بخشی از مقاله
چکیده
برنج یکی از مهم ترین غلات کاشته شده در یک سوم کل مناطق داراي غله در جهان است که فراهم کننده غذاي اصلی افراد می باشد. تنش خشکی بعنوان علت اصلی بی ثباتی عملکرد برنج در مناطق گوناگون رشد این محصول در آسیا ذکر شده است و توسعه لاین هاي مقاوم به خشکی برنج بوسیله اصلاح این گیاه معمول ترین روش استفاده شده در نبرد با مشکل کاهش عملکرد ایجاد شده بوسیله تنش خشکی می باشد. به هر حال اصلاح براي تحمل به خشکی در برنج براي چنین صفت پیچیده اي بخاطر فقدان اطلاعات مولکولی و ژنتیکی دقیق و کامل از ژن هاي همراهی کننده و تنظیمات آنهانسبتاً کند است. ژنومیکس کارکردي گذرگاه جدیدي را براي تحقیق و استفاده از منابع ژنومی به کار گرفته شده در این تنش فراهم آورده است.
کتابخانه برنج با شماره - # 9DK - در شاخص ژنی سایت هاروارد ثبت شده است. مواد گیاهی اي که براي ایجاد کتابخانه cDNA و به دنبال آن ساخت EST ها مورد استفاده قرار گرفت عبارتست از گیاه برنجی که تحت تنش خشکی قرار گرفته بود. این کتابخانه شامل 5504 توالی ESTپیش پردازش شده می باشد که همه توالیهاي EST با استفاده از نرم افزار EGassembler همگذاري شدند. بعد از هم گذاري EST5504 در کل 740 کانتیگ و 2288 سینگلتن در کتابخانه تحت تنش برنج با استفاده از نرم افزار EGassembler تشکیل شد.
سپس همه کانتیگها به وسیله جستجوگر بلاست X توسط نرم افزارCLC protein workbench در مقابل پروتئینهاي غیر تکراري بانک ژن آنالیز شدند. براي طبقه بندي گروههاي کارکردي، ابزار طبقه بندي کارکردي و مقایسهاي mapman1 موسسه ماکس پلانک2 به صورت آنلاین استفاده شد. خروجیهاي mapman براي توصیف کاتالوگهاي کتابخانهکه میتواند گروههاي کارکردي را کشف کند مورد استفاده قرار گرفت.
در این مطالعه رونوشت هاي مرتبط با سنتز دیواره سلولی و متابولیسم اسید آمینه بیشترین فراوانی را در برنج تحت تنش داشت و ژن هاي داراي بیان افزایشی در این کتابخانه به همراه نحوه عملکرد آنها آورده شد. این ژنها کاندیداي بسیار خوبی براي انتقال ژن به منظور افزایش تحمل تنش خشکی هستند و نقش کلیدي را در تمامی جنبههاي بیوتکنولوژي از قبیل انتقال ژن، انتخاب درون شیشه، کشت بافت و نیز در تمامی روشهاي اصلاحی جهت دستیابی به واریتههاي متحمل در شرایط کمآبی و تمامی هزینههاي دربرگیرنده آنها ایفا میکند.
مقدمه
برنج یکی از مهم ترین غلات کاشته شده در یک سوم کل مناطق داراي غله در جهان است که فراهم کننده غذاي اصلی افراد و %60-35 کالري مصرف شده بوسیله بیشتر از 2.7 بیلیون نفر می باشد. حدود 80 درصد از برنج جهان تحت شرایط آبی - - %55 و اراضی پست آبیاري شده - %25 - کاشته می شود که هر دو این اراضی به منبع آب تازه بستگی دارد. محدودیت دسترسی آب بخاطر کافی نبودن و بارش نامنظم، حدود %15 کاهش در تولید برنج در بعضی سال ها را به دنبال دارد.
تنش خشکی بعنوان علت اصلی بی ثباتی عملکرد برنج در مناطق گوناگون رشد این محصول در آسیا ذکر شده است و توسعه لاین هاي مقاوم به خشکی برنج بوسیله اصلاح این گیاه معمول ترین روش استفاده شده در نبرد با مشکل کاهش عملکرد ایجاد شده بوسیله تنش خشکی می باشد. به هر حال اصلاح براي تحمل به خشکی در برنج براي چنین صفت پیچیده اي بخاطر فقدان اطلاعات مولکولی و ژنتیکی دقیق و کامل از ژن هاي همراهی کننده و تنظیمات آنهانسبتاً کند است. ژنومیکس کارکردي گذرگاه جدیدي را براي تحقیق و استفاده از منابع ژنومی به کار گرفته شده در این تنش فراهم آورده است.
