نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجو گروه زراعت و اصلاح نباتات، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج
2 استاد گروه زراعت و اصلاح نباتات، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران
3 استادیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج، ایران
4 استادیار پژوهشکده کشاورزی هسته ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای، سازمان انرژی اتمی ایران، کرج
چکیده
کلیدواژهها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
MicroRNAs (miRNAs) are a class of short and endogenously initiated non-coding RNAs that post-transcriptionally control gene expression via either translational repression or mRNA degradation. Mature miRNAs are reported to be highly conserved throughout the plant kingdom; therefore, comparative genomics approaches are used to predict the novel miRNA genes and their target genes. In this study, bioinformatics and laboratory approaches followed by the EST and miRNA sequences in the databases for chicory species were employed for the identification of potential miRNAs and their potential targets either in Cichorium intybus or Cichorium endivia. To identify the potential miRNAs in the C. intybus and C. endivia, all the publicly available EST sequences of the plant were blasted against the previously known Plant miRNAs. Ultimately, four novel miRNAs belonging to four different families of miR166, miR156, miR162 and miR393 were identified. Also, a large number of genes, such as TIR1, Squamusa promoter binding proteins genes were identified as target genes of these miRNAs. Furthermore, the results of Real Time PCR showed that the transcriptional activities of miR156 in the leaf tissue of C. endivia are extremely high, not only than those observed for flower tissue of the same species, but also as compared with the leaf and flower tissues of the another species of C. intybus.
کلیدواژهها [English]
مقدمه
کاسنی گیاهی دارویی با نام علمی Cichorium intybus به معنی کاسنی وحشی است. نوع دیگر آن، کاسنی اهلی به نام آندیو (Cichorium endivia) یا کاسنی فرنگی است که بهعنوان سالاد مصرف میشود (Chakraborty et al., 2016). اکثر قسمتهای این گیاه دارای مقادیر زیادی ترکیبات شیمیایی دارویی مهم از جمله اینولین، آلکالوئیدها، سسکوئیترپنلاکتونها، کومارینها، ویتامینها، رنگدانههای کلروفیلی، استرولهای غیر اشباع، فلاوونوئیدها، ساپونینها و تانینهاست (Srivastava et al., 2017).
سنتز متابولیتهای گیاهی و بهطورکلی تمام فرآیندهای سلولی، تحت کنترل سیستم ژنتیکی است که از جمله این روشها میتوان به کنترل بیان ژن توسط miRNAها اشاره کرد. miRNAها گروهی از RNAهای غیر کد کننده کوچک هستند که سبب کنترل بیان ژن پس از رونویسی از طریق سرکوب یا تخریب mRNA ژنهای هدفشان میشوند (Reinhart et al, 2002). پس از کشف وجود miRNAها در آرابیدوپسیس و اینکه این نوع RNAهای غیر کد کننده ممکن است ناشی از تکامل یوکاریوتها باشند، تعداد miRNAهای شناسایی شده از طریق روشهای آزمایشگاهی و مقایسهای بهصورت فزایندهای در جانوران، گیاهان و حتی ویروسها افزایش یافت (Mallory et al., 2006). روشهای مقایسهای ژنومیکی بر پایه حفاظت توالی، جهت شناسایی miRNA جدید استفاده میشوند و روشهای بر پایه همولوژی، به شناسایی خانوادههای miRNA، بدون داشتن توالیهای ژنومی کمک میکنند. زمانی که توالیهای ژنومی در دسترس نباشد، میتوان ESTها و GSSها را جهت شناسایی miRNAها به کار برد. ESTها توالیهای cDNA جزئی از ژنهای بیان شدهای هستند که درون یک پلاسمید کلون شدهاند (Zhang et al., 2005).
به همین منظور، این تحقیق با هدف شناسایی miRNAها و ژنهای هدف آنها در دو گونه کاسنی شامل C. intybus و C. endivia صورت گرفت. با انجام این کار، میتوان به نقش تنظیمی احتمالی miRNAها در تنظیم بیان ژنهای مسیرهای مختلف بیوسنتزی متابولیتهامتابولیتهای اولیه و ثانویه پی برد. در ادامه، به نقش سینرژیستی یا انتاگونیستی آنها با ژنهای هدف پی برده خواهد شد که این امر خود میتواند در مهندسی مسیر بیوسنتزی انواع متابولیتها و ترکیبات زیستی درون گیاهی کمک نماید.
