زراعت و فناوری زعفران

با همکاری انجمن علمی گیاهان دارویی ایران

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اعضای هیات تحریریه

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پیوندهای مفید

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

اطلاعات آماری نشریه

اخبار و اعلانات

فرم های نشریه

راهنمای نویسندگان

شناسایی نشانگرهای مولکولی ریز ماهواره در گیاه زعفران (.crocus sativus L) با استفاده از داده های RNA-Seq

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری اصلاح نباتات، ژنتیک مولکولی و مهندسی ژنتیک، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران

2 فرهاد نظریان فیروزآبادی، استاد گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران

3 دانشیار گروه گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران

4 استاد گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران

چکیده

زعفران ارزشمندترین گیاه ادویه‎ای و دارویی جهان است. به‌نژادی زعفران به دلیل اطلاعات اندک از ساختار ژنوم آن با مشکلات زیادی همراه است. از این‌رو، دست‌یابی به اطلاعات ژنتیکی این گیاه از اهمیت بسیاری برای برنامه‌های به‌نژادی سنتی و مولکولی آن برخوردار می‌باشد. نشانگرهای مولکولی به‌ویژه نشانگرهای قدرتمند هم‌بارزی همانند نشانگرهای ریزماهواره (SSRs) جایگاه مهمی در برنامه‌های به‌نژادی دارند. در پژوهش حاضر برای اولین بار نشانگرهای ریزماهواره‌ی SSR بنه گیاه زعفران از ترانسکریپتوم بنه تحت تاثیر بیماری قارچی Fusarium oxysporum استخراج شدند. در این راستا پس از استخراج RNA، توالی‌یابی بر اساس چارچوب فنی Novaseq6000 انجام شد. یکپارچه‎سازی نوپدید با بهره‌گیری از نرم‌افزار Trinity صورت گرفت و برای شناسایی SSRها از ابزار جستجوی MISA استفاده شد. بر اساس نتایج این مطالعه، از 357028 رونوشت شناسایی شده، تعداد 70060 رونوشت دربرگیرنده‌ی توالی SSR بودند. همچنین از مجموع 89888 SSR شناسایی شده، تکرارهای 1 و 2 نوکلئوتیدی بیشترین فراوانی (50% و 26%) را به خود اختصاص دادند. بر اساس نتایج حاصل از الگوریتم BLAST، بیشترین میزان شباهت رونوشت‌های حاوی SSRها با برنج و آرابیدوپسیس به‌ دست آمد. در مجموع از میان یونی‌ژن‌ها، تعداد 18846، 23988 و 10969 به ترتیب در پایگاه‌های داده‌ی UNIPROT، Nr و GO شناسایی شدند که تعداد 10375 یونی‌ژن در بین همه‌ی پایگاه‌ها مشترک بود. به دلیل اهمیت این گیاه در ایران به‌عنوان یک محصول راهبردی، توسعه نشانگرهای هم‌بارز با چندشکلی بالا مانند نشانگرهای SSR، برای بررسی تنوع ژنتیکی، ساخت نقشه‌های ژنتیکی، تجزیه و تحلیل پیوستگی و نقشه‌یابی QTLs در برنامه‌های به-نژادی این گیاه مهم خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

identification of microsatellite molecular markers in saffron (.crocus sativus L) using RNA-Seq data

نویسندگان [English]

  • ali darvishian 1
  • Farhad Nazarian-Firouzabadi 2
  • Mostafa Darvishnia 3
  • Ahmad Ismaili 4

1 Ph.D candidate, Production Engineering and Plant Genetics Department, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Lorestan University, Khorramabad, Iran

2 Professor, Production Engineering and Plant Genetics Department, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Lorestan University, Khorramabad, Iran

3 Associate Professor, Plant Protection Department, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Lorestan University Khorramabad, Iran

4 Production Engineering and Plant Genetics Department, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Lorestan University, Khorramabad, Iran

چکیده [English]

