
تعداد نشریات | 26 |
تعداد شمارهها | 447 |
تعداد مقالات | 4,557 |
تعداد مشاهده مقاله | 5,380,003 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 3,580,074 |
شناسایی بیوانفورماتیکی ژنهای کلیدی دخیل در تنش اسمزی گیاه آرابیدوپسیس | ||
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی | ||
دوره 14، شماره 1، اردیبهشت 1401، صفحه 155-174 اصل مقاله (702.97 K) | ||
نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22103/jab.2022.18411.1350 | ||
نویسندگان | ||
محمد محسن زاده گلفزانی* 1؛ مریم پسندیده ارجمند2؛ حبیب الله سمیع زاده لاهیجی2 | ||
1نویسنده مسئول: استادیار، گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران، | ||
2دانشگاه گیلان | ||
چکیده | ||
هدف: گیاهان اغلب در معرض انواع تنشهای محیطی مانند خشکی و شوری قرار میگیرند که منجر به تنش اسمزی در گیاه میشود و در نهایت سبب کاهش رشد و بهرهوری محصول میگردد. شناسایی ژنهای موثر در سطوح مختلف تنش اسمزی میتواند در یافتن ژنهای موثر در تحمل گیاه به تنشهای محیطی بسیار کمک کند. از این رو هدف از این مطالعه، شناسایی ژنهای کلیدی و بسیار موثر گیاه مدل آرابیدوپسیس در تنش اسمزی و معرفی آنها در راستای بهنژادی گیاهان زراعی در شرایط تنشهای محیطی است. مواد و روشها: در این مطالعه دادههای میکروآرایه آرابیدوپسیس که به مدت 5/1، 3، 12 و 24 ساعت در معرض تنش اسمزی ناشی از مانیتول قرار داشتند، توسط ابزار آنلاین GEO2R به طور جداگانه آنالیز شدند. ژنهای دارای بیان معنادار مشخص شدند و مهمترین ژنها در هر سطح تنش با استفاده از ابزارهای بیوانفورماتیکی تعیین شدند. سپس ژنهای کلیدی موثر در تنش اسمزی شناسایی شدند و برهمکنش پروتئینی و فرآیندهای بیولوژیکی آنها مورد بررسی و بحث قرار گرفت. یافتهها: در ساعات 5/1، 3، 12 و 24 ساعت پس از تنش به ترتیب 26، 79، 138 و 184 ژن دارای بیان معنادار بودند. براساس آنالیز شبکه پروتئینی و بررسی فرآیندهای بیولوژیکی ژنهای SDA1،CRK11 ،CYP81F2 ،EDA39 ،PLA2A،T1K7_24 ، F6N7_24،AT2G25735 و MRH10_18 بهعنوان ژنهای کلیدی بسیار موثر در سطوح مختلف تنش اسمزی گزارش شدند. نتایج آنالیز عملکرد مولکولی ژنهای کلیدی نشان داد که این ژنها در پاسخ به تنش اکسیداتیو، پاسخ به کمبود اکسیژن، تنظیم حرکت روزنهها، پاسخ فوق حساسیت، پاسخ به کیتین، مقاومت سیستمیک القایی، فرآیند بیوسنتزی ایندول گلوکوزینولات، پاسخ دفاعی بوسیله رسوب کالوز در دیواره سلولی، پاسخ به یون کادمیوم، فرآیندهای بیوسنتزی فیتوکلاتین، انتقال آرسنیت، پاسخ دفاعی در برابر باکتری، حشرات، قارچها و ویروسها و فرآیندهای بیولوژیکی مرتبط با تنشهای محیطی نقش بسیار مهمی ایفا میکنند. نتیجه گیری: به نظر میرسد از ژنهای کلیدی معرفی شده در این پژوهش میتوان در راستای بهنژادی گیاهان زراعی در شرایط تنشهای محیطی که سبب تنش اسمزی در گیاهان میشود، بهره برد. | ||
کلیدواژهها | ||
برهمکنش پروتئینی؛ فوق حساسیت؛ میکروآرایه؛ CYP81F2 | ||
مراجع | ||
Appel HM, Maqbool SB, Raina S et al. (2014) Transcriptional and metabolic signatures of Arabidopsis responses to chewing damage by an insect herbivore and bacterial infection and the consequences of their interaction. J Front Plant Sci 5, 441.
Benedetti M, Verrascina I, Pontiggia D et al. (2018) Four Arabidopsis berberine bridge enzyme‐like proteins are specific oxidases that inactivate the elicitor‐active oligogalacturonides. Plant J 94 (2), 260-273.
