بخشی از مقاله
چکیده
شوری خاک عامل مهمی برای تولید محصولات کشاورزی در جهان میباشد. هدف از این تحقیق، شناسایی ژنهای متفاوت بیان شده و بررسی Gene ontology آنها در گیاه مدل آرابیدوبسیس تالیانا تحت استرس شوری در بازههای زمانی مختلف و با شماره دسترسی GSE7642 توسط نرمافزار CLC Genomic میباشد. با درنظر گرفتن Fold change>2 or <-2 و pValue<0.01 در مجموع 30 ژن به عنوان ژنهای کلیدی معرفی شدند. در بررسی مربوط به Gene ontology، اکثر ژنها در پاسخ به سرما، پاسخ به شوری، اتصال به پروتئین و فعالیت فاکتور رونویسی درگیر بودند.
مقدمه
شوری خاک عامل مهمی برای تولید محصوﻻت کشاورزی در جهان میباشد . - SHARGHI et al. 2015 - کشور ایران با دارا بودن 6,8 میلیون هکتار اراضی شور در صدر کشورهای در معرض تهدید از نظر تنش شوری بعد از هند و پاکستان قرار دارد 20% . - Moameni 2011 - از زمینهای کشت شده در جهان و %33 از زمینهای آبیاری شده تحت تأثیر شوری قرار گرفته و تخریب شدهاند
شایعترین نمکها در محلول آب و خاک متشکل از Na+, K+, Mg2+, Ca 2+, Cl -, So 2- و کربنات در فرم بیکربنات میباشد El-Swaify - .2000 - نمک رشد گیاهان را به دلیل افزایش فشار اسمزی خاک و دخالت در تغذیه آنها تحت تآثیر قرار میدهد. افزایش غلظت نمک در خاک، توانایی گیاهان برای دسترسی به آب را کاهش میدهد . - Munns et al. 2002 - همچنین فتوسنتز در گیاهان را با از دسترس خارج کردن کربن دی اکسید دچار مشکل میکند
گیاه آرابیدوبسیس تالیانا، گیاه یک ساله بوده و به دلیل داشتن ژن SOS3 یک گیاه مقاوم به شوری تلقی میشود. طبق آزمایش انجام شده، افزایش در بیان ژن SOS3 با قراردادن در معرض پروموتور بیانی CaMV35S، میزان تحمل به شوری را در این گیاه دوچندان کرد - SHARGHI .et al. 2015 - در آزمایش دیگر، تحمل به شوری در 4 نمونه از گیاه آرابیدوبسیس تالیانا - COL - Columbia - , NOK2, N1438 and N1380 - ، در طول جوانهزنی با بررسی ظرفیت بذرها برای جوانهزنی و فعالیت آنزیم فسفاتاز در حضور 50mM NaCl انجام شد.
نتایج نشان داد که شرایط شوری، درصد جوانهزنی، سرعت جوانهزنی و در نهایت فرآیند جوانهزنی در 3 نمونه NOK2, N1438 and N1380 را به تأخیر انداخت. همچنین فعالیت آنزیم فسفاتاز در این نمونهها کاهش یافت. در مقابل در نمونه COL - Columbia - میزان فعالیت آنزیم فسفاتاز افزایش و در نهایت میزان جوانهزنی 100درصد افزایش یافت.
این نتایج نشان داد که تغییر در فعالیت آنزیمهایی چون فسفاتاز ممکن است نقش مهمی در سازگاری بذرها به تغییرات شرایط محیطی داشته باشد . - Nasri et al. 2016 - بنابراین شناسایی ژنهای درگیر در تحمل به شوری در گیاه مدل مثل آرادبیدوپسیس میتواند فهم ما را در تحمل به شوری سایر نباتات زراعی بیشتر نماید و حتی با بررسی بیان ژنهای متفاوت بیان شونده در این گیاه و مقایسه آن در گونههای حساس و متحمل به نمک در سایر گیاهان زراعی میتوان به مکانیسم تحمل به نمک پیبرد.
مواد و روشها
در این بررسی، شناسایی ژنهای متفاوت بیان شده در ریشههای گیاه آرابیدوبسیس تالیانا با تیمار 140mM NaCl در بازههای زمانی مختلف - به ازای هر زمان دو تکرار - و با شماره دسترسی GSE7642 توسط نرمافزار CLC genomic انجام شد. در ابتدا فایل ماتریکس دادهها از سایت www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/ برداشته و همراه با فایل annotation دادهها - دانلود از سایت - Affymetrix به نرمافزار CLC وارد گردید. سپس روی دادهها t-test انجام شد و در نهایت با درنظر گرفتن Fold change>2 و pvalue<0.01 ژنهای افزایش بیان یافته و ژنهای کاهش یافته با درنظر گرفتن Fold change<-2 و pvalue<0.01 شناسایی شدند. پس از شناسایی ژنهای متفاوت بیان شده، لیست ژنها به سایت https://plantgrn.noble.org/GPLEXUS/GSEA.jsp# جهت آنالیز Gene ontology فرستاده شد. بررسی Gene ontology در سه بخش مختلف فرآیند بیولوژیکی، اجزای سلولی و عملکرد مولکولی صورت گرفت.
