مطالعه فیلوژنی مولکولی و ساختار پروتئین matk در سوسن چلچراغ (Lilium ledebourii [Baker] Boiss)

سابقه و هدف: ژن کلروپلاستی matk یکی از بهترین ژن های بارکد گیاهی است و از مناسبترین ژن ها برای بررسی روابط فیلوژنتیکی و تکاملی در سطوح گونه تا خانواده معرفی شده است. جنس لیلیوم مهمترین جنس خانواده لیلیاسه با تقریبا ۱۰۰ گونه است که چندین بار مورد طبقه بندی قرار گرفته است. طبقه بندی این خانواده همواره با مطالعات مورفولوژیکی، کاریولوژیکی و فیلوژنی پیگیری می شود. رویکردهای جدید فیلوژنی مولکولی باعث تغییراتی اساسی در این طبقه بندی شده است. سوسن چلچراغ از گونه های ارزشمند بومی ایران است که به شدت در معرض خطر انقراض قرار دارد. این گونه علی رغم ویژگی های ارزشمندی که دارد، تاکنون در هیچ مطالعه ای با سایر گونه های این خانواده از نظر جایگاه فیلوژنی مورد بررسی قرار نگرفته است. این پژوهش بـا بکارگیری توالی matk به بررسی جایگاه رده بندی و قرابت ژنتیکی سوسن چلچراغ بـا ۴۱ گونه دیگر از این جنس پرداخته است. مواد و روش ها: استخراج DNA با استفاده از کیت Qiagen DNEasy انجام شد. بعد از تایید کیفیت و کمیت DNA، توالی یابی بصورت Real-Time (SMRT) با استفاده از پلتفرم نسل جدید PacBio انجام و توالی کامل ژن matK با استفاده از ابزراهای بیوانفورماتیک استخراج و در پایگاه اطلاعات ژنی NCBI به شماره دسترسی MN۵۵۷۲۳۶ ثبت شد. به منطور بررسی روابط فیلوژنتیک، توالی matk ۴۱ گونه دیگر لیلیوم از پایگاه اطلاعات ژنی بدست آمد. همه توالی ها با روش ClustalW و با استفاده از نرم افزار مگا ۷ هم ردیف شدند. روش حداکثر درست نمایی جهت رسم درخت فیلوژنی بکار گرفته شد. فاصله ژنتیکی به روش K۲P محاسبه شد. میزان حداکثر درست نمایی مرکب الگوی جایگزینی نوکلئوتیدی با استفاده از ماتریس جایگزینی برآورد شد. با استفاده ابزارهای تخصصیFFPred ، InterProScan، TargetP و Phyre۲ ساختارهای ثانویهای از قبیل مارپیچ های α، پیچ های β و مارپیچ های تصادفی و ساختار سه بعدی پروتئین مورد بررسی قرار گرفت. یافته ها: طبق نتایج درخت فیلوژنی، لیلیوم ها به چهار خوشه A، B، C و D تقسیم شدند که گونه ایران در خوشه B قرار گرفت. بـر اسـاس توپولوژی فیلوژنی و همچنین بررسی فاصله ژنتیکی، سوسن چلچراغ بیشترین شباهت را با سه گونه ی Lilium pyrenaicum ، L. ciliatum و L. candidum با ارزش پایداری ۹۷ % داشت. در بررسی بیوانفورماتیکی، در همردیفی این پروتئین درجه بالایی از حفاظت شدگی مشاهده شد. سوسن چلچراغ در جایگاه ۲۷۱ دارای اسید آمینه آرژینین هست و از این نظر فقط با سه گونه L. pyrenaicum ، L. ciliatum و L. candidum مشابه بود. سایر گونه ها در این جایگاه دارای اسید آمینه لیزین بودند. تفاوت های زیادی در جایگاه های اسید آمینه ای مختلف از جمله در موقعیت های ۳۱۷، ۳۴۶، ۳۶۳، ۴۱۷ در گونه ها مشاهده شد. بررسی تشابه ساختار دوم توالی matk در سوسن چلچراغ نشان داد که این پروتئین دارای ۲۳۳ اسیدآمینه در مارپیچ α(۵۱/۴۵ درصد)، ۲۴ اسید آمینه در پیچ β (۶۹/۴ درصد) و ۱۵۶ اسید آمینه در مارپیچ تصادفی (۷۴/۳۰ درصد) است. نتیجه گیری: پژوهش حاضر برای اولین بار این ژن را در سوسن چلچراغ مورد تجزیه و تحلیل قرار داد و سـاختار دو بعـدی و موقعیـت α هلـیکس هـا و صفحات β مشخص شد. همچنین مدل ساختار سوم این پروتئین برای نخستین بار ارائه شد. بـر اسـاس توپولوژی فیلوژنی و همچنین بررسی فاصله ژنتیکی، سوسن چلچراغ بیشترین شباهت را با سه گونه ی L. pyrenaicum ، L. ciliatum و L. candidum داشت. به طور کلی، در این تحقیق قرابت سوسن چلچراغ از نظر مولکولی (فیلوژنی، ساختار پروتئین) با دیگر گونه های لیلیوم بررسی شد.

کلیدواژه ها:

گونه های لیلیوم ، فیلوژنی ، in silico ، matk ، DNA بارکدینگ