| تعداد نشریات | 286 |
| تعداد نشریات سازمان | 84 |
| تعداد شماره‌ها | 2,914 |
| تعداد مقالات | 32,868 |
| تعداد مشاهده مقاله | 43,218,953 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 19,733,427 |
شناسایی و خصیصه‌یابی ژنهای رمز‌کننده خانواده پروتئینی متحمل به فلزات سنگین در صنوبر پده (Populus. euphratica) | ||
| تحقیقات ژنتیک و اصلاح گیاهان مرتعی و جنگلی ایران | ||
| مقاله 4، دوره 32، شماره 1 - شماره پیاپی 63، شهریور 1403، صفحه 31-47 اصل مقاله (1.28 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله علمی - پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijrfpbgr.2024.365524.1460 | ||
| نویسنده | ||
| زهرا شیرازی* | ||
| عضو هیات علمی،موسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| چکیده سابقه و هدف: فلزات سنگین از رایج‌ترین مشکلات محیط‌زیست بوده و دارای تأثیرات منفی روی گیاهان هستند. روش گیاه‌پالایی با استفاده از گیاهان برای استخراج، جدا‌سازی و یا از بین‌بردن انواع آلاینده‌های محیط‌زیست مقرون به صرفه و سازگار با محیط‌زیست است. توانایی گیاه‌پالایی فلزات سنگین در گیاهان ازجمله صنوبریان با استفاده از خانواده‌های مختلف پروتئینی انجام می‌شود که می‌توان به خانواده MTP )پروتئین متحمل به فلزات( اشاره کرد. امروزه بدلیل شناسایی توالی ژنومی برخی از موجودات زنده، با استفاده از اطلاعات موجود در پایگاه‌های مختلف، می‌توان به تحقیق در زمینه یافتن ژنها و عملکرد آنها پرداخت. این مطالعه برای شناسایی، بررسی تنوع و قرابت‌های ژنتیکی بین اعضای خانواده MTP در صنوبر پده ( Populus. euphratica) انجام شده است. مواد و روش‌ها: شناسایی اعضا خانواده MTP در ژنوم صنوبر پده با استفاده از توالی پروتئینی همولوگ خانواده MTP دو گیاه مدل آرابیدوپسیس و برنج به روش BlastP در پایگاه داده NCBI انجام شد. پس از همردیف‌سازی توالی‌ها، ترسیم درخت فیلوژنتیکی به‌روش Neighbor-Joining انجام شد. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی و مکان‌یابی اعضاء پروتئینی پیش‌بینی شد و نوع فشار گزینش، الگوی توزیع اگزون-اینترون و موتیف‌های اختـصاصی اعضای خانواده ژنیMTP توسط نرم‌افزارهای مختلف انجام شد. آنتولوژی (هستی‌شناسی) ژنها در سه سطح فرایندهای زیستی، عملکرد مولکولی و جزء سلولی انجام گردید و ژنها از نظر وجود نشانگر توالی تکراری ساده منحصر بررسی شدند. پس از شناسایی MicroRNA تنظیم‌کننده بیان ژن هریک از اعضا، شبکه ارتباطی ژنها و MicroRNA ترسیم شد. بررسی دیجیتالی بیان ژن در بافت‌های مختلف و تنش شوری 200 میلی‌مولار پس از دریافت و نرمال‌سازی داده‌های RNA-seq انجام شد و نقشه حرارتی (heat map) با استفاده از نرم‌افزار Mev4.0 ترسیم گردید. نتایج: در بررسی بیوانفورماتیک 26 عضو از خانواده ژنیMTP در ژنوم P. euphratica شناسایی شد. بررسی فیلوژنتیکی اعضا خانواده ژنی MTP را به سه گروه (Mn-MTP، Zn/Fe-MTP و Zn-MTP) و هفت زیرگروه تقسیم کرد. در بررسی خصوصیات فیزیکی و شیمیایی و هستی‌شناسی پروتئین‌‌های رمز‌شونده، نقش آنها در ارتباط با غشای پلاسمایی و در انتقال فلزات به واکوئل مشخص شد که تاییدکننده نقش این خانواده در سم‌زدایی ناشی از تأثیر منفی فلزات سنگین است. فشار گزینش در تمامی اعضاء از نوع انتخاب منفی بود که بیانگر اثر جانشینی یا واگرایی در ساختار ژنی است. در تجزیه‌وتحلیل ساختار ژنی، بیشترین و کمترین یکپارچگی به ترتیب در داخل و بین گروه‌ها مشاهده شد. 52 نشانگر اختصاصی SSR در 15 توالی ژنی شناسایی شد که در انتخاب جمعیت‌های مورد نظر کمک می‌کند. در بررسی بیان ژن در بافت‌های مختلف ژنهای MTP11.2, MTP3.2, MTP12 و MTP7 بیشترین بیان را نشان دادند. در میزان تغییرات بیان ژنها در زمان‌های مختلف بعد از اعمال شوری، ژن MTP1.1 بعد از 48 ساعت بیشترین افزایش بیان ژن را نشان داد. نتایج با توجه به تشابه پاسخ‌های گیاه در شوری از طریق تولید بیش از حد یون‌‌ها و کاهش عملکرد، قابل تعمیم به تنش فلزات سنگین نیز است. نتیجه‌گیری: وجود نسخه‌های متعدد از یک ژن به‌دلیل نیاز بالای گیاه به عملکرد و محصول اختصاصی آن ژن و یا بیان متفاوت اعضای خانواده در مراحل مختلف رشد و نمو و تنش‌های مختلف است. صنوبر پده دارای تعداد بالایی از اعضای خانواده MTP بود که می‌تواند دلیلی بر استفاده از این گونه در پالایش خاک از فلزات سنگین باشد و با رشد بیشتر و تولید مقدار بیشتری چوب صنوبر نیز همراه است. نتایج بیانگر کاربرد داده‌های بیوانفورماتیک بدست آمده، برای تسهیل شناسایی جمعیت‌های متحمل به فلزات به‌صورت دقیق و با صرف هزینه و زمان کمتر است. با کمک داده‌های بیوانفورماتیک به‌صورت دقیق به سراغ ژنهای مدنظر رفته و از آزمون و خطا در انجام آزمایش‌ها جلوگیری می‌شود. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| تجزیه و تحلیل فیلوژنتیک؛ خانواده ژنی؛ داده کاوی‌زیستی؛ گیاه‌پالایی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Identification and characterization of genes encoding heavy metal tolerant protein family in Euphrates poplar (Populus. Euphratica) | ||