Bremer E, Krämer R (2019) Responses of microorganisms to osmotic stress. J Annu Rev Microbiol 73, 313-334.
Camera SL, Balagué C, Göbel C et al. (2009) The Arabidopsis patatin-like protein 2 (PLP2) plays an essential role in cell death execution and differentially affects biosynthesis of oxylipins and resistance to pathogens. J MPMI 22 (4), 469-481.
Clay NK, Adio AM, Denoux C et al. (2009) Glucosinolate metabolites required for an Arabidopsis innate immune response. J Science 323 (5910), 95-101.
Dai C, Lee Y, Lee IC et al. (2018) Calmodulin 1 regulates senescence and ABA response in Arabidopsis. J Front. Plant Sci. 9, 803.
Darko E, Végh B, Khalil R et al. (2019) Metabolic responses of wheat seedlings to osmotic stress induced by various osmolytes under iso-osmotic conditions. J PLoS One 14 (12), e0226151.
David L, Harmon AC, Chen S (2019) Plant immune responses-from guard cells and local responses to systemic defense against bacterial pathogens. J Plant Signal Behav 14 (5), e1588667.
Dutta A, Choudhary P, Gupta-Bouder P et al. (2020) Arabidopsis SMALL DEFENSE-ASSOCIATED PROTEIN 1 Modulates Pathogen Defense and Tolerance to Oxidative Stress. J Front Plant Sci 11, 703.
Friedel S, Usadel B, Von Wirén N, Sreenivasulu N (2012) Reverse engineering: a key component of systems biology to unravel global abiotic stress cross-talk. J Front Plant Sci 3, 294.
Gao G, Zhang X, Zhao K et al. (2021) Genome wide identification and expression analysis of patatin-like protein family members in peanut (Arachis hypogaea L.). J Reproduction and Breeding 1 (1), 48-54.
Gupta A, Rico-Medina A, Caño-Delgado AI (2020) The physiology of plant responses to drought. J Science 368 (6488), 266-269.
Hadizadeh M, Mohammadabadi MR, Niazi A et al. (2013) Use of bioinformatics tools to study exon 2 of GDF9 gene in Tali and Beetal goats. MGJ 8 (334), 283-288.
Hadizadeh M, Niazi A, Mohammad Abadi M et al. (2014) Bioinformatics analysis of the BMP15 exon 2 in Tali and Beetal goats. MGJ 9 (1), 117-120.
Holmes DR, Bredow M, Thor K et al. (2021) A novel allele of the Arabidopsis thaliana MACPF protein CAD1 results in deregulated immune signaling. J Genetics 217 (4), iyab022.
Holmes DR, Bredow M, Thor K et al. (2021) A novel allele of the Arabidopsis thaliana MACPF protein CAD1 results in deregulated immune signaling. J Genetics 217 (4), iyab022.
Howden R, Andersen CR, Goldsbrough PB, Cobbett CS (1995) A cadmium-sensitive, glutathione-deficient mutant of Arabidopsis thaliana. J Plant Physiol 107 (4), 1067-1073.
Huibers RP, De Jong M, Dekter RW, Van den Ackerveken G (2009) Disease-specific expression of host genes during downy mildew infection of Arabidopsis. J Mol 22 (9), 1104-1115.
Hunziker P, Ghareeb H, Wagenknecht L, Crocoll C et al. (2020) De novo indol‐3‐ylmethyl glucosinolate biosynthesis, and not long‐distance transport, contributes to defence of Arabidopsis against powdery mildew. J Plant Cell Environ 43 (6), 1571-1583.
Imran QM, Falak N, Hussain A, Mun BG et al. (2016) Nitric oxide responsive heavy metal-associated gene AtHMAD1 contributes to development and disease resistance in Arabidopsis thaliana. J Front Plant Sci 7, 1712.
Khare T, Srivastav A, Kumar V (2020) Calcium/Calmodulin Activated Protein Kinases in Stress Signaling in Plants. Protein Kinases and Stress Signaling in Plants: Functional Genomic Perspective (1st edn). Girdhar K. Pandey (eds). John willey and sons, lns, USA. pp. 266-280.
La Camera S, Geoffroy P, Samaha H et al. (2005) A pathogen‐inducible patatin‐like lipid acyl hydrolase facilitates fungal and bacterial host colonization in Arabidopsis. Plant J 44 (5), 810-825.
Lee TA, Bailey-Serres J (2019) Integrative analysis from the epigenome to translatome uncovers patterns of dominant nuclear regulation during transient stress. J Plant Cell 31 (11), 2573-2595.
