جداسازی ژن‌های کاندید در میانکنش میزبان- گل جالیز (Phelipanche aegyptiaca) با استفاده از روش پیمایش ژنوم

پژوهش های حفاظت گیاهان ایران

مقاله 9، دوره 36، شماره 2 - شماره پیاپی 56، تیر 1401، صفحه 259-267   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jpp.2022.71531.1038

نویسندگان

محمدرضا رضائی¹؛ امین میرشمسی کاخکی^{* 1}؛ علیرضا سیفی²

¹گروه بیوتکنولوژی و به نژادی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران

²گروه بیوتکنولوژی و به نژادی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی ، مشهد، ایران

چکیده

گیاه گل­جالیز مصری (P. aegyptiaca) یکی از مهمترین گونه‌های انگلی می‌باشد که خسارت پنهان آن به انواع گیاهان زراعی از طریق جذب آب و مواد غذایی از ریشه گیاه میزبان، بسیار قابل توجه است. مرحله اتصال مکینه انگل به میزبان، مهم­ترین مرحله برای مطالعه مولکولی میانکنش انگل-میزبان است. با گسترش روش­های توالی­یابی NGS و مطالعات ترنسکریپتوم، اطلاعات مهمی از مراحل رشدی و میانکنش گیاهان انگلی با میزبان در دسترس قرار گرفته است. برای روشن شدن راهبردهای مولکولی کلیدی این فرایند، داده‌های RNA-Seq موجود در پایگاه داده پروژه ژنوم گیاهان انگلی (http://ppgp.huck.psu.edu) آنالیز شد. آنالیز داده­های ترنسکریپتوم مربوط به مرحله اتصال به میزبان به عنوان مرحله مهم در فرایند انگلی شدن، منجر به شناسایی رونوشت­هایی با افزایش بیان در این مرحله گردیده است. از بین رونوشت‌های شناسایی شده احتمالی با کارکرد نامشخص، چهار رونوشت که بیشترین سطح بیان را در مرحله اتصال به میزبان داشتند در این مطالعه بطور دقیق­تری بررسی شدند. برای تشخیص نقش احتمالی این رونوشت‌ها در فرایند انگلی شدن گل جالیز، جهت دستیابی به توالی کامل­تر از روش پیمایش ژنوم استفاده شد. 587 جفت باز به توالی رونوشت Oa424 و 165 جفت باز به توالی رونوشت Oa1635 اضافه گردید. بررسی­ها نشان داد توالی کامل رونوشت Oa424 و بخشی از توالی Oa1635 به روش پیمایش ژنوم جداسازی شده است. تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیکی توالی‌های کامل Oa424 و Oa1635، تشابه با پروتیئن­های با فعالیت ترانسپوزاز را نشان دادند. با توجه به نقش تنظیمی پروتئین‌های دارای دامین ترانسپوزاز به نظر می‌رسد احتمالا این دو رونوشت نقش تنظیمی در فرایند انگلی شدن دارند. همچنین با توجه به وجود سیگنال پپتید در این توالی­ها، احتمالا این دو رونوشت پروتئین­های ترشحی را کد می­کنند که در میانکنش انگل-میزبان از اندام مکنده ترشح می­شوند.