| نویسندگان [English] | ||
| zahra shirazi | ||
| عضو هیئت علمی | ||
| چکیده [English] | ||
| Extended Abstract Background and Objectives: Heavy metals are a major environmental issue, severely affecting plant growth. Phytoremediation, which involves using plants to extract, separate, or eliminate pollutants, offers a practical, cost-efficient, and environmentally friendly solution. Several protein families, such as the Metal Tolerant Protein (MTP) family, play a key role in the phytoremediation of heavy metals in plants like Euphrates poplar. With advances in genomics, especially the sequencing of various organisms' genomes and data availability from public databases, researchers can now identify relevant genes and their functions. This study aims to explore the genetic diversity and relationships among the members of the MTP family in Euphrates poplar. Methodology: Members of the MTP family in the Euphrates poplar genome were identified using homologous protein sequences of the MTP family from two model plants of Arabidopsis and rice using BlastP in the NCBI database. Sequence alignment was performed, followed by phylogenetic tree construction using the Neighbor-Joining method. Various software tools were used to predict the physicochemical properties and protein localization of MTP members and to assess the selection pressure, exon-intron distribution patterns, and specific motifs within gene family members. Gene ontology was performed at three levels: biological processes, molecular function, and cellular components, including identifying unique simple sequence repeat (SSR) markers. The microRNA network regulating gene expression for each member was also identified and, the communication network between genes and MicroRNA was drawn. Gene expression was evaluated in various Euphrates poplar tissues, and RNA-seq data were normalized and analyzed for expression under 200 mM salt stress. Heat map visualizations were generated using Mev4.0 software. Results: A total of 26 MTP gene family members were identified in the P. euphratica genome through bioinformatics analysis. Phylogenetic analysis classified these into three major groups (Mn-MTP, Zn/Fe-MTP, and Zn-MTP) and seven subgroups. The encoded proteins were found to be associated with the plasma membrane and the transfer of metals to the vacuole, supporting their role in detoxifying heavy metals. Negative selection pressure was observed across all members, indicating the effect of gene divergence. Gene structure analysis showed the highest integration within groups and the lowest integration between groups. Out of the 15 gene sequences analyzed, 52 SSR markers were identified for marker-assisted selection. MTP11.2, MTP3.2, MTP12, and MTP7 genes exhibited the highest expression levels across various tissues. The MTP1.1 gene showed the most significant increase in gene expression 48 hours after salt application, indicating a potential role in plant responses to salinity and heavy metal stress. Conclusion: The presence of repeated gene sequences reflects the plant's high demand for the specific function of these genes and their differential expression during various growth stages and stress conditions. Euphrates poplar possesses numerous MTP family members, which contribute to removing metals from the soil and are linked to increased growth and wood production. This research demonstrates the utility of bioinformatics data in facilitating the identification of metal-resistant populations more efficiently and cost-effectively. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Biological data mining, Gene family, Phylogenetic analysis, Phytoremediation | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 31 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 40 |
||