متاآنالیز مقایسه ای ترانسکریپتومی پاسخ به تنش شوری در برنج و گوجه فرنگی

مقدمه: شوری خاک همچنان یکی از چالش های اصلی امنیت غذایی جهانی است که بهره وری محصولات کشاورزی را در گونه های مختلف به شدت تحت تاثیر قرار می دهد. با وجود مطالعات متعدد پیرامون تحمل به شوری در گیاهان زراعی مختلف، بررسی های تطبیقی بین گونه ای همچنان محدود است. این پژوهش با هدف پر کردن شکاف میان پاسخ های مولکولی و صفات مرفوفیزیولوژیک از طریق شناسایی مکانیسم های پاسخ به شوری (مشترک و اختصاصی گونه) در برنج (Oryza sativa) و گوجه فرنگی (Solanum lycopersicum) طراحی شد. هدف نهایی این مطالعه، اولویت بندی ژن های کلیدی و مسیرهای متابولیکی است که می توانند به عنوان اهداف قابل اطمینان در برنامه های اصلاح نژاد دقیق مورد استفاده قرار گیرند.مواد و روش ها: در این مطالعه از رویکرد متاآنالیز داده های ترانسکریپتومیک (ماکرواری) استخراج شده از پایگاه داده NCBI GEO استفاده شد. دو مجموعه داده انتخاب گردید: GSE۱۶۴۰۱ (گوجه فرنگی: رقم متحمل PL۳۶ در مقابل رقم حساس Money Maker) و GSE۵۸۶۰۳ (برنج: رقم متحمل PL۱۷۷ در مقابل رقم حساس IR۶۴). تحلیل بیان افتراقی ژن ها (DGE) با استفاده از ابزار GEO۲R و با اعمال آستانه سخت گیرانه |log۲FC| ≥ ۱ و FDR ≤ ۰.۰۵ انجام گرفت. ژن های بیان یافته افتراقی (DEGs) مشترک و اختصاصی از طریق ابزار Venny ۲.۱.۰ شناسایی شدند. در ادامه، برای روشن شدن نقش های بیولوژیکی و چارچوب های متابولیکی درگیر در تحمل به شوری، تحلیل غنی سازی عملکردی (GO و KEGG) با استفاده از پایگاه WebGestalt ۲۰۲۴ صورت گرفت.یافته ها: نتایج نشان دهنده یک الگوی ترانسکریپتومیک متمایز بین ژنوتیپ های متحمل و حساس در هر دو گونه بود. در ژنوتیپ های متحمل، افزایش بیان هماهنگ ژن های مرتبط با بازسازی دیواره سلولی، تنظیم اسمزی و متابولیسم ثانویه مشاهده شد. به طور خاص، انتقال دهنده های یونی کلیدی نظیر خانواده های HKT و NHX، در کنار ژن های دفاع آنتی اکسیدان، بیان افتراقی معنی داری را نشان دادند که بر نقش آن ها در حفظ هموستاز یونی و کاهش خسارات اکسیداتیو تاکید دارد. علاوه بر این، چندین خانواده فاکتور رونویسی شامل DREB، NAC و WRKY به عنوان تنظیم کننده های مرکزی پاسخ به شوری شناسایی شدند. در مقابل، ژنوتیپ های حساس کاهش بیان شدیدی را در ژن های مرتبط با فتوسنتز، متابولیسم کربن و پیام رسانی هورمونی نشان دادند که می تواند نشان دهنده فروپاشی هماهنگی فیزیولوژیک تحت تنش شوری شدید باشد.نتیجه گیری: یافته های این پژوهش، چشم انداز جامعی از مکانیسم مولکولی حاکم بر تحمل به شوری در دو محصول با تبار تکاملی متفاوت ارائه می دهد. شناسایی مسیرهای مشترک (به ویژه آن هایی که با ظرفیت آنتی اکسیدانی و تنظیم اسمزی مرتبط هستند) نشان دهنده وجود یک «جعبه ابزار» بنیادی برای سازگاری با شوری در گیاهان است. این نتایج کاندیدهای مولکولی ارزشمندی را جهت ارتقای تحمل به شوری از طریق انتخاب ژنومیک یا ویرایش ژنی فراهم کرده و نقشه راهی برای توسعه ارقام مقاوم در برابر شرایط محیطی نامساعد در غلات و صیفی­جات ارائه می دهند.

کلیدواژه ها:

اصلاح نژاد دقیق ، تحمل به شوری ، ترانسکریپتومیکس مقایسه ای ، فاکتورهای رونویسی ، هموستازی یونی ، Oryza sativa ، Solanum lycopersicum