.1111/j.1438-8677.2008.00139.x.##Theopold, U., Samakovlis, C., Erdjument-Bromage, H., Dillon, N., Axelsson, B., Schmidt, O., Tempst, P., & Hultmark, D. (1996). Helix pomatia lectin, an inducer of Drosophila immune response, binds to hemomucin, a novel surface mucin. Journal of Biological Chemistry, 271, 12708-12715. doi: 10.1074/jbc.271.22.12708.##Wang, R., Zhao, W., Yao, W., Wang, Y., Jiang, T., & Liu, H. (2023a). Genome-wide analysis of strictosidine synthase-like gene family revealed their response to biotic/abiotic stress in poplar. International Journal of Molecular Sciences, 24(12), 10117. doi: 10.3390/ijms241210117.##Wang, T., Song, H., Zhang, B., Lu, Q., Liu, Z., Zhang, S., Guo, R., Wang, C., Zhao, Z., & Liu, J. (2018). Genome-wide identification, characterization, and expression analysis of superoxide dismutase (SOD) genes in foxtail millet (Setaria italica L.). 3 Biotech, 8(12), 486. doi: 10.1007/s13205-018-1502-x.##Wang, Y., Ruan, Q., Zhu, X., Wang, B., Wei, B., & Wei, X. (2023b). Identification of alfalfa SPL gene family and expression analysis under biotic and abiotic stresses. Scientific Reports, 13, 84. doi: 10.1038/s41598-022-26911-7.##Wu, X., Zhou, C., Li, X., Lin, J., Aguila, L. C. R., Wen, F., & Wang, L. (2023). Genome-wide identification and immune response analysis of mitogen-activated protein kinase cascades in tea geometrid, Ectropis grisescens Warren (Geometridae, Lepidoptera). BMC Genomics, 24, 344. doi: 10.1186/s12864-023-09446-7.##Xu, G., Guo, C., Shan, H., & Kong, H. (2012). Divergence of duplicate genes in exon–intron structure. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109, 1187-1192. doi: 10.1073/pnas.1109047109.##Yamazaki, Y., Urano, A., Sudo, H., Kitajima, M., Takayama, H., Yamazaki, M., Aimi, N., & Saito, K. (2003). Metabolite profiling of alkaloids and strictosidine synthase activity in camptothecin producing plants. Phytochemistry, 62(3), 461-470. doi: 10.1016/S0031-9422(02)00543-5.##Yan, F., Zhou, H., Yue, M., Yang, G., Li, H., Zhang, S., & Zhao, P. (2019). Genome-wide identification and transcriptional expression profiles of the F-box gene family in common walnut (Juglans regia L.). Forests, 10(3), 275. doi: 10.3390/f10030275.##Yoshida, S., Ito, M., Nishida, I., & Watanabe, A. (2001). Isolation and RNA gel blot analysis of genes that could serve as potential molecular markers for leaf senescence in Arabidopsis thaliana. Plant & Cell Physiology, 42(2), 170-178. doi: 10.1093/pcp/pce021.##Yoshioka, Y., Suzuki, G., Zayasu, Y., Yamashita, H., & Shinzato, C. (2022). Comparative genomics highlight the importance of lineage-specific gene families in evolutionary divergence of the coral genus, Montipora. BMC Ecology & Evolution, 22, 71. doi: 10.1186/s12862-022-02023-8.##Yu, J., Yuan, Y., Dong, L., & Cui, G. (2023). Genome-wide investigation of NLP gene family members in alfalfa (Medicago sativa L.): Evolution and expression profiles during development and stress. BMC genomics, 24, 320. doi: 10.1186/s12864-023-09418-x.##Yuan, Y., Yin, X., Han, X., Han, S., Li, Y., Ma, D., Fang, Z., Yin, J., & Gong, S. (2023). Genome-wide identification, characterization and expression analysis of the TaDUF724 gene family in wheat (Triticum aestivum). International Journal of Molecular Sciences, 24(18), 14248. doi: 10.3390/ijms241814248.##Zhang, L., Li, S., Fang, X., An, H., & Zhang, X. (2023). Genome-wide analysis of LysM gene family members and their expression in response to Colletotrichum fructicola infection in Octoploid strawberry (Fragaria×ananassa). Frontiers in Plant Science, 13, 1105591. doi: 10.3389/fpls.2022.1105591.##Zou, T., Li, S., Liu, M., Wang, T., Xiao, Q., Chen, D., Li, Q., Liang, Y., Zhu, J., & Liang, Y. (2017). An atypical strictosidine synthase, OsSTRL2, plays key roles in anther development and pollen wall formation in rice. Scientific Reports, 7, 6863. doi: 10.1038/s41598-017-07064-4. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 235 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 216 |