توالی‌یابی de novo ترانسکریپتوم و آنالیز عملکردی ژن‌های با بیان متفاوت بذرهای بزرگ و کوچک گیاه توق خاردار (Xanthium strumarium L.) در دوره نمو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری علوم و تکنولوژی بذر دانشگاه محقق اردبیلی

2 گروه زراعت و اصلاح نباتات دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه محقق اردبیلی

3 پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی ایران

4 استاد/ گروه اگروتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران.

5 استاد/ گروه زراعت و اصلاح نباتات، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، ایران.

چکیده

گیاه توق خاردار (Xanthium strumarium L.) گیاهی هرز با ارزش دارویی بالا است که به دلیل وجود خواب عمیق فقط در یکی از دو بذر درون یک کپسول این گیاه، برای مطالعات خواب بذر بسیار مورد علاقه پژوهشگران است. با این وجود، نبود اطلاعات ژنومیک در این گیاه، سبب شده است که دانسته‌ها در مورد آن در سطح بسیار پایینی باشد. در این تحقیق، ترانسکریپتوم بذرهای کوچک و بزرگ این گیاه در طول دوره نمو با استفاده از پلتفرم Illumina، با هدف شناسایی و بررسی عملکردی رونوشت‌های با بیان متفاوت میان دو بذر، توالی‌یابی شد. توالی‌های شناسایی شده بین دو بذر با یکدیگر مقایسه شدند و رونوشت‌های با بیان متفاوت بین دو بذر مورد تفسیر عملکردی قرار گرفتند. در این پژوهش تعداد 191192 توالی ژن با میانگین طول 69/989 جفت‌باز شناسایی شد. آنالیزهای تشابه توالی و تفسیر عملکردی این توالی‌ها برعلیه پایگاه داده nr، آنالیز GO و KEGG انجام شد. ‌ژن‌های با بیان متفاوت، از نظر top hits، بیشترین تشابه را با آفتابگردان زراعی (41/83 درصد) داشتند. آنالیز GO سبب شناسایی 615 تفسیر عملکردی در 36 گروه شد. فراوان‌ترین GO یافت شده در دسته فرایند بیولوژیک، فرایندهای بیوسنتزی بود. نتایج این تحقیق فرایندهای بیوسنتزی و متابولیک بیشتر را در بذر بزرگ نسبت به بذر کوچک‌تر و نقش تنظیمی کلیدی رونویسی را در دوره نمو بذر نشان داد.

