این سایت در حال حاضر پشتیبانی نمی شود و امکان دارد داده های نشریات بروز نباشند
پژوهشنامه اصلاح گیاهان زراعی، جلد ۱۷، شماره ۱، صفحات ۰-۰

عنوان فارسی شناسایی مسیرهای ژنی دخیل در تحمل تنش خشکی انتهای فصل در ژنوتیپ جو Dayton/ Ranney با استفاده از ترنسکریپتومیکس
چکیده فارسی مقاله
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.
 
کلیدواژه‌های فارسی مقاله مکانیسم‌های مقاومت به خشکی، آنالیز RNA-Seq، الگوی بیان ژن، هستی‌شناسی ژن

عنوان انگلیسی Identification gene pathways involved in tolerance to end-of-season drought stress in Dayton/Ranney barley genotype using transcriptomics
چکیده انگلیسی مقاله
Introduction and Objective: The expression of genes changes under the influence of different developmental stages and different environmental factors. Drought stress at the flowering and seed filling stage, which is known as end-of-season drought stress, can lead to a sharp decrease in yield or complete failure of crop production. Genetic analysis of drought resistance in the reproductive stage is necessary in order to understand the mechanism of plant response to drought conditions in the face of the challenges of maintaining food security. Assessment the transcript profile of genes in different tissues and developmental stages under different conditions of environmental stress can provide insight into the molecular mechanisms and how plants react to stress. Barley is known as a model plant for deciphering the mechanisms of drought tolerance, and the study of molecular mechanisms of barley is important for breeding crops, because has ability to tolerate water limitations at the flowering and grain filling stages. The aim of this research was to identify differentially expressed genes under end-of-season drought stress in barley using RNA-Seq technique. Based on the study of Amini et al. on 13 genotypes of spring two-row barley under drought stress, the Dayton/Ranney genotype (modified by ICARDA) was identified as a drought-tolerant genotype, and were used in this study in order to the gene expression profile investigation of barley under drought stress at the end of the season.
Material and Methods: Dayton/Ranney spring barley genotype was subjected to drought stress treatment (70% available water depletion) at the stage of flag leaf emergence. The total RNA was extracted from the leaves of the control and drought treated plants and was checked the quality of the extracted RNA. After sequencing and analyzing, were obtained the expression profiles of differentially expressed genes under end-of-season drought stress. Also, the differentially expressed genes were functionally investigated using gene ontology enrichment analysis. The binding site of transcription factors in the promoter sequence of differentially expressed genes was identified with the using of PlantPAN 3.0 online software and the frequency of binding sites was reported as a percentage of all identified sites.
Results: Under end-of-season drought stress, 2920 genes showed significant increase in expression and 2290 genes showed significant decrease in expression in barley plant. The identified genes were involved in the processes of photosynthesis, carbohydrate and lipid metabolism, regulatory processes, response to abiotic stimuli and stress, seed development and maturation. Also, based on gene ontology analysis, these genes were involved in the metabolic and biosynthetic processes of carboxylic acid, sucrose and glucan cellular metabolism, proteolysis, phosphorylation, RNA metabolism and biosynthesis, and serine family amino acid metabolism. Among the genes with the highest increase in expression under drought stress are the family of proteins in late embryogenesis abundant, a phenylpropanoid pathway gene called anthranilate N-benzoyltransferase protein 1, the xyloglucan-endotrans-glucosylate/hydrolase gene, protein serine/threonine-phosphatase, a mitochondrial arginine transporter, an endonuclease gene, laccase enzyme and several transcription factors. Also, the genes that showed the most significant decrease in expression under drought stress include an L-type lectin-containing receptor kinase (Hv-LecRK), a ribonuclease III-like gene, HEC1-like transcription factor, methyljasmonate II -inducible lipoxygenase, Glucan endo-1,3-beta-glucosidase GIII, PIP2;5 aquaporin, 70-kDa heat shock protein (HSP70) and Aspartic proteinase nepenthesin-1 gene. Also, two unknown genes 2HG0195510 and 4HG0389440 showed significant increase in expression. these genes are involved in the metabolic and biosynthetic processes of carboxylic acid, response to abiotic stimuli and stress, response to endogenous stimuli, Proteolysis, phosphorylation, RNA metabolism and biosynthesis, protein metabolic process, serine family amino acid metabolism and transport. Also, at the level of molecular function, for all the genes with differential expression, the groups of catalytic activity and connection assigned the largest number of genes to themselves. Other molecular functions identified for genes responsive to drought stress include protein binding, nucleotide binding, transport activity, DNA binding, transferase, kinase, hydrolase and pyrophosphatase activity. In addition, these increased genes expressed specifically had the functions of message transmission, transcription factor, enzyme regulation, molecular transport and receptor activities. The binding positions of transcription factors in genes with differential expression were classified into 64 families. The highest percentage of binding sites in the up-expressed genes belong to ERF/AP2 transcription factors, followed by the most abundant binding sites belonging to transcription factor family of bZIP, bHLH, DOF and GATA. Also, the most abundant binding sites in the down-expressed genes included AP2/ERF, BES1, EIL, TCP, Myb/SANT, GATA and DOF.
Conclusion: By evaluating the gene expression under end-of-season drought stress, were identified aspects of the resistance mechanism of barley to drought stress, which are related to the metabolic and biosynthetic activities of the plant in the reproductive stage. The results showed that diverse and complex gene networks play a role in the response of the barley to end-of-season drought stress, and mainly decreased the biological processes related to photosynthesis and the production of precursor metabolites and increased the metabolic processes. Also, response process to stimulus was observed in both sets of increased and decreased expressed genes.
 
کلیدواژه‌های انگلیسی مقاله Drought resistance mechanisms, gene expression profile, gene ontology, RNA-Seq analysis

نویسندگان مقاله سعیده علیدوست | Saeedeh Alidoust
University of Mohaghegh Ardabili
دانشگاه محقق اردبیلی

سارا دژستان | Sara Dezhsetan
University of Mohaghegh Ardabili
دانشگاه محقق اردبیلی

مهدی بهنامیان | Mahdi Behnamian
University of Mohaghegh Ardabili
دانشگاه محقق اردبیلی


نشانی اینترنتی http://jcb.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-282-3&slc_lang=fa&sid=1
فایل مقاله فایلی برای مقاله ذخیره نشده است
کد مقاله (doi)
زبان مقاله منتشر شده fa
موضوعات مقاله منتشر شده اصلاح نباتات مولکولی
نوع مقاله منتشر شده پژوهشی
برگشت به: صفحه اول پایگاه   |   نسخه مرتبط   |   نشریه مرتبط   |   فهرست نشریات