توالیهای miRNA و EST
تعداد 28645 توالی miRNA بالغ شناخته شده در تمام گونهها، بهعنوان miRNAهای مرجع (reference) جهت پیشگویی miRNAهای حفاظت شده در دو گونه گیاهی کاسنی شامل C. intybus و C. endivia از بانک اطلاعاتی miRbase (http://www.mirbase.org) فروگذاری شد. تعداد 84144 توالی EST مربوط به این دو گونه نیز از بخش EST بانک اطلاعاتی NCBI (http:// ftp.ncbi.nlm.nih.gov) با فرمت FASTA فروگذاری شد (Xie et al., 2007). نمونههای تکراری با استفاده از نرمافزار Excel 2013 و مرتب کردن آنها (sort) و سپس حذف توالیهایی که بیش از یک بار تکرار شده بودند، حذف شدند.
جستجوی همولوژی
جهت جستجوی همولوژی بین miRNAها و ESTهای این دو گونه، از الگوریتم BLASTn (BLAST2.2.21) در بانک اطلاعاتی NCBI (ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/) استفاده شد. پارامترهایی که جهت به دست آوردن توالیهای کاندیدا miRNA در نظر گرفته شد، شامل میزان e-value ≤ 001/0 حداکثر عدم جفت شدگی بین miRNA و EST = چهار بود (Xie et al., 2007).
miRNAها توالیهای کدکننده پروتئینی نیستند؛ بنابراین توالیهای کاندیدا miRNA که پروتئین کد میکنند، باید حذف شوند. برای این منظور، از الگوریتم BLASTx در بانک اطلاعاتی NCBI (http:// www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST) استفاده شد. در این مرحله، توالیهای EST که بهعنوان کاندیداهای miRNA غربال شده بودند، در برابر تمام توالیهای کد کننده پروتئینی (Non-redundant protein sequences (nr)) Blastx شدند (Zhou et al., 2008).
پیشبینی ساختار ثانویه pre-miRNAهایی با ساختار مناسب برای تبدیل شدن به miRNA، با استفاده از سرور MFOLD انجام شد (http://www.bioinfo.rpi.edu/applications/mfold/old/rna/) انجام شد (Pérez-Quintero et al., 2012) و پارامترهای پیشفرض این سرور برای این مرحله مورد استفاده قرار گرفت. سپس توالیهایی که ساختار ثانویهای با شرایط زیر داشتند بهعنوان کاندیدا miRNA در نظر گرفته شدند:
حداکثر تعداد بازهای جفت نشده بین توالی miRNA و توالی پیشساز آن بیشتر از چهار نوکلئوتید نباشد؛ داشتن MFEI منفی بالاتر از انواع دیگر RNA؛ داشتن حداقل انرژی آزاد folding پیشساز miRNA؛ عدم وجود حلقه یا شکاف بزرگ در توالی miRNA بالغ و در نهایت اینکه توالی miRNA بالغ باید روی حلقه پیشساز قرار گیرد (Zhang et al., 2006).
RNAهای کوچک (sRNAها) بهصورت طبیعی در بین موجودات مختلف حفاظت شده هستند؛ از این رو میتوان ارتولوگهای آنها را از طریق آنالیزهای بیوانفورماتیکی کشف کرد. miRNAهای کاندید حاصل از مراحل قبل، جهت بررسی روابط تکاملی آنها در برنامه MEGA7 بر اساس فاصله ژنتیکی مورد آنالیز قرار گرفتند و درخت فیلوژنتیکی آنها ترسیم شد (Devi et al., 2016).
تعیین ژنهای هدف miRNAهای پیشگویی شده
جهت تعیین ژنهایی که رونوشت آنها، هدف miRNAهای پیشگویی شده قرار میگیرد، از وب سایت psRNATarget (Plant Small RNA Target Analysis Server.2017) استفاده شد. در این مرحله، miRNAهای پیشگویی شده بهعنوان query در برابر ترانسکریپتوم AGI و TAIR استفاده شدند (Devi et al., 2016). پارامترهای این مرحله بهصورت پیش فرض و توسط سرور اعمال شد که شامل حداکثر e-value برابر سه، تعداد جایگاههای هدف برابر دو، دامنهی عدم جفت شدگی مرکزی برای مهار رونویسی بین نه تا 11، حداکثر عدم جفت شدگی در جایگاه جفت شدن بزرگتر یا مساوی چهار و نداشتن هیچگونه gap میباشند (Devi et al., 2016).