کلیدواژه‌ها


Arruda, P., E.L. Kemper, F. Papes, and A. Leite. 2000. Regulation of lysine catabolism in higher plants. Trends Plant Sci. 5 (8): 324-330. https://doi.org/10.1016/S1360-1385 (00)01688-5
Autran, D., C. Baroux, M.T. Raissig, T. Lenormand, M. Wittig, S. Grob, A. Steimer, M. Barann, U.C. Klostermeier, O. Leblanc, J.P. Vielle-Calzada, P. Rosenstiel, D. Grimanelli, and U. Grossniklaus. 2011. Maternal epigenetic pathways control parental contributionstons to Arabidopsis early embryogenesis. Cell. 145: 707-719. https://doi.org/10.1016/j.cell.2011.04.014
Belmonte, M.F., R.C. Kirkbride, S.L. Stone, J.M. Pelletier, A.Q. Bui, E.C. Yeung, M. Hashimoto, J. Fei, C.M. Harada, M.D. Munoz, B.H. Le, G.N. Drews, S.M. Brady, R.B. Goldberg, and J.J. Harada. 2013. Comprehensive developmental profiles of gene activity in regions and subregions of the Arabidopsis seed. PNAS. 110 (5): 435-444. https://doi.org/10.1073/pnas.1222061110
Bourdin, B., H. Adenier, and Y. Perrin. 2007. Carnitine is associated with fatty acid metabolism in plants. Plant Physiol. Biochem. 45: 926-931. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2007.09.009
Chen, H., F.W. Wang, Y.Y. Dong, N. Wang, Y.P. Sun, X.Y. Li, L. Liu, X.D. Fan, H.L. Yin, Y.Y. Jing, X.Y. Zhang, Y.L. Li, G. Chen, and H. Li. 2012. Sequence mining and transcript profiling to explore differentially expressed genes associated with lipid biosynthesis during soybean seed development. BMC Plant Biol. 12: 122. https://doi.org/10.1186/1471-2229-12-122
Curtin, S.J., F. Zhang, J. Sander, W.J. Haun, C. Starker, N.J. Baltes, D. Reyon, E.J. Dahiborg, M.J. Goodwin, A.P. Coffman, D. Dobbs, J.K. Joung, D.F. Voytas, and R.M. Stupar. 2011. Targeted mutagenesis of duplicated genes in soybean with zinc-finger nucleases. Plant Physiol. 2(156): 466-473.
Gehrig, H., V. Heute, and M. Kluge. 2001. New partial sequences of phosphoenolpyruvate carboxylase as molecular phylogenetic markers. Mol. Phylogenet. Evol. 20 (2): 262-274. https://doi.org/10.1006/mpev.2001.0973
Grabherr, M.G., B.J. Haas, M. Yassour, J.Z. Levin, D.A. Thompson, I. Amit, X. Adiconis, L. Fan, R. Raychowdhury, Q. Zeng, Z. Chen, E. Mauceli, N. Hacohen, A. Gnirke, N. Rhind, F. di Palma, B.W. Birren, C. Nusbaum, K. Lindblad-Toh, N. Friedman, and A. Regev. 2011. Full-length transcriptome assembly from RNA-Seq data without a reference genome. Nat. Biotech. 29 (7): 644-652. https://doi.org/10.1038/nbt.1883
Izui, K., H. Matsumura, T. Furumoto, and Y. Kai. 2004. PHOSPHOENOLPYRUVATE CARBOXYLASE: A new era of structural biology. Annu. Rev. Plant Biol. 55: 69-84. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.55.031903.141619
Kanehisa, M., Y. Sato, M. Kawashima, M. Furumichi, and M. Tanabe. 2015. KEGG as a reference resource for gene and protein annotation. Nucleic Acids Res. 44: 457-462. https://doi.org/10.1093/nar/gkv1070
Le, B., A. Javier, A. Wagmaister, T. Kavashima, and A. Bui. 2007. Using Genomics to Study Legume Seed Development. Plant Physiol. 144: 562-574. https://doi.org/10.1104/pp.107.100362
Levesque-Tremblay, G., K. Müller, S.D. Mansfield, and G.W. Haughn. 2015. HIGHLY METHYL ESTERIFIED SEEDS is a pectin methyl esterase involved in embryo development. Plant Physiol. 167: 725-737.
Li, B., and C.N. Dewey. 2011. RSEM : accurate transcript quantification from RNA-Seq data with or without a reference genome. BMC Bioinformatics. 12: 323. https://doi.org/10.1186/1471-2105-12-323
Ponnu, J., V. Wahl, and M. Schmid. 2011. Trehalose-6-phosphate: connecting plant metabolism and development. Front. Plant Sci. 2: 70. https://doi.org/10.3389/fpls.2011.00070
Robinson, M.D., D.J. Mccarthy, and G.K. Smyth. 2010. edgeR : a Bioconductor package for differential expression analysis of digital gene expression data. Bioinformatics. 26 (1): 139-140. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp616
Severin, A.J., J.L. Woody, Y.T. Bolon, B. Joseph, B.W. Diers, A.D. Farmer, G.J. Muehlbauer, R.T. Nelson, D. Grant, J.E. Specht, M.A. Graham, S.B. Cannon, G.D. May, C.P. Vance, R.C. Shomaker. 2010. RNA-Seq Atlas of Glycine max: a guide to the soybean transcriptome. BMC Plant Biol. 10: 160. https://doi.org/10.1186/1471-2229-10-160
Timm, S., M. Wittmi, S. Gamlien, R. Ewald, A. Florian, M. Frank, M. Wirtz, R. Hell, A.R. Ferinie, and H. Bauwea. 2015. Mitochondrial dihydrolipoyl dehydrogenase activity shapes photosynthesis and photorespiration of Arabidopsis thaliana. Plant Cell. https://doi.org/10.1105/tpc.15.00105
Troncoso-Ponce, M.A., A. Kilaru, X. Cao, T.P. Durrett, J. Fan, J.K. Jensen, … and J.B. Ohlrogge. 2011. Comparative deep transcriptional profiling of four developing oilseeds. Plant J. 68: 1014-1027. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2011.04751.x
Tzin, V., and G. Gad. 2010. New insights into the shikimate and aromatic amino acids biosynthesis pathways in plants. Mol. Plant. 3(6): 956-972. https://doi.org/10.1093/mp/ssq048
Vidal, J., and R. Chollet. 1997. Regulatory phosphorylation of C4 PEP carboxylase. Trends Plant Sci. 2(6): 230-237. https://doi.org/10.1016/S1360-1385 (97)01046-7
Vogt, T. 2010. Phenylpropanoid biosynthesis. Mol Plant. 3(1): 2-20. https://doi.org/10.1093/mp/ssp106.