Saffron (Crocus sativus L.) is the most valuable spice in the world. Due to the lack of genomic information, saffron breeding has encountered many problems. To this end, generating and collecting genetic data using Next Generation Sequencing (NGS) techniques is crucial for saffron traditional and molecular breeding programs. Molecular markers, especially powerful co-dominance markers such as simple sequence repeats (SSRs) markers play an important role in breeding projects. In the present study for the first time, SSR markers related to genes associated with F. oxysporum disease of corms were identified following a RNA-Seq based transcriptomic approach. To this end, total RNA was extracted from mature corms and RNA-Seq was performed based on the Novaseq6000 platform. The De-novo assembly was performed with Trinity software and the MISA search tool was used to identify SSRs. Based on the results of this study, 357028 transcripts were identified. A total of 70060 transcripts were identified to contain SSR sequences. BLAST algorithm analysis revealed that the highest similarity between saffron SSRs was found with that of rice and Arabidopsis. Among the identified unigenes, 18846, 23988 and 10969 genes were identified in UNIPROT, Nr and GO databases, respectively, in which 10375 unigenes were common to all databases. Due to the high priority of saffron in Iran as a strategic crop plant, any genetic information, including mining SSRs, is of great importance in studying genetic diversity, constructing genetic maps, linkage and QTLs analysis in saffron future breeding programs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Transcriptome Analysis
  • Sequencing
  • Codominant Markers
مراجع
Alavi-Kia, S., Mohammadi, S., Aharizad, S., and Moghaddam, M. 2008. Analysis of genetic diversity and phylogenetic relationships in Crocus genus of Iran using inter-retrotransposon amplified polymorphism. Biotechnology and Biotechnological Equipment 22: 795-800.
Alipoor Miandehi, Z., Mahmoodi, S., Behdani, M.A., and Sayyari, M.H. 2014. Effects of corm weight and application of fertilizer types on some growth characteristics and yield of saffron (Crocus sativus L.) under Mahvelat conditions. Journal of Saffron Research 2: 97-112.
Ambardar, S., Vakhlu, J., and Sowdhamini, R. 2021. De-novo draft genome sequence of Crocus sativus L, saffron, a golden condiment. BioRxiv.
Andrews, S. 2010. FastQC: A quality control tool for high throughput sequence data. Available online at: http://www.bioinformatics.babraham.ac.uk/projects/fastqc.
Baba, S.A., Mohiuddin, T., Basu, S., Swarnkar, M.K., Malik, A.H., Wani, Z.A., Abbas, N., Singh, A.K., and Ashraf, N. 2015. Comprehensive transcriptome analysis of Crocus sativus for discovery and expression of genes involved in apocarotenoid biosynthesis. BMC Genomics 16: 1-14.
Babaei, S., Talebi, M., Bahar, M., and Zeinali, H. 2014. Analysis of genetic diversity among saffron (Crocus sativus) accessions from different regions of Iran as revealed by SRAP markers. Scientia Horticulturae 171: 27-31.
Beier, S., Thiel, T., Münch, T., Scholz, U., and Mascher, M. 2017. MISA-web: a web server for microsatellite prediction. Bioinformatics 33: 2583-2585.
Chen, J., Li, R., Xia, Y., Bai, G., Guo, P., Wang, Z., Zhang, H., and Siddique, K.H. 2017. Development of EST-SSR markers in flowering Chinese cabbage (Brassica campestris L. ssp. chinensis var. utilis Tsen et Lee) based on de novo transcriptomic assemblies. PloS One 12: e0184736.
Festuccia, C., Mancini, A., Gravina, G.L., Scarsella, L., Llorens, S., Alonso, G.L., Tatone, C., Di Cesare, E., Jannini, E.A., and Lenzi, A. 2014. Antitumor effects of saffron-derived carotenoids in prostate cancer cell models. BioMed Research International 2014: 1-12.
Guo-Qing, C. 2011. Analysis of SSR information in EST resource of saffron (Crocus sativus). Guangxi Plant 31: 43-46.
Haas, B.J., Papanicolaou, A., Yassour, M., Grabherr, M., Blood, P.D., Bowden, J., Couger, M.B., Eccles, D., Li, B., and Lieber, M. 2013. De novo transcript sequence reconstruction from RNA-seq using the Trinity platform for reference generation and analysis. Nature Protocols 8 (8): 1494-1512.