استخراج RNA با کیت استخراج بایوزول و مطابق با دستورالعمل شرکت سازنده انجام گرفت. جهت سنتز cDNA از سه نوع پرایمر شامل stem-loop RT، forward و reverse بر اساس توالی بالغ هر miRNA گزارش شده در سایت miRbase استفاده شد. پرایمرهای stem-loop RT و forward بهصورت اختصاصی و پرایمر reverse بهصورت عمومی برای تمامی miRNAها طراحی شدند و طراحی پرایمر با استفاده از الگوریتم Primer-3 و Primer Quest صورت گرفت (Din et al., 2012). برای هر واکنش PCR حدود 8/0 میکرولیتر از پرایمرهای forward و reverse، 5/7 میکرولیتر مسترمیکس PCR و سه میکرولیتر cDNA اضافه شد. حجم نهایی واکنش، با آب مقطر به 15 میکرولیتر رسانده شد و سپس واکنش با استفاده از دستورالعمل (Varkonyi-Gasic et al., 2007) انجام شد. جهت تعیین تمایز بیان miRNAها بین اندامهای مختلف، از واکنشهای Real Time PCR استفاده شد؛ برای این منظور، از cDNAهای مربوط به دو اندام برگ و گل هر دو گونه استفاده شد. این مرحله با استفاده از کیت شرکت Solis BioDyne که از رنگ فلئورسنت Eva Green استفاده میکند انجام شد. شرایط دمایی و زمانی چرخههای حرارتی و غلظت مواد، طبق دستورالعمل (Varkonyi-Gasic et al., 2007) اعمال شد. از آنجا که ژن رفرنس برای این miRNAها وجود نداشت، یکی از بافتها بهعنوان کنترل در نظر گرفته شد و بافت دیگر با آن مقایسه شد. تجزیه و تحلیل دادهها با استفاده ا نرمافزارهای Rest و Excel 2013 انجام شد.
نتایج و بحث
طبیعت حفاظت شدگی در بین miRNAهای بالغ، شناسایی آنها را در گونههایی که توالی ژنومی آنها به طور کامل مشخص نیست به مقدار زیادی تسهیل میکند (Devi et al., 2016). در این مطالعه، روشهای مقایسهای جهت شناسایی miRNAهای حفاظت شده دو گونه کاسنی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که در بین توالیهای EST گونه C. intybus، سیزده توالی با شش توالی miRNA و از توالیهای EST گونه C. endivia نیز یازده توالی با چهار miRNA دارای همولوژی هستند. نتایج این مرحله در جدول 1 و 2 شان داده شده است. پس از فیلتر کردن توالیهای جانوری و دادههای تکراری، جهت حذف توالیهای کد کننده پروتئینی Blastx در برابر تمام توالیهای پروتئینی NCBI صورت گرفت (Devi et al., 2016). در مطالعهای که به منظور آنالیز شبکههای تنظیم بیان ژن از طریق miRNA در گیاه C. intybus صورت گرفت، miRNA 91 کاندیدا متعلق به 57 خانواده miRNA پیشگویی شد (Srivastava et al., 2017). پس از حذف دادههای با خطای مثبت و منفی بالا، در نهایت 28 خانواده miRNA باقی ماند. در این مطالعه، در مجموع پنج miRNA کاندیدا در گونه C. intybus (ath-miR393b-3p، bdi-miR162، bna-miR156a، gma-miR166h-3p و bdi-miR166e-3p) و دو miRNA کاندیدا در گونه C. endivia (ath-miR162a-5p و cme-miR156j) به دست آمد که همولوژی بالایی با miRNAهای گیاهان عالی داشتند (Devi et al., 2016).
جدول1- نتایج جستجوی همولوژی بین ESTهای گونه C. intybus در برابر miRNAهای بالغ سایر جانداران
Table 1. Identification of homology search of C. intybus C. EST against other organism miRNAs
miRNA |
EST |
Identity |
AliLength |
mismatch |
q-start |
q-end |
s-start |
s-end |
e-value |
ath-miR393b-3p |
EH705516.1 |
100 |
19 |
0 |
1 |
19 |
133 |
151 |
2.00E-07 |
ath-miR393b-3p |
EH708787.1 |
100 |
19 |
0 |
1 |
19 |
165 |
183 |
2.00E-07 |
ath-miR5021 |
EH690608.1 |
100 |
18 |
0 |
3 |
20 |
1 |
18 |
7.00E-07 |
bdi-miR162 |
EH697729.1 |
100 |
19 |
0 |
1 |
19 |
200 |
218 |
2.00E-07 |
bdi-miR162 |
EH705786.1 |
100 |
19 |
0 |
1 |
19 |
200 |
218 |
2.00E-07 |
bdi-miR162 |
EH705869.1 |
100 |
19 |
0 |
1 |
19 |
200 |
218 |
2.00E-07 |
bdi-miR166e-3p |
EH673915.1 |
100 |
20 |
0 |
2 |
21 |
180 |
199 |
5.00E-08 |
bdi-miR166e-3p |
EH692022.1 |
100 |
19 |
0 |
1 |
19 |
200 |
218 |
2.00E-07 |
bdi-miR166e-3p |
EH704864.1 |
100 |
19 |
0 |
2 |
20 |
175 |
193 |
2.00E-07 |
bna-miR156a |
EH683240.1 |
100 |
19 |
0 |
1 |
19 |
200 |
218 |
2.00E-07 |
crm-miR-2229b |
FL682357.1 |
100 |
20 |
0 |
4 |
23 |
219 |
200 |
6.00E-08 |
gma-miR166h-3p |
EH673915.1 |
100 |
19 |
0 |
3 |
21 |
180 |
198 |
2.00E-07 |
gma-miR166h-3p |
EH692022.1 |
100 |
20 |
0 |
1 |
20 |
199 |
218 |
5.00E-08 |
gma-miR166h-3p |
EH704864.1 |
100 |
19 |
0 |
3 |
21 |
175 |
193 |
2.00E-07 |
osa-miR5082 |
FL680337.1 |
100 |
19 |
0 |
2 |
20 |
222 |
204 |
2.00E-07 |
rno-miR-331-5p |
FL674541.1 |
100 |
19 |
0 |
1 |
19 |
56 |
38 |
2.00E-07 |
در مجموع هفت توالی کاندیدا شناسایی شده متعلق به چهار خانواده miRNA بودند که اکثر خانوادهها دو عضوی (bdi-miR162، ath-miR162a-5p، bna-miR156a، cme-miR156j، gma-miR166h-3p و bdi-miR166e-3p) و فقط یک خانواده یک عضوی (ath-miR393b-3p) بودند. miRNAهای کاندیدا شناسایی شده در این تحقیق، با نتایج پیشگویی (Srivastava et al., 2017) مقایسه شدند که در این میان، سه miRNA شامل miR162 ، miR156 و miR393 مشترک بودند، اما miR166 بهعنوان یک miRNA جدید در این مطالعه شناسایی شد. miR156، miR166 و miR162 و miR393 قبلا در گیاهانی مثل مرکبات (Song et al., 2009) و ارزن وحشی (Xie et al., 2010) نیز شناسایی شدهاند.
جدول 2- نتایج جستجوی همولوژی بین ESTهای گونه C. endivia در برابر miRNAهای بالغ سایر جانداران.