قدم اصلی بسمت فهم اساس ژنتیک مولکولی تحمل خشکی در برنج، شناسایی ژن هاي کلیدي و عملکرد آنها است که نیازمند بررسی دقیق منابع ژنتیکی این گیاه می باشد. همچنین با تکمیل پروژه توالی یابی برنج، این گیاه بعنوان یک سیستم مدل براي فهم اساس صفات پیچیده مانند عملکرد، قدرت هیبرید، مقاومت به آفات و تحمل به تنش هاي غیر زیستی انتخاب شد. برنج به عنوان ابزار قدرتمندي براي آنالیز مقایسه اي ژنوم سایر غلات بخاطراندازه ژنوم کوچکش - Mbp430-400 - ، نقشه ژنتیکی با وضوح زیاد و ارتباطات سینتنیک مطلوب ایجاد شده با دیگر گونه هاي غلات زراعی مهم به کار می رود. بنابراین فهم دقیق اساس ژنتیک مولکولی این گیاه کمک بسیار مهمی نیز به فهم منابع ژنتیکی سایرغلات نیز خواهد کرد.
با پیدایش تکنولوژي هاي ژنومی با توان عملیاتی بالا مقدار زیادي از اطلاعات توالی برنج در پایگاه داده هاي مختلف DNA - مانند ژن بانک، EMBL، - DDBJ قرار داه شد . سهم عمده این اطلاعات متعلق به EST هاي - توالی هاي بیان شده رمزیابی شده - ایجاد شده از طریق پروژه هاي توالی یابی بزرگ مقیاس کتابخانه هاي cDNA می باشد. منابع EST بطور گسترده براي آنالیز تغییرات در بیان ژن هاي کنترل کننده فرایند هاي فیزیولوژیکی ازقبیل پاسخ به تنش هاي زیستی و غیر زیستی به کار می رود. بررسی جنبه هاي ژنتیک مولکولی این گیاه به همراه اصلاح آن امکان پاسخ مناسب و سازگاري با این تنش را براي این گیاه فراهم می آورد.
مواد و روش ها
کتابخانه برنج با شماره - # 9DK - در شاخص ژنی سایت هاروارد ثبت شده است مواد گیاهی اي که براي ایجاد کتابخانه cDNA و به دنبال آن ساخت EST ها مورد استفاده قرار گرفت عبارتست از گیاه برنجی که تحت تنش خشکی قرار گرفته بود. این کتابخانه شامل 5504 توالی ESTپیش پردازش شده می باشد که توسط دانشگاه حیدرآباد1 تهیه شده دانلود گردید. اطلاعات اولیه کتابخانه برنج با EST 5504 مورد آنالیز قرار گرفت. اطلاعات از بانک اطلاعاتی دانشگاه هاروارد2 جمعآوري شدند و توالیهاي EST در فرمت FASTA بود.
بیان ژن آرابیدوپسیس TAIR2
همه توالیهاي EST با استفاده از نرم افزار EGassembler همگذاري شدند. سپس همه کانتیگها به وسیله جستجوگر بلاست X توسط نرم افزارCLC protein workbench در مقابل پروتئینهاي غیر تکراري بانک ژن آنالیز شدند. - رومالدي و همکاران،. - 2003
آنالیز کارکردي
براي تعیین همردیفی و ادغام توالی هاي رونوشت ژن - EST - ، نرم افزارEGassembler مورد استفاده قرار گرفت. این روش براي همگذاري توالیهاي EST با ضریب درصد همپوشانیN≥95 1 و حذف دیگر گزینهها از قبیل فرایندهاي پوشاندن اندامکها و روشن سازي توالی، پوشاندن تکرارها و پوشاندن ناقلها استفاده شد. نرم افزارEGassembler یکسري EST را در فرمت FASTA میپذیرد. توالیهاي مربوط به فایلهاي کانتیگ و سینگلتون کتابخانه برنج به وسیله نرم افزار CLC protein workbenchو برنامه - Evalue≤1*10-5 - BLASTX در برابر پایگاه اطلاعاتی آرابیدوپسیس که از منبع اطلاعاتی دانلود شد مورد آنالیز قرار گرفت. براي طبقه بندي گروههاي کارکردي، ابزار طبقه بندي کارکردي و مقایسهاي mapman3 موسسه ماکس پلانک4 به صورت آنلاین استفاده شد. خروجیهاي mapman براي توصیف کاتالوگهاي کتابخانهکه میتواند گروههاي کارکردي را کشف کند مورد استفاده قرار گرفت.
نتیجه گیري و بحث
بعد از هم گذاري EST5504 در کل 740 کانتیگ و 2288 سینگلتن در کتابخانه تحت تنش برنج با استفاده از نرم افزار EGassembler تشکیل شد. نتایج این آنالیز در جدول 1 آمده است.
جدول:1 تعداد EST هاي موجود در کتابخانه برنج و تعداد کانتیگ و سینگلتنهاي آن بر اساس خروجی نرم افزار EGassembler با استفاده از نرم افزار CLCBio، بلاست موضعی - بلاست در برابر بانک اطلاعاتی آرابیدوپسیس - کانتیگها و سینگلتنها انجام شد و تبدیل رمزهاي ژنتیکی کانتیگها و سینگلتنها به رمزهاي ژنتیکی گیاه آرابیدوپسیس صورت گرفت. گروههاي کارکردي کتابخانه برنج توسط نرم افزار mapman به 34 دسته طبقه بندي شد که از بین آنها 5 گروه کارکردي سهم زیادي از توالی هاي EST را به خود اختصاص دادند.