Hiremath, P.J., Farmer, A., Cannon, S.B., Woodward, J., Kudapa, H., Tuteja, R., Kumar, A., BhanuPrakash, A., Mulaosmanovic, B., and Gujaria, N. 2011. Large‐scale transcriptome analysis in chickpea (Cicer arietinum L.), an orphan legume crop of the semi‐arid tropics of Asia and Africa. Plant Biotechnology Journal 9: 922-931.
Jain, M., Srivastava, P.L., Verma, M., Ghangal, R., and Garg, R. 2016. De novo transcriptome assembly and comprehensive expression profiling in Crocus sativus to gain insights into apocarotenoid biosynthesis. Scientific Reports 6: 1-13.
Jiang, Y., Li, H., Zhang, J., Xiang, J., Cheng, R., and Liu, G. 2018. Whole genomic EST-SSR development based on high-throughput transcript sequencing in proso millet (Panicum miliaceum). International Journal of Agriculture and Biology 20: 617-620.
Koocheki, A., Siah, M.A., Azizi, G., and Jahani, K.M. 2011. The effect of high density and depth of planting on agronomic characteristics of Saffron (Crocus sativus L.) and corms behavior. Journal of Agroecology 3 (1): 36-45
Kumar, S., and Bhatia, S. 2016. A polymorphic (GA/CT)n- SSR influences promoter activity of Tryptophan decarboxylase gene in Catharanthus roseus L. Don. Scientific Reports 6: 33280.
Li, Y.C., Korol, A.B., Fahima, T., Beiles, A., and Nevo, E. 2002. Microsatellites: genomic distribution, putative functions and mutational mechanisms: a review. Molecular Ecology 11: 2453-2465.
Luro, F.L., Costantino, G., Terol, J., Argout, X., Allario, T., Wincker, P., Talon, M., Ollitrault, P., and Morillon, R. 2008. Transferability of the EST-SSRs developed on Nules clementine (Citrus clementina Hort ex Tan) to other Citrus species and their effectiveness for genetic mapping. BMC Genomics 9: 1-13.
Millan, T., Clarke, H.J., Siddique, K.H., Buhariwalla, H.K., Gaur, P.M., Kumar, J., Gil, J., Kahl, G., and Winter, P. 2006. Chickpea molecular breeding: new tools and concepts. Euphytica 147: 81-103.
Nemati, Z., Harpke, D., Gemicioglu, A., Kerndorff, H., and Blattner, F.R. 2019. Saffron (Crocus sativus) is an autotriploid that evolved in Attica (Greece) from wild Crocus cartwrightianus. Molecular Phylogenetics and Evolution 136: 14-20.
Nasiri, E., Sabouri, A., Forghani, A., and Esfahani, M. 2019. Grouping of rice genotypes based on grain iron, zinc, manganese, and protein and performance measurement of linked microsatellite markers. Plant Genetic Researches 5: 73-84.
Nemati, Z., Zeinalabedini, M., Mardi, M., Pirseyediand, S.M., Marashi, S.H., and Khayam Nekoui, S.M. 2012. Isolation and characterization of a first set of polymorphic microsatellite markers in saffron, Crocus sativus (Iridaceae). American Journal of Botany 99: 340-343.
Qian, X., Sun, Y., Zhou, G., Yuan, Y., Li, J., Huang, H., Xu, L., and Li, L. 2019. Single-molecule real-time transcript sequencing identified flowering regulatory genes in Crocus sativus. BMC Genomics 20: 1-18.
Shokeen, B., Choudhary, S., Sethy, N.K., and Bhatia, S. 2011. Development of SSR and gene-targeted markers for construction of a framework linkage map of Catharanthus roseus. Annals of Botany 108: 321-336.
Soltani, H.M., SADAT, N.S.A., Shariati, V., and Amiripour, M. 2019. Large scale identification of SSR molecular markers in Ajowan (Trachyspermum ammi) using RNA sequencing. Journal of Plant Genetics Researches 6 (1): 31-46.
Strickler, S.R., Bombarely, A., and Mueller, L.A. 2012. Designing a transcriptome next‐generation sequencing project for a nonmodel plant species1. American Journal of Botany 99: 257-266.
Thiel, T., Michalek, W., Varshney, R., and Graner, A. 2003. Exploiting EST databases for the development and characterization of gene-derived SSR-markers in barley (Hordeum vulgare L.). Theoretical and Applied Genetics 106 (41): 411-422.
Wegener, M. 1992. Optimierung von saatgutpillierungen mit mikrobiellen antagonisten zur biologischen biologischen bekampfung von Fusarium culmorum (WG Smith) Sacc. in weizen. Weizen. Diplomarbeit, Universitat Gottingen.
Zietkiewicz, E., Rafalski, A., and Labuda, D. 1994. Genome fingerprinting by simple sequence repeat (SSR)-anchored polymerase chain reaction amplification. Genomics 20: 176-183.
زراعت و فناوری زعفران
دوره 10، شماره 2 - شماره پیاپی 36
تابستان 1401
تیر 1401
صفحه 149-161
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار