آنالیز توالی های کد شونده ژن های GAI و PIP2 گردو و مقایسه آن با سایر گیاهان در شرایط in silico

علوم باغبانی

مقاله 7، دوره 30، شماره 3، آذر 1395، صفحه 480-490   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jhorts4.v30i3.45442

نویسندگان

مهدی محسنی آذر^{* 1}؛ مسعود توحیدفر²؛ کورش وحدتی¹

¹دانشگاه تهران- پردیس ابوریحان

²پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی کرج

چکیده

صفت پاکوتاهی از جمله صفات مهم در اصلاح گیاهان زراعی و باغی محسوب می شود. استفاده از پایههای پاکوتاه در درختان میوه، افزایش عملکرد در واحد سطح و تسهیل در عملیات زراعی و داشت را به دنبال دارد. ژنهای متعددی در بروز این صفت دخیل هستند. جهش در دو ژن GAI و PIP2 با دو مکانیسم مختلف در بروز صفت پاکوتاهی در برخی گونه های گیاهی نقش دارند. در این مطالعه، آنالیز in silico و فیلوژنتیکی ژن های GAI و PIP2 از نظر تعداد اسید آمینه، ساختار دوم و سوم و محل تغیرات پس از ترجمه، تعداد اگزون و اینترون، هدف گیری4 و عملکرد آنها بررسی شد. در بررسی فیلوژنتیکی بین 17 گونه مختلف، گونه گردو بر اساس توالی ژنومی و پروتئینی هر دو ژن GAI و PIP2 از نظر تکاملی همانطور که انتظار می رفت، در گروه گیاهان دو لپه و چوبی قرار گرفت. با انجام همردیفی های چندگانه5 و بررسی نواحی حفاظت شده این ژن ها درگیاهان، مشخص گردید که بین این ژن ها به رغم تفاوت در طول cDNA شباهت زیادی خصوصاً در نواحی حفاظت شده، ساختار دو بعدی و سه بعدی وجود دارد. با استفاده از نرم افزار PSIPRED، در ساختار دو بعدی پروتئین، هلیکس ها و صفحات بتا برای هر دو ژن مشخص شد. در مقایسه ساختار سه بعدی پروتئین PIP2 گردو، مشابه ترین پروتئین، زنجیره A پروتئین PIP2 اسفناج (Spinacia oleracea) به‌دست آمد. همچنین با مقایسه ساختار سه بعدی پروتئین GAI گردو در بانک PDB مشابه ترین ساختار مربوط به زیرواحد بتای پروتئین GAI آرابیدوپسیس6 بدست آمد، که 48 درصد درناحیه دومین DELLA شباهت داشت. با آنالیز هدف گیری و تعیین تعداد اگزون و اینترون مشخص شد که ژن GAI دارای یک اگزون و بدون اینترون و دارای هدف گیری هسته ای و ژن PIP2 دارای 4 اگزون و 3 انترون بود که هدف گیری آن در غشا سیتوپلاسمی سلول قرار دارد. همچنین نتایج، تجزیه Tcoffee نشان داد که ژن PIP2 نسبت به GAI در طول تکامل در بین گونه های گیاهی بسیار حفاظت شده تر است.

کلیدواژه‌ها

پاکوتاهی؛ تجزیه فیلوژنتیکی؛ ژن GAI؛ ژن PIP2؛ همردیفی

مراجع

1. Achard P., Cheng H., De Grauwe L., Decat J., Schoutteten H., Moritz T., Van Der Straeten D., Peng J., and Harberd N.P. 2006. Integration of plant responses to environmentally activated phytohormonal signals. Science 311: 91-94.

2. Achard P., Liao L., Jiang C., Desnos T., Bartlett J., Fu X., Harberd N.P. 2007. DELLAs contribute to plant photomorphogenesis. Plant Physiology 143: 1163-1172.

3. Bolle C. 2004. The role of GRAS proteins in plant signal transduction and development. Planta 218: 683-692.

4. Boss P.K., Thomas M.R. 2002. Association of dwarfism and floral induction with a grape ‘green revolution’ mutation. Nature 416:847-850.

5. Cao, D., Hussain, A., Cheng, H., and Peng, J. 2005. Loss of function of four DELLA genes leads to light-and gibberellin-independent seed germination in Arabidopsis. Planta, 223: 105-113.

6. Darabi, M., Masoudi-Nejad, A., and Nemat-Zadeh, G. 2012. Bioinformatics study of the 3-hydroxy-3-methylglotaryl-coenzyme A reductase (HMGR) gene in Gramineae. Molecular biology reports, 39: 8925-8935.

7. Fleet C.M., and Sun T.P. 2005. A DELLAcate balance: the role of gibberellin in plant morphogenesis. Current Opinion in Plant Biology 8: 77-85.

8. Hasani G., Baneh H.D., Mahmudzadeh H. 2012. Fruit Yield Efficiency and Some Vegetative Characteristics of Commercial and Spur Type Apple Cultivars. Seed and Plant Production Journal 28:373-376. (in Persian with English abstract)

9. Lovisolo C., Secchia F., Nardinib A., Salleob S., Buffac R., and Schubert A. 2007. Expression of PIP1 and PIP2 aquaporins is enhanced in olive dwarf genotypes and is related to root and leaf hydraulic conductance. Physiologia Plantarum 130: 543-551.

10. Mansouri S., Mehrabi A.A., Kahrizi D. 2013. Phylogenetic Analysis of SOS1 Gene in Different Species Based on Coding Sequences. Middle-East Journal of Scientific Research.14:1226-9.

11. Nardini A., Gasco A., Raimondo F., Gortan E., Lo Gullo MA., Caruso T., and Salleo S 2006. Is rootstock-induced dwarfing in olive an effect of reduced plant hydraulic efficiency?. Tree Physiology 26:1137-1144.

12. Olszewski N., Sun T.P., Gubler F. 2002. Gibberellin signaling: Biosynthesis, catabolism, and response pathways. Plant Cell. 14:S61-S80.

13. Sakr S., Alves G., Morillon R., Maurel K., Decourteix M., Guilliot A., Lessard P.F., Julien J.L., and Chrispeels M.J. 2003. Plasma membrane aquaporins are involved in winter embolism recovery in walnut tree. Plant Physiology, 133: 630–641.

14. Weibel A.M. 2008. Dwarfing mechanisms of Prunus species as interstems and rootstocks on peach [Prunus persica (l.) batsch] tree vegetative growth and physiology. Dissertation, Graduate School of Clemson University, USA

15. Yamaguchi S. 2008. Gibberellin metabolism and its regulation. Annual Review of Plant Biology 59:225-251.