بخشی از مقاله
بررسي بيوانفورماتيکي عملکرد ژن شبه دفنسين D2 در گياه توت فرنگي
چکيده
موجودات زنده ، شامل گياهان معمولا در معرض پاتوژن هاي بيشماري در طبيعت قرار دارند. آن ها در پاسخ به حمله پاتوژن ها يک سيستم ايمني ذاتي تکاملي توسعه داده اند. دفنسين هاي گياهي پپتيدهاي کوچک ، بسيار پايدار و غني از سيستئين هستند که بخشي از سيستم ايمني ذاتي، که عمدتا در برابر پاتوژن هاي قارچي معطوف شده اند را تشکيل داده است . گياهان تراريختي که بيش بيان دفنسين دارند در برابر پاتوژن هاي قارچي شديدا مقاوم هستند.هدف از اين تحقيق مقايسه پروموتر ژن دفنسين در گياهان مختلف است تا امکان معرفي آن به عنوان پروموتري القاپذير اختصاصي در مقابل بيمارگر ها مورد بررسي قرار گيرد .
بدين منظور با استفاده از بانک بيوانفورماتيکي فيتوزوم (PHYTOZOME)، ١٥٠٠ نوکلئوتيد بالادست ناحيه کد کننده ژن دفنسين توت فرنگي به عنوان پروموتر انتخاب شد. سپس توسط نرم افزار PLANTCARE مورد بررسي قرار گرف ت . نتايج نشان داد که پروموتر ژن دفنسين در اين گياهان داراي عناصر اختصاصي پاسخ به هورمون هاي ساليسيليک اسيد، جاسمونيک اسيد، و ديگر عناصر پاسخ به زخم ، خشکي،قارچ ، جيبرلين و اکسين است .با حضور پروموترهاي القاپذير، ژن هاي پاسخ دهنده به بيمارگر در زمان حمله بيمارگر پاسخ داده و بار متابوليکي اضافي در زمان غياب بيمارگر تحميل نخواهد شد .از طرفي با کاهش مصرف سموم شيمايي بسياري از هزينه هاي سم پاشي و آثار مخرب زيست محيطي اين سموم کاهش خواهد يافت .
کلمات کليدي : بيوانفورماتيک ، بررسي پروموتر، ژن هاي دفنسين ،مقاومت به بيمارگر
مقدمه
بيمارگرهاي گياهي مختلفي مثل باکتري ها، قارچ ها و ويروس ها خسارات جبران ناپذيري را به محصولات کشاورزي وارد مي کنند(١). اين بيمارگرها باعث کاهش چشمگير عملکرد محصولات زراعي شده و زيان اقتصادي کلاني را به کشورها تحميل مي کنند(١).پروتئين هاي (PR) به عنوان پروتئين هاي کد شده در گياهان ميزبان که توسط بيمارگر القاء شده اند، توصيف گرديده و تغييرات کمي زيادي به نسبت پروتئين هاي محلول در طي پاسخ دفاعي نشان مي دهند(٢). فعاليت هاي مستقيم پروتئين ها مانند فعاليت هاي هيدروليتيک روي ديواره سلولي در آزمايشگاه اثبات شده است .به علاوه فعاليت هاي غير مستقيم آنها در سيگنال هاي دفاعي به اثبات رسيده است . بيان اين پروتئين ها به صورت موضعي و سيستميک در گياه در نتيجه بر همکنش هاي سازگار جزئي و ناسازگار صورت ميگيرد. بيان اين پروتئين ها در گياه به صورت اختصاصي انجام ميشود، براي مثال در گياه Arabidopsis thaliana، مجموع ژن هاي PR که در پاسخ به آلودگي با قارچ Alternaria brassiciola بيان ميشود متفاوت است (٣). واکنش اوليه گياه به آلودگي توسط عوامل بيماريزا بوسيله تغييرات متابوليکي همچون reactive oxygen species، مقاومت