بازسازی شبکه های ژنی و پروتئینی پاسخ به تنش شوری در آفتابگردان (Helianthus annus L.) به وسیله داده های RNA-seq

هدف: آفتابگردان با تامین ۱۲ درصد از روغن های گیاهی جهان یکی از مهم ترین گیاهان روغنی جهان محسوب می­شود. با توجه به پیچیدگی مولکولی مکانیسم پاسخ به تنش شوری که باعث تغییرات فیزیولوژیک، مورفولوژیک در گیاهان می­شود و همچنین حساسیت نسبی آفتابگردان به این تنش، هدف از این تحقیق درک مکانیسم های مولکولی و شناسایی پروتئین­های دخیل در تحمل به شوری در آفتابگردان می­باشد. مواد و روش ها: در تحقیق حاضر، داده های RNA-seq از پژوهش Sharifi و همکاران (۲۰۲۲) استخراج و با بهره گیری از نرم افزارهای FastQC و Trimmomatic ویرایش گردیدند. پس از آن، آنالیز RNA-seq با دو روش سرهم بندی نو پدید و مبتنی بر ژنوم انجام شد. خوانش ها به کمک پکیج Bowtie۲ به ترنسکریپتوم مرجع و با Hisat۲ به ژنوم مرجع نقشه یابی شدند. کمی سازی خوانش ها توسط RSEM و HT-seq و تغییرات در بیان ژن ها با استفاده از edgeR و DE-seq۲ محاسبه گردید. ژن های دارای بیان متفاوت معنی دار (DEG) در آرابیدوپسیس شناسایی شده و برای بازسازی شبکه های تعامل پروتئینی (PPI) و شبکه های تنظیمی ژنی (GRN) به پایگاه های داده STRING و GeneMANIA وارد شدند. تحلیل توپولوژی این شبکه ها با ۱۱ الگوریتم Cytohubba در Cytoscape انجام و ژن های هاب شناسایی گردیدند. توالی راه انداز این ژن ها در Plantcare مورد بررسی قرار گرفت. در پایان، بیان ژن COP۱ با استفاده از Real-time PCR ارزیابی شد. نتایج: تحلیل RNA-seq با استفاده از روش های مبتنی بر سرهم بندی نو پدید (دی نوو) و مبتنی بر ژنوم مرجع، به شناسایی ۱۶۰۲ رونوشت و ۲۷۲ ژن با الگوی بیان متفاوت انجامید. مطالعه بر روی شبکه های GRN و PPI منجر به کشف ۲۹ ژن هاب گردید که شامل BAK۱، ETR۱، GER۳، HSP۷۰، CDKB۲;۲، CAS، GRDP۱، BSL۳، CPN۲۰، AOR، MCM۷، DXS، AdoMet-MTases، RCA، P۴۵۰۹۰C۱، C۳H۳۷، CDPK۶، Lac۱، WRKY۵۰، COP۱، PP۲C۷۶، CaM-۷، Histone H۱-۳، PPR، LRR-RLK، LACS، LUT۵ و Clp۵ هستند که در فرآیندهای کلیدی سلولی از جمله تنظیم هورمون های گیاهی (ABA، BR، اتیلن)، پیام رسانی MAPK، پردازش RNA، فتوسنتز، تنظیم روزنه ها، حفظ ساختار پروتئین ها و چرخه سلولی نقش ایفا می کنند. تحلیل راه انداز این ژن ها وجود موتیف های کلیدی مانند W-box، TGA-box، ERE، ABRE، MYC، MYB، MBSI، MBS و GT-۱motif را که نشان دهنده نقش مشترک آن ها در واکنش به شوری است را تایید کرد. در نتایج حاصل از PCR زمان واقعی برای ژن COP۱، که یکی از ژن های فعال در مسیر علامت­دهی ABA به شمار می رود، الگوی بیان آزمایش شده با الگوی مشخص شده توسط RNA-seq همخوانی داشت.  نتیجه گیری: پژوهش حاضر با استفاده از رویکرد زیست شناسی سامانه ای نشان داد که آفتابگردان در واکنش به تنش نمکی، فعالیت ژن ها را در مسیرهای کلیدی سلولی از جمله مسیرهای پیام رسانی هورمونی گیاهی (ABA، BR، اتیلن)، مسیر MAPK، پردازش RNA، فتوسنتز، تنظیم روزنه ها، حفظ ساختار پروتئین ها و چرخه سلولی، بهینه سازی می کند. این نتایج، فهم ما از مکانیسم های مولکولی تحمل به شوری را تقویت کرده و می تواند در بهبود ژنتیکی آفتابگردان به منظور افزایش مقاومت در برابر شوری مفید واقع شود.

کلیدواژه ها:

آفتابگردان ، تنش شوری ، شبکه تنظیم ژنی (GRN) ، شبکه برهمکنش پروتئینی (PPI) ، تجزیه راه انداز