Table 1. Identification of homology search of C. endivia C. EST against other organism miRNAs
miRNA |
EST |
Identity |
AliLength |
Mismatch |
q-start |
q-end |
s-start |
s-end |
E-value |
ath-miR162a-5p |
EL355282.1 |
95.45 |
22 |
1 |
1 |
22 |
200 |
221 |
8.00E-07 |
ath-miR162a-5p |
EL357851.1 |
95.45 |
22 |
1 |
1 |
22 |
200 |
221 |
8.00E-07 |
ath-miR162a-5p |
EL364741.1 |
95.45 |
22 |
1 |
1 |
22 |
191 |
212 |
8.00E-07 |
ath-miR162a-5p |
EL365237.1 |
95.45 |
22 |
1 |
1 |
22 |
200 |
221 |
8.00E-07 |
ath-miR162a-5p |
EL366205.1 |
95.45 |
22 |
1 |
1 |
22 |
200 |
221 |
8.00E-07 |
ath-miR162a-5p |
EL369343.1 |
95.45 |
22 |
1 |
1 |
22 |
180 |
201 |
8.00E-07 |
ath-miR162a-5p |
EL369624.1 |
95.45 |
22 |
1 |
1 |
22 |
200 |
221 |
8.00E-07 |
bna-miR171g |
EL347264.1 |
95.45 |
22 |
1 |
1 |
22 |
200 |
221 |
8.00E-07 |
cme-miR156j |
EL345696.1 |
95.24 |
21 |
1 |
1 |
21 |
198 |
218 |
3.00E-06 |
han-miR3630-5p |
EL346114.1 |
95.45 |
22 |
1 |
1 |
22 |
200 |
221 |
8.00E-07 |
sme-miR-754c-2-3p |
EL361505.1 |
100 |
20 |
0 |
1 |
20 |
200 |
219 |
6.00E-08 |
طول miRNAهای بالغ کاسنی، بین 24-19 نوکلئوتید و به طور متوسط 37/21 میباشد که مشابه با miRNAهای گیاهانی است که قبلا مطالعه شدهاند (Xie et al., 2010). حداقل انرژی آزاد تاخوردگی (MFE)، اهمیت بسیار بالایی در تشکیل ساختار ثانویه RNAها دارد و بهطورکلی، هر چه این مقدار منفیتر باشد، پایداری آن ساختار بیشتر است
(Xie et al., 2010). این عدد برای گونه C. intybus از kcal/mol 84- تا kcal/mol 7/111- متغیر بود و بهطور متوسط kcal/mol 65/102- بود. همچنین در گونه C. endivia، این عدد از kcal/mol 5/94- تا kcal/mol 5/117- متغیر بود و بهطور متوسط kcal/mol 4/102- بود. یک توالی پیشساز miRNA مناسب باید از پایداری بالایی نسبت به دیگر ساختارها برخوردار باشد. در این ساختار، تعداد عدم جفت شدگی بین توالی miRNA بالغ و miRNA* نباید از تعداد مشخصی زیادتر باشد و هر چه تعداد این عدم جفت شدگی کمتر باشد، آن ساختار از مطلوبیت بیشتری برای تبدیل شدن به یک miRNA بالغ برخوردار است. برای این منظور، از سرور MFOLD با پارامترهای پیشفرض جهت تعیین ساختار ثانویه pre-miRNA، حداقل انرژی آزاد folding، تعیین تعداد عدم جفت شدگی و ... استفاده شد. نتایج این مرحله نشان داد که هفت توالی pre-miRNA مناسب برای گونه C. intybus و هشت توالی pre-miRNA مناسب برای گونه C. endivia ده وجود داشت. شکل 1 و 2، نتایج تعیین ساختار ثانویه در گونههای مورد بررسی را نشان میدهد.
مطالعات قبلی نشان میدهند که miRNAها، بیان ژن را از طریق جفت شدن کامل یا تقریبا کامل با ژنهای هدفشان و تخریب یا سرکوب کردن آنها انجام میدهند. miRNAهای گیاهی، درجه بالایی از جفت شدن با اهدافشان نشان میدهند که این امر، پیشگویی ژنهای هدف آنها را ممکن میسازد
(Devi et al., 2016). در این مطالعه، Transport Inhibitor Respons1 (TIR1) بهعنوان هدف احتمالی miR393 ارائه شد که با نتایج (Devi et al., 2016) روی گیاه گلرنگ زراعی مطابقت داشت. این پروتئین بهعنوان یک فاکتور رونویسی در پاسخ به اکسین عمل میکند (Devi et al., 2016). از جمله هدفهایی که برای miR156 یافت شد، یکی پروتئینهای متصل شونده به پروموتر Squamusa و دیگری خانوادهی پروتئین کیناز هستند. پروتئینهای متصل شونده به پروموتر Squamusa (SBP یا SPL)، خانوادهای از فاکتورهای رونویسی هستند که با دُمین (domain) اختصاصی متصل شونده به DNA مشخص میشود
(Chain et al.,2015). از مهمترین ژنهای هدف برای mir162 میتوان به ژنهای کدکننده پروتئین شبه دایسر یک (DCL1)، سیترات پروتئینازها و ATP سیترات لیازها و از مهمترین ژنهای هدف برای miR166 میتوان به ژنهای کدکننده پروتئینهای متصل شونده به RNA و پروتئینهای HD-ZIP که در انصال به DNA و لیپید نقش دارند اشاره کرد. سایر نتایج در جدول 3 نشان داده شده است.
cit-miR166e cit-miR166e cit-miR393b cit-miR162 cit-miR162 cit-miR156a cit-miR162
شکل 1- ساختار ثانویه ساقه- حلقه در pre-miRNAها کاندیدا در گونه C. intybus. نواحی مشخص شده، دربردارنده توالی بالغ miRNA هستند که با اسفاده از سرور MFOLD به دست آمدند.
Figure 1. Predicted stem-loop hairpin secondary structures of the newly potential miRNAs identified in C. intybus that are generated by MFOLD. The mature miRNAs located in the secondary stem loop hairpin structure are highlighted in red color.
A B C D E F G H
شکل 2- ساختار ثانویه ساقه-حلقه در pre-miRNAها کاندیدا در گونه C. endivia با استفاده از سرور MFOLD. نواحی مشخص شده، دربردارنده توالی بالغ miRNA هستند. از A تا F و همچنین H، مربوط به cen-miR162a و G مربوط به cen-miR156j میباشند.
Figure 2. Predicted stem-loop hairpin secondary structures of the newly potential miRNAs identified in C. endivia that are generated by MFOLD. The mature miRNAs located in the secondary stem loop hairpin structure are highlighted in red color. Secondary structures of A to F and H belong to miR162a, while G belongs to cen-miR156j.
جدول 3- ژنهای هدف miRNAهای جدید حاصل از ESTهای کاسنی، TAIR و AGI
Table 3. Targets of the newly predicted miRNAs from coffee EST sequences, TAIR and AGI
miRNA |
Target protein |
Target ID |
GO annotation |
|
Biological function |
Molecular function |
|||
|
AT5G2618,1 |
rRNA methylation |
methyltransferase RNA |
|
RING-H2 group F2A |
AT5G2000,1 |
Cell cycle regulation … |
Irion binding |
|
Cysteine proteinase |
protein desumoylation … |
endopeptidase SUMO specific protease, |
||
peroxidase |
hydrogen peroxide catabolism |
peroxidation، metal ion binding |
||
ATP citrate lyase |
coA biosynthesis … |
ATP citrate synthase |
||
DCL1 |
gene silencing, RNA processing |
Ribonuclease III |
||
miR156 |
Squamusa promoter binding proteins |
increase of transcription, Leaf formation |
binding transcription factor, DNA |
|
Protein kinase |
|
Serine / threonine kinase activity |
||
miR166 |
proteins HD-ZIP |
|
DNA and lipid binding |
|
RNA binding glycine rich proteins |
|
RNA binding |
||
transcription factors homeodomain |
Cell differentiation … |
DNA and lipid binding, transcription factor |
||
AP2/B3 transcription factors |
Transcription regulation |
DNA binding |
||
MSL5 |
Ionic channel |
Anion transport |
||
basic leucine zipper transcription factor |
B transcription factor |
Positive transcription regulation |
||
RNA-binding (RRM/RBD/RNP) motifs proteins |
mRNA binding |
polyadenylation mRNA |
||
Phosphatidylinositol 3,4 kinase |
Phosphatidylinositol phosphorylation |
kinase |
||
miR393b |
lektine kinase 3 receptor |
Defensive response |
Serine / threonine kinase activity |
|
Tyrosine phosphatase |
Peptidyl tyrosine dephosphorylation |
Protein Tyrosine / Serine / Threonine Phosphatase |
||
Protein TRANSPORT INHIBITOR RESPONSE 1 ( TIR1) |
auxin signaling pathway |
Auxin binding, auxin receptor |
جهت بررسی روابط تکاملی بین خانوادههای miRNA این دو گونه، از نرمافزار MEGA7 براساس الگوریتم UPGMA استفاده شد. درخت فیلوژنتیکی (شکل 3) نشان داد که این miRNAها بر اساس روابط تکاملی و حفاظت شدگی توالی، در سه گروه متفاوت قرار میگیرند؛ گروه اول شامل miR156a و miR156j، گروه دوم شامل miR166e و miR166h و گروه سوم شامل miR162، miR162a و miR393b بودند. در این بین، بیشترین شباهت (کمترین فاصله) بین miR156a و miR156j و همچنین بین miR166e و miR166h مشاهده شد که نزدیک به 100 درصد همولوژی داشتند. علت این امر آن است که هر کدام از این دو گروه، به یک خانواده miRNA تعلق دارند و هر خانواده نیز از حفاظت شدگی بالایی در بین اعضا خود برخوردار است. در گروه سوم که شامل miR162، miR162a و miR393b هستند، فاصلهی ژنتیکی زیادی مشاهده میشود، بهطوریکه بین دو miR162 و miR162a حدود 43% تفاوت توالی و همچنین بین این دو miRNA و miR393b حدود 58% تفاوت توالی وجود دارد. در نهایت، بین دو گروه اول و گروه سوم، حدود 90% فاصله مشاهده شد.