اکتسابي سيستميک (SAR)systemic acquired resistance و مقاومت القايي سيستميک induced systemic resistance ابراز ميشود(٤). فعاليت و حضور پروتئين هاي مرتبط با SAR ارتباط مستقيمي با سطح مقاومت و حساسيت گياه دارد. پروتئين هاي مرتبط با بيماريزايي همچون دفنسين هاي گياهي که نقش ضد باکتريايي و ضد قارچي دارند در ارتباط با SAR ميباشند(٥). توليد گياهان مقاوم به عوامل بيماريزاي قارچي، باکتريايي و ويروسي از طريق انتقال ژن هاي کد کننده مواد ضد ميکروبي، روش اميدوار کننده اي براي مبارزه با بيماريهاي گياهي است (٦). مشخص گرديده است که بيان هم زمان دو يا چند ژن PR، با اثر سينرژيستي باعث افزايش مقاومت و در نتيجه کنترل بهتر بيماري ميگردد
(٧) مواد و روش ها
پس از انتخاب گياهان ژن دفنسين توت فرنگي ، توالي Full-length CDS (٠٠٤٣٠٦٥١٣١_XM)آن ها از بانک اطلاعاتي NCBI استخراج گرديد. سپس با استفاده از نرم افزار Blast N در بانک اطلاعاتي www.phytozome.net( Phytozome..http:) ناحيه ژنومي آن در توت فرنگي تعيين گرديد. سپس ١٥٠٠ جفت باز بالا دست کدون AUG (کدون شروع ) ژن دفنسين به عنوان پروموتر استخراج گرديد. به منظور آناليز پروموتر از سايت هاي bioinformatics.psb.ugent.be.webtools.plantcare.html(Plant CARE..http:.) و PLACE استفاده شد .
سپس موتيف هاي موجود در پروموتر استخراج ، و کارکرد آن ها مورد بررسي قرار گرفت .علاوه بر اين براي درک عميق تر عملکرد ژن دفنسين و ژن هاي مرتبط ، رسم شبکه ژني با استفاده از بانک اطلاعاتي ٩.٠٥ String انجام شد.
بحث و نتايج
نتايج بررسي پروموتر توت فرنگي نشان داد که چندين عنصر پاسخ دهنده به تنش هاي زيستي در اين ناحيه وجود دارند پروموتر ژن هاي دفنسين در اين گياهان داراي عناصر اختصاصي پاسخ به هورمون هاي ساليسيليک اسيد، جاسمونيک اسيد، آبسيزيک اسيد و ديگر عناصر پاسخ به زخم ، خشکي، قارچ ، جيبرلين و اکسين است (جدول ١)(٨). شناسايي عناصر اختصاصي اين گونه پروموترها بسيار ارزشمند خواهد بود وبهره گيري از اين پروموترها در برابر بيمارگر هاي گياهي يکي از راهکارهاي کارامد در توليد گياهان تراژن مقاوم به بيمارگر هاست (٩). با حضور اين پروموترهاي تنظيمي ژن هاي پاسخ دهنده به بيمارگر در زمان حمله بيمارگر القا خواهند شد و بار متابوليکي اضافي در زمان غياب بيمارگر تحميل نخواهد شد(٩) . از طرفي با کاهش مصرف سموم شيمايي بسياري از هزينه هاي سم پاشي و آثار مخرب زيست محيطي اين سموم کاهش خواهد يافت (٩). با شناسايي عناصر تنظيمي اختصاصي پروموتر ژن گلوکاناز در گياهان مختلف امکان ساختن پروموترهاي مصنوعي قو يتر در برابر بيمارگر هاي مختلف فراهم مي شود. اين پروموترهاي مصنوعي چند منظوره داراي عناصر اختصاصي پاسخ به بيمارگر هاي متنوعي هستند و در طيف وسيعي از اين بيمارگر ها القا مي شوند.