Légeret B, Schulz‐Raffelt M, Nguyen H et al. (2016) Lipidomic and transcriptomic analyses of Chlamydomonas reinhardtii under heat stress unveil a direct route for the conversion of membrane lipids into storage lipids. J Plant Cell Environ 39 (4), 834-847.
Liu X, Zhang R, Ou H et al. (2018) Comprehensive transcriptome analysis reveals genes in response to water deficit in the leaves of Saccharum narenga (Nees ex Steud.) hack. J BMC Plant Biol 18 (1), 1-16.
Liu Y, Maierhofer T, Rybak K et al. (2019) Anion channel SLAH3 is a regulatory target of chitin receptor-associated kinase PBL27 in microbial stomatal closure. J Elife 8, e44474.
Lv T, Li X, Fan T et al. (2019) The calmodulin-binding protein IQM1 interacts with CATALASE2 to affect pathogen defense. J Plant Physiol 181 (3), 1314-1327.
Mohammadipour SAL, Mohammadabadi M, Asadollahpour Nanaei H et al. (2021) Introducing candidate Genes Associated with the Milk and Wool Production Traits in Sheep. MGJ 16 (2), 281-297.
Murata Y, Mori IC, Munemasa S (2015) Diverse stomatal signaling and the signal integration mechanism. J Annu Rev Plant Biol 66, 369-392.
Noman M, Aysha J, Ketehouli T et al. (2021) Calmodulin binding transcription activators: An interplay between calcium signalling and plant stress tolerance. J Plant Physiol 256, 153327.
Oliveros JC (2007) VENNY. An interactive tool for comparing lists with Venn Diagrams. http://bioinfogp cnb csic es/tools/venny/index html.
Pervaiz T, Liu SW, Uddin S et al. (2021) The Transcriptional Landscape and Hub Genes Associated with Physiological Responses to Drought Stress in Pinus tabuliformis. Int J Mol Sci 22 (17), 9604.
Polle A, Chen SL, Eckert C, Harfouche A (2019) Engineering drought resistance in forest trees. J Front Plant Sci 9, 1875.
Quezada EH, García GX, Arthikala MK et al. (2019) Cysteine-rich receptor-like kinase gene family identification in the Phaseolus genome and comparative analysis of their expression profiles specific to mycorrhizal and rhizobial symbiosis. J Genes 10 (1), 59.
Rehschuh R, Cecilia A, Zuber M et al. (2020) Drought-induced xylem embolism limits the recovery of leaf gas exchange in Scots pine. J Plant physiol 184 (2), 852-864.
Shannon P, Markiel A, Ozier O et al. (2003) Cytoscape: a software environment for integrated models of biomolecular interaction networks. J Genome Res 13(11), 2498–2504.
Song W-Y, Park J, Mendoza-Cózatl DG et al. (2010) Arsenic tolerance in Arabidopsis is mediated by two ABCC-type phytochelatin transporters. J PNAS 107 (49), 21187-21192.
Song Z, Zhang C, Chen L et al. (2021) The Arabidopsis small G‐protein AtRAN1 is a positive regulator in chitin‐induced stomatal closure and disease resistance. J Mol Plant Pathol 22 (1), 92-107.
Takahashi Y, Zhang J, Hsu P-K et al. (2020) MAP3Kinase-dependent SnRK2-kinase activation is required for abscisic acid signal transduction and rapid osmotic stress response. J Nat Commun 11 (1), 1-12.
Wang Z, Li G, Sun H et al. (2018) Effects of drought stress on photosynthesis and photosynthetic electron transport chain in young apple tree leaves. J Biol 7 (11), bio035279.
Yadeta KA, Elmore JM, Creer AY et al. (2017) A cysteine-rich protein kinase associates with a membrane immune complex and the cysteine residues are required for cell death. J Plant Physiol 173 (1), 771-787.
Yang C-Y, Hsu F-C, Li J-P et al. (2011) The AP2/ERF transcription factor AtERF73/HRE1 modulates ethylene responses during hypoxia in Arabidopsis. J Plant Physiol 156 (1), 202-212.
Zenes N, Kerr KL, Trugman AT, Anderegg WR (2020) Competition and drought alter optimal stomatal strategy in tree seedlings. J Front Plant Sci 11, 478
Zhou YP, Duan J, Fujibe T, Yamamoto KT, Tian CE (2012) AtIQM1, a novel calmodulin-binding protein, is involved in stomatal movement in Arabidopsis. J Plant Mol Biol 79 (4-5), 333-346. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 509 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 474 |