تحلیل جامع ژنومی، تکاملی و ساختاری خانواده های ژنی دارای موتیف LysM در غلات

مقدمه: غلات منبع اصلی انرژی برای مصرف انسان و خوراک دام هستند. غلات در طول زندگی خود با تنش­های زنده و غیرزنده متعددی مواجهه می شوند که در بیشتر موارد به آنها خسارت وارد کرده و روی کیفیت و کمیت محصول آنها تاثیر می­گذارند. بنابراین، حفظ عملکرد آنها با جلوگیری از حمله پاتوژن­های بیمارگر به ویژه قارچ­ها و اوومیست­ها از اهمیت بالایی برخوردار است. پروتئین­های متعددی در مسیرهای سیگنالینگ مولکولی ویژه­ای در مقاومت غلات به تنش­ها دخالت دارند. در این میان، پروتئین های دارای موتیف لیزین(LysM)  نقش مهمی در ایمنی ذاتی گیاهان، روابط همزیستی بین گیاهان و میکروارگانیسم ها و بیوسنتز دیواره سلولی دارند. با این حال، مسیرهای تکاملی و تنوع عملکردی این خانواده از پروتئین ها برای مهمترین گیاهان زراعی بشر از جمله غلات به طور کامل ناشناخته باقی مانده است.مواد و روش ها: در این مطالعه، یک تجزیه و تحلیل جامع ژنومی روی خانواده­های ژنی دارای موتیف LysM در هفت گونه اصلی غلات شامل: Avena sativa، Oryza sativa، Triticum aestivum، Sorghum bicolor، Hordeum vulgare، Zea mays و Secale cereale صورت گرفت. از ابزارهای بیوانفورماتیکی برای شناسایی ژن­ها و پروتئین های دارای موتیف لیزین (LysM) استفاده شد. غربالگری ژن­ها برای استخراج ژن­های هدف بر اساس نرم افزارهای مختلف و با توجه به پارامترهای پیش فرض، مشخص گردید.یافته ها: در مجموع و در ژنوم این هفت غله، تعداد ۱۰۶ ژن دارای موتیف LysM شناسایی شدند که در بین آنها، تنوع ساختاری قابل توجهی مشاهد شد و الگوهای پراکندگی کروموزومی متنوعی از خود نشان دادند. تجزیه و تحلیل­های فیلوژنتیکی، این ژن ها را به سه زیرخانواده ی مجزا طبقه بندی کرد که این موضوع نشان دهنده ی حفظ شدگی این پروتئین­ها در کنار روند تکامل اختصاصی آنها  است. تجزیه و تحلیل های بیشتر این ژن­ها، سینتنی (Synteny) و هم خطی (Collinearity) قابل توجهی را میان گونه های غلات نشان داد که بر محدودیت های تکاملی و حفظ عملکرد این خانواده از ژن­ها دلالت دارد. بررسی ساختار ژنی و تجزیه و تحلیل موتیف های حفاظت شده نیز بر تنوع عملکردی این ژن ها تاکید داشت. تجزیه و تحلیل عناصر تنظیمی Cis بیانگر نقش ژن های LysM در پاسخ به تنش های زیستی و غیرزیستی، به ویژه شناسایی عوامل بیماری زا و مسیرهای سیگنال دهی بود.نتیجه گیری: یافته های این پژوهش، نشان دادند که ژن­های داری موتیف  LysMدارای پویایی تکاملی و اهمیت عملکردی در غلات هستند و از این رو، می­توان از آنها برای برنامه های اصلاح مولکولی غلات استفاده نمود. نتایج مطالعه حاضر، درک ما را از مکانیسم های مولکولی مبتنی بر ژن های داری موتیف  LysMو کاربردهای بالقوه ی آن ها در راهبردهای بهنژادی با هدف افزایش مقاومت به تنش و بهره وری در غلات را افزایش می دهد.

کلیدواژه ها:

برهم کنش ، پاسخ به تنش ، تحلیل فیلوژنتیکی ، دمین اتصال به کیتین ، مقاومت اکتسابی سیستمیک