شناسایی و مطالعه ویژگی های خانواده ژنی شبه استریکتوسیدین سینتاز (SSL) در گستره ژنوم گندم (Triticum aaestivum L.)

مقدمه: گندم (Triticum aestivum L.) در سطح جهانی به عنوان یک محصول غذایی مهم شناخته شده است. با توجه به افزایش قابل توجه جمعیت، نیاز به تولید مواد غذایی متناسب با رشد جمعیت، به ویژه برای محصولات اصلی مانند گندم وجود دارد. با توجه به کاهش کشت و عملکرد گندم در اثر تنش های زیستی و غیرزیستی، کشت رقم های مقاوم به تنش ها مقرون به صرفه ترین و اساسی ترین رویکرد برای خنثی کردن اثرات منفی این عوامل است. برای دستیابی به این هدف، شناسایی ژن های مقاوم به عنوان زیربنای ایجاد رقم های مقاوم جدید از طریق برنامه های به نژادی ضروری است. ژن های شبه استریکتوسیدین سینتاز (SSL)، دمین ساختاری خارج سلولی مشابه با همومیوسین جانوری داشته و با طولی در حدود ۴۰۰ اسید آمینه، در تنظیم ایمنی گیاهان نقش دارند. مطالعات قبلی نشان داده اند که همه ژن های AtSSL در پاسخ به تنش های مختلف زیستی و غیرزیستی نقش دارند. با این حال، عمده درک ما از خانواده ژنی SSL در گیاهان فقط بر اساس تحقیقات انجام شده روی آرابیدوپسیس تالیانا به دست آمده است. در این مطالعه، از ابزارهای بیوانفورماتیک به منظور رمزگشایی روابط تکاملی و نقش کارکردی خانواده ژنی SSL در گندم استفاده شد. مواد و روش ها: در اولین مرحله، توالی پروتئین های SSL برنج و آرابیدوپسیس از طریق الگوریتم PlastP به منظور شناسایی ژن های کد کننده SSL گندم در پایگاه داده Ensembl Plants مورد استفاده قرار گرفت. در ادامه روابط فیلوژنتیک با MEGA۷، 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، مضاعف شدگی ژن ها و فشار گزینش به ترتیب با استفاده از PlantCare و TBtools-II Simple Ka/Ks Calculator مورد مطالعه قرار گرفت. بررسی پروفایل بیان ژن های TaSSL در پاسخ به تنش های غیرزیستی نیز با استفاده از سرور expVIP انجام گرفت. در تمامی تجزیه ها از پارامتر­های پیش فرض استفاده شد. یافته های تحقیق: بر اساس نتایج این مطالعه، ۶۹ ژن SSL در گستره ژنوم گندم یافت شد که به صورت غیر یکنواخت روی کروموزوم های متفاوت قرار گرفته بودند. مطالعه تکاملی این خانواده نشان داد که SSL­های موجودات مختلف در دو گروه فیلوژنتیک اصلی قرار می گیرند. گروه اول (I)، فقط شامل ژن های SSL گندم و برنج بود و در گروه دوم (II)، ژن های موجودات مختلف قرار گرفتند. گروه دوم خود به سه زیرگروه A، B و C تقسیم شد و اعضای هر گروه از نظر کارکرد می ­توانند متفاوت باشند. تجزیه و تحلیل موتیف های حفاظت شده، ساختار ژنی و فاز اینترونی، حفاظت شدگی بالای این ژن ها را نشان داد. از سوی دیگر، مضاعف شدگی سگمنتال عامل اصلی بسط ژن های SSL گندم بود و ژن های مضاعف شده تحت فشار گزینش منفی شدید قرار داشتند. وجود عناصر تنظیمی Cis پاسخ به هورمون ها و تنش ها نشان می دهد که تنظیم بیان ژن­های TaSSL بسیار پیچیده است. از سوی دیگر، بررسی پروفایل بیانی ژن های TaSSL در پاسخ به تنش های غیرزیستی بر اساس داده های RNA-seq نشان داد که این ژن ها در اثر تنش های سرما، گرما، خشکی و PEG القاء می شوند که در راستای وجود عناصر تنظیمی Cis پاسخ به هورمون ها و تنش ها هستند. نتیجه گیری: وجود گروه تکاملی اختصاصی ژن های SSL گندم در کنار ویژگی های مربوط به ژن های پاسخ به تنش مانند تعداد کم اینترون، فشار گزینش منفی اعمال شده بر آن ها، وجود عناصر تنظیمی پاسخ به تنش ها و هورمون ها و نیز الگوی بیان ژن های TaSSL در پاسخ به تنش های غیرزیستی نشان داد که این ژن ها نقش مهمی در پاسخ گندم به تنش ها دارند. یافته های این تحقیق می تواند به درک نقش ژن های TaSSL کمک کند و منجر به شناسایی ژن های بالقوه به منظور ایجاد رقم های گندم مقاوم به تنش در برنامه های به نژادی آینده شود.

Keywords:

این سیلیکو , تکامل , تنش غیرزیستی , کارکرد ژن , مضاعف شدگی