نتایج و بحث
در این تحقیق، 46 ژن افزایش بیان یافته با در نظر گرفتن Fold change>2 و pvalue<0.01 و 213 ژن کاهش بیان یافته با درنظر گرفتن Fold change<-2 و pvalue<0.01 شناسایی شدند. در بررسی مربوط به Gene ntology ژنهای متفاوت بیان شده، با احتساب سه بخش مختلف، ژنهای افزایش بیان یافته در مواردی چون: پاسخ به سرما، پاسخ به شوری هیپراسمزی، پاسخ به استرس اسمزی، پاسخ به تحریک جیبرلین، پاسخ به گرما، اتصال به پروتئین، پاسخ به تحریک آبسیزیک اسید، پاسخ به آب، فرآیند متابولیکی، اتصال به فسفولیپید، پاسخ به ویروس، فعالیت فاکتور رونویسی، غشا پلاسمایی، پاسخ به نور قرمز، فرآیند اصلاح پروتئین، پاسخ دفاعی به قارچها، پاسخ به زخم، فعالیت لیپاز و اتصال به روی و ژنهای کاهش بیان یافته در اتصال به RNA، اتصال به روی، فعالیت کاتالیتیکی، اتصال به DNA، دیواره سلولی، آپوپلاست، فرآیند متابولیکی لیپید، فعالیت فاکتور رونویسی، فرآیند متابولیکی، اتصال به پروتئین، سیتوپلاسم، فرآیند متابولیکی گلیسرول، اتصال به اکسیژن، پاسخ به استرس اکسیداتیو، فرآیند بیوسنتزی سلولاز، پاسخ به تحریک اسید جاسمونیک، اتصال به GTP، تنظیم رونویسی، اتصال به ATP، فرآیند انتقال، پاسخ دفاعی به قارچها، پاسخ به تحریک جیبرلین، پاسخ به استرس شوری، پاسخ به محرکات نوری، پاسخ به آرسنیک، اصلاحات پس از ترجمه پروتئین، سیتوزول، اتصال به یون کلسیم، فعالیت کینازی، پاسخ به UV، توسعه میوه، ترجمه و فسفوریلاسیون پروتئینها نقش داشتند.
از میان موارد ذکر شده، اکثر ژن-های افزایش بیان یافته در پاسخ به سرما، اتصال به پروتئین، اتصال به روی، فعالیت فاکتور رونویسی و فرآیند متابولیکی و اکثر ژنهای کاهش بیان یافته در اتصال به روی، اتصال به RNA، اتصال به DNA، پاسخ به استرس اکسیداتیو، فرآنید متابولیکی، فعالیت فاکتور رونویسی، اتصال به GTP، پاسخ دفاعی، پاسخ به استرس شوری، فعالیت کینازی و ترجمه دخیل بودند. همچنین از میان ژنهای متفاوت بیان شده، 15 ژن افزایش بیان یافته و 15 ژن کاهش یافته با دخالت در بیش از 4 مورد ذکر شده در بررسی Gene ontology، به عنوان مهمترین ژنها با اسامی:
AT4G01340, BAP1, STY2, AT4G22820, AT1G57550, UGT76C2, AT5G03490, AT5G52050, AT3G57600, ATHB-12, AT5G25450, AT3G47960, BT4, HSP70, LTI30, AT1G34545, BGLU36, AT3G46400, MAPKKK19, AT2G40730, FLA2, CA2, AT1G72140, AT3G05150, UGT84A1, AT5G08030, ARAB-1, AT4G27640, AT3G23510 AT3G23530, AT2G47550 شناسایی شدند.
از موارد مشابه در بررسی Gene ontology هر دو مجموعه ژنی، میتوان به مواردی چون پاسخ به تنش شوری - شکل - https://www.ebi.ac.uk/QuickGO/term/GO:0042538 - - 1 ، فرآیند متابولیکی، فعالیت فاکتور رونویسی، اتصال به روی، پاسخ به محرکها و اتصال به پروتئین اشاره کرد.
شکل-1 پاسخ به شوری و ارتباط آن با فرآیند بیولوژیکی - یکی از بخشهای - Gene ontology
نتیجهگیری کلی
از میان ژنهای شناسایی شده، ژنهای AT1G57550, BGLU36, ATGSTF13, TBL28 به عنوان ژنهای درگیر در شوری معرفی شدند و تأیید دخالت آنها در شوری با بررسی Gene ontology صورت گرفت.