پس از سنتز cDNA، جهت اطمینان از اختصاصی بودن پرایمرها و همچنین تکثیر miRNAها، از واکنشهای PCR استفاده شد و تمامی چهار miRNA مربوط به دو گونه تکثیر شدند. نتایج تکثیر دو miR156 و mir166 در شکل 4 نشان داده شده است. در شکل 4، ریشه با R (Root)، ساقه با S (Stem)، گل با F (Flower)، برگ با L (Leaf) و کنترل با C نشان داده شده است.
شکل 3- نتایج بررسیهای فیلوژنتیکی pre-miRNAهای جدید پیشگویی شده دو گونه کاسنی
Figure 3. Phylogenetic analysis of the newly predicted pre-miRNA sequences of two chicory species
شکل 4- شناسایی miRNAها در هر دو گونه C. endivia و C. intybus. a: miR156 و b: miR166.
جهت بررسی تفاوت بیان miRNAهای در اندامهای مختلف، از Real Time PCR استفاده شد و برای این منظور، بافت گل و برگ هر دو گونه جهت بررسی بیان ژن مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که از تمام miRNAهای بررسی شده، فقط miR156 در هر دو گونه تکثیر میشود؛ سایر miRNAها اگر چه تکثیر شدند، ولی به دلیل عدم توانایی در optimize کردن آنها، وارد آنالیزها نشدند. از عواملی که ممکن است علت عدم تکثیر دیگر miRNAها باشد این است که فقط از دو اندام گل و برگ برای انجام آزمایش استفاده شد (Xie et al., 2007). نتایج آنالیز Real Time PCR برای miR156 و اندازهگیری خطای استاندارد تیمارهای مختلف توسط نرمافزار Excel 2013 نشان داد که این miRNA در برگ گونه C. endivia بیشترین میزان بیان را داشت، درحالیکه در سه بافت دیگر (برگ و گل گونه C. intybus و گل گونه
C .endivia) تفاوت معناداری از نظر میزان بیان نسبی وجود نداشت. این نتایج در شکل 5 نشان داده شده است. نکته قابل توجه در این تحقیق آن است که بیان ژنهای هدف، مورد آزمون قرار نگرفت و بنابراین نمیتوان تنها بر مبنای میزان بیان miRNAهای آزمون شده قضاوت نمود.
شکل 5- بیان نسبی miR156 در دو گونه کاسنی C. endivia و C. intybus. F-I: گل C. intybus، L-I: برگ C. intybus، F-E: گل C. endivia و L-E: برگ C. endivia
در این تحقیق، از یک مجموعه ابزارهای بیوانفورماتیکی و روشهای آزمایشگاهی برای شناسایی miRNAها و ژنهای هدف آنها در دو گونه گیاهی کاسنی شامل C. intybus و C. endivia که از منابع مهم متابولیتهای مهمی چون اینولین هستند استفاده شد که منجر به شناسایی چهار miRNA و پیشگویی 19 ژن هدف برای آنها شد. اکثر ژنهای هدف پیشگویی شده، ژنهای دخیل در پاسخ به اکسین، ژنهای کد کننده پروتئین شبه دایسر یک (DCL1)، سیترات پروتئینازها و ATP سیترات لیازها و ژنهای کدکننده پروتئینهای متصل شونده به RNA و پروتئینهای HD-ZIP دخیل در انصال به DNA و لیپید، را شامل شدند.
REFERENCES
REFERENCES