بخشی از مقاله
چکیده
از مهمترین مراحل براي تولید گیاهان تراریخته مفید، شناسایی ژنهاي مهم و موثر در صفت مورد نظرمیباشد. PIN2 یک انتقالدهنده خارجی اکسین است که باعث افزایش پنجهزنی و کاهش ارتفاع در اثر افزایش بیان آن در برنج میشود و بدین ترتیب نقش مجزایی در کنترل شاخساره دارد. بعلاوه PIN2 نقش موثري در تعیین فنوتیپ ریشه دارد.
تغییر میزان بیان PIN2 بهوسیله ترانسفورماسیون ژنتیکی میتواند مستقیما ساختار برنج را تغییر دهد که در برنامههاي اصلاحی حایز اهمیت است. هدف این مطالعه بررسی روابط تکاملی پروتئین PIN2 در 17 گونه گیاهی و شناسایی اورتولوگهاي این ژن با احتمال عملکرد مشابه در گونههاي مورد نظر است. به این منظور، توالی پروتئینی PIN2 در گیاهان مختلف از سایت NCBI استخراج و همردیف گردید.
نتایج نشان داد که این پروتئین داراي دومین محافظت شده در انتهاي N و C میباشند که این دومینها وظیفه شناسایی و انتقال هورمون اکسین از غشا را به عهده دارند و نواحی مرکزي پروتئین در جایگیري صحیح پروتئینها در غشاي فسفولپیدي نقش دارد. درخت فیلوژنی با نرمافزار MEGA6 و با روش Neighbor joining رسم گردید. نتایج این درخت فیلوژنی گونههاي مورد بررسی را در 4 گروه مجزا قرار داد بهطوریکه دولپهايها در سه گروه و با فاصله از گروه غلات قرار گرفتند.
مقدمه
شناسایی و ردیابی ژنهاي موثر در تغییر ساختار، افزایش عملکرد، پاسخ به تنشهاي محیطی مانند شوري و خشکی، مقاومت به آفات و بیماريهاي گیاهی و افزایش کیفیت محصولات کشاورزي از اولویتهاي تحقیقاتی گروه بیوتکنولوژي کشاوزي محسوب میشود. نتایج این قبیل پژوهشها براي شناسایی و انتقال ژنهاي مفید به گیاهان هدف براي تولید گیاهان تراریخته با عملکرد و کیفیت برتر اهمیت دارد . - 1 -
اعضاي خانواده - PIN - PIN-FORMED تسهیل کننده انتقال اکسین به خارج و تعدادي از ناقلین -p ABCگلیکو پروتئین هستند. افزایش بیان ژن PIN2 در برنج ترانسژنیک نسبت به نوع وحشی موجب افزایش انتقال اکسین از شاخساره به ریشهها، کاهش ارتفاع گیاه، افزایش تعداد و زاویه پنجهها میشود. پیشنهاد میشود که ژن PIN2 در برنج یک مسیر تنظیمی وابسته به اکسین دارد که همراه با PIN1b و TAC1 ساختار شاخساره برنج را کنترل میکنند.
تغییر میزان بیان PIN2 درگیاهان ترانسفورم شده ژنتیکی میتواند مستقیما براي تغییر ساختار برنج استفاده شود PIN . - 2 - ها پروتئینهاي غشاي داخلی با توپولوژي1 مشابه پروتئینهاي ناقل هستند. OsPIN2 یک انتقالدهنده خارجی اکسین و یک عضو از خانواده PIN است . - 3 - پروتئین PIN2 - بازدارنده پروتئاز - ІІ به اعضاي خانواده بزرگ کمککننده پروتئینهاي ترابري شباهت دارد.
این ژن در غشاهاي سلولهاي اپیدرمی و کورتکس و منطقه رشد طولی ریشه جاي دارد. قرارگیري قطبی این پروتئینها و عملکرد آن در ریشهها اختصاصی است. از دست دادن عملکرد PIN2 ترابري از بالا به پایین اکسین را مختل میکند. جهشهاي PIN2 فنوتیپهاي رشد ریشه agravitropic را نشان میدهد. آرایش PIN2 نقش اساسی در انتقال اکسین به سمت ساقه از طریق لایههاي کناري مریستم ریشهاي دارد . - 4 - هدف از این مطالعه شناسایی اورتولوگهاي PIN2 در گونههاي گیاهی مختلف با احتمال عملکرد مشابه در گونههاي مورد نظر و تعیین روابط فیلوژنی آنها میباشد.
مواد و روشها
توالی پروتئینی ژن PIN2 مربوط به خانواده پروتئینهاي PIN بر اساس شباهت با ژن PIN2 در برنج در 17گونه گیاهان دولپه اي و تک لپه اي با استفاده از بلاست پروتئین از پایگاه اطلاعاتی - http: //www.ncbi.nlm.nih.gov - NCBI تهیه گردید. توالی هاي پروتئینی با شباهت 60 درصد انتخاب گردیده و با استفاده از Clustal W همردیفی توالیهاي مورد نظر و تشخیص نواحی حفاظت شده بین گونههاي مختلف انجام شد.
سپس، توالیهایی که داراي طول کوتاه بوده و یا همولوژي پایینی را از لحاظ موتیفی با سایر پروتئینها دارا بودند حذف گردید و مجددا همردیفی براي توالیهاي باقی مانده براي تعیین روابط تکاملی انجام گرفت. در نهایت به منظور رسم درخت فیلوژنی و بررسی روابط تکاملی مربوط به پروتئینهاي PIN2 بین گونههاي مورد نظر از نرم افزار MEGA6 با روش گروهبندي Neighbor-joining و آنالیز bootstrap با 1000 تکرار استفاده گردید.
نتایج و بحث
این پروتئینها داراي دومینهاي 2AEC محافظت شده در انتهاي N و C میباشند که این دومینها وظیفه شناسایی و انتقال هورمون اکسین از غشا را به عهده دارند. ناحیهي مرکزي این پروتئینها در گیاهان مختلف ناهمگن بوده و گروههاي آب گریز در این قسمت وجود دارد. گروههاي آب گریز در قسمت مرکزي این پروتئینها به منظور جايگیري صحیح این پروتئینها در غشاي فسفولیپیدي سلول میباشد - مرکز غشاي فسفولیپیدي سلول آب گریز میباشد و دو انتهاي غشا داراي قطبیت است .
- 5 - همردیفی 17 پروتئین PIN2 مستخرج از گیاهان گونههاي مختلف نشان داد که پروتئینهاي مورد مطالعه به 4 گروه تقسیم شدند - شکل. - 1 گروه 1 شامل صنوبر - Populus euphratica - از تیره بیدیان - Salicaceae - ، جاتروفا - Jatropha - curcas از تیره فرفیون - Euphorbiaceae - ، ماش - Vigna radiata - و سوژا - Glycine soja - از تیره حبوبات - Fabaceae - و پنبه - Gossypium raimondii - از تیره پنیرکیان - Malvaceae - میباشد که در این گروه پروتئینهاي PIN2 دو گیاه ماش و سوژا مربوط به خانوادهي حبوبات شباهت بسیاربالایی به هم دارند. این پروتئینها در سطح بعدي با پروتئین PIN2 پنبه شباهت بالایی دارند.
همچنین این پروتئین در صنوبر و جاتروفا شباهت نسبتا بالایی را نشان دادهاند. دومین گروه شامل کنجد - Sesamum indicum - ، توتون - Nicotiana tabacum - و گوجهفرنگی وحشی - Solanum pennellii - بوده که اعضاي خانواده سیبزمینیان - Solanaceae - میباشند که در این گروه پروتئین PIN2 مربوط به توتون و گوجهفرنگی وحشی شباهت بسیار بالایی دارند.
گروه سوم مربوط به خانواده کلم سانان - Brassicaceae - و شامل آرابیدوپسیس - Arabidopsis thaliana - ، کلم - Brassica oleracea - ، شلغم روغنی - Brassica rapa - و کلزا - Brassica napus - است. در این گروه پروتئین PIN2 مربوط به کلزا و شلغم روغنی شباهت بسیار زیادي با هم داشته و در سطح بعدي با آرابیدوپسیس و کلم شباهت بسیار بالایی مشاهده میشد.
نتایج فیلوژنی بدست آمده با همخانواده بودن گیاهان - Brassicaceae - مورد بررسی سازگار است و نشان میدهد که ژنهاي PIN2 در این گیاهان از یک ژن اجدادي مشترك بوجود امدهاند. درحقیقت آرابیدوپسیس و گونههاي براسیکاسه از لحاظ فیلوژنتیکی با هم خویشاوند هستند و دومینهاي مشابه بین ژنهاي ارتولوگ آنها وجود دارد . - 5 - گروه چهارم شامل آجیلوپس - Aegilops tauschii - ، جو - Hordeum vulgare - ، برنج - Oryza sativa - ، سورگوم - Sorghum bicolor - و ذرت - Zea mays - است که از تیره غلات - Poaceae - میباشند.