کلیدواژه‌ها

پیمایش ژنوم؛ ترنسکریپتوم؛ گیاه انگل

مراجع

1. Alakonya, A., Kumar, R., Koenig, D., Kimura, S., Townsley, B., Runo, S., Garces, H.M., Kang, J., Yanez, A., David-Schwartz, R., Machuka, J., & Sinha, N. (2012). Interspecific RNA Interference of SHOOT MERISTEMLESS-Like Disrupts Cuscuta pentagona Plant Parasitism. The Plant Cell 24(7): 3153-3166. https://doi.org/10.1105/tpc.112.099994.
2. Aravind, L., Iyer, L. M., Balaji, S., & Babu, M.M. (2006). The natural history of the WRKY–GCM1 zinc fingers and the relationship between transcription factors and transposons. Nucleic Acids Research 34(22): 6505-6520. https://doi.org/1093/nar/gkl888.
3. Bundock, P., & Hooykaas, P. (2005). An Arabidopsis hAT-like transposase is essential for plant development. Nature 436(7048): 282-284. https://doi.org/1038/nature03667.
4. Chai,, Zhu, X., Cui, H., Jiang, C., Zhang, J., & Shi, L. (2015). Lily Cultivars Have Allelopathic Potential in Controlling Orobanche aegyptiaca Persoon. PloS one 10(11): e0142811. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0142811.
5. Delavault, P. (2015). Knowing the Parasite: Biology and Genetics of Orobanche. Helia 38(69): 15-29. https://doi.org/10.1515/helia-2014-0030.
6. Doyle, J. (1991) DNA Protocols for Plants. 283-293. In: Hewitt, G.M., Johnston, A.W.B. and Young, J.P.W. (Eds.) Molecular Techniques in Taxonomy, Springer, Berlin, Heidelberg.
   https://doi.org/10.1007/978-3-642-83962-7_18.
7. Govindarajulu, M., Epstein, L., Wroblewski, T., & Michelmore, R.W. (2015). Host‐induced gene silencing inhibits the biotrophic pathogen causing downy mildew of lettuce. Plant Biotechnology Journal, 13(7): 875-883. https://doi.org/10.1111/pbi.12307.
8. Gressel, J., Hanafi, A., Head, G., Marasas, W., Obilana, A.B., Ochanda, J., & Tzotzos, G. (2004). Major heretofore intractable biotic constraints to African food security that may be amenable to novel biotechnological solutions. Crop protection 23(8): 661-689. https://doi.org/10.1016/j.cropro.2003.11.014.
9. Grimm, S., & Voß-Neudecker, F. (2003). High-purity plasmid isolation using silica oxide. p. 83-87. In Casali & A. Preston (Eds.) E. coli Plasmid Vectors. Humana Press.
10. Joel, D., Hershenhorn, J., Eizenberg, H., Aly, R., Ejeta, G., Rich, P., & Rubiales, D. (2007). Biology and management of weedy root parasites. Horticultural Reviews 33: 267-349. https://doi.org/10.1002/9780470168011.ch4.
11. Koch, A., & Kogel, K.H. (2014). New wind in the sails: Improving the agronomic value of crop plants through RNAi-mediated gene silencing. Plant Biotechnology Journal 12(7): 821-831. https://doi.org/1111/pbi.12226.
12. Leoni, C., Volpicella, M., De Leo, F., Gallerani, R., & Ceci, L.R. (2011). Genome walking in eukaryotes. The FEBS Journal 278(21): 3953-3977. https://doi.org/10.1111/j.1742-4658.2011.08307.x.
13. Li, J.-F., Li, L., & Sheen, J. (2010). Protocol: a rapid and economical procedure for purification of plasmid or plant DNA with diverse applications in plant biology. Plant Methods 6(1): 1. https://doi.org/1186/1746-4811-6-1.
14. Lin, R., Ding, L., Casola, C., Ripoll, D.R., Feschotte, C., & Wang, H. (2007). Transposase-derived transcription factors regulate light signaling in Arabidopsis. Science 318(5854): 1302-1305. https://doi.org/10.1126/science.1146281.
15. Moon, D.C., Choi, C.H., Lee, S.M., Lee, J.H., Kim, S.I., Kim, D.S., & Lee, J.C. (2012). Nuclear Translocation of Acinetobacter baumannii Transposase Induces DNA Methylation of CpG Regions in the Promoters of E-cadherin Gene. PloS One 7(6): e38974. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0038974.
16. Sambrook, J., & Russell, D. W. (2006). The inoue method for preparation and transformation of competent coli:“ultra-competent” cells. Csh Protoc 2006(1): 10-1101.
17. Singh, H.P., Batish, D.R., & Kohli, R.K. (2006). Handbook of Sustainable Weed Management: Taylor & Francis. https://doi.org/10.1201/9781482293593.
18. Tang, W., Wang, W., Chen, D., Ji, Q., Jing, Y., Wang, H., & Lin, R. (2012). Transposase-derived proteins FHY3/FAR1 interact with phytochrome-interacting factor1 to regulate chlorophyll biosynthesis by modulating during deetiolation in The Plant Cell 24(5): 1984-2000. https://doi.org/10.1105/tpc.112.097022.
19. Tomilov, A.A., Tomilova, N.B., Wroblewski, T., Michelmore, R., & Yoder, J.I. (2008). Trans-specific gene silencing between host and parasitic plants. The Plant Journal 56(3): 389-397. https://doi.org/1111/j.1365-313x.2008.03613.x.
20. Wang, Z., Gerstein, M., & Snyder, M. (2009). RNA-Seq: a revolutionary tool for transcriptomics. Nature Reviews Genetics 10: 57. https://doi.org/10.1038/nrg2484.
21. Yang, Z., Wafula, E.K., Honaas, L. A., Zhang, H., Das, M., Fernandez-Aparicio, M., & Der, J.P. (2014). Comparative transcriptome analyses reveal core parasitism genes and suggest gene duplication and repurposing as sources of structural novelty. Molecular Biology and Evolution 32(3): 767-790. https://doi.org/10.1093/molbev/msu343.
22. Yoder, J.I., Gunathilake, P., Wu, B., Tomilova, N., & Tomilov, A.A. (2009). Engineering host resistance against parasitic weeds with RNA interference. Pest Management Science 65(5): 460-466. https://doi.org/1002/ps.1696.