تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیکی توالی‌های EST کلاله زعفران (.Crocus sativus L) به منظور تعیین جهت‌گیری کارکردی ژنوم و شبکه ژنی

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش¬آموخته کارشناسی ارشد اصلاح نباتات دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز

2 دانشجوی دکتری زراعت اصلاح تباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز.

3 استادیار گروه زراعت و اصلاح نباتات دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز

چکیده

روش‌های ژنومیکس کارکردی نظیر تجزیه و تحلیل توالی‌های EST، امکان شناسایی، بررسی بیان و مطالعه رونوشت‌های ژنی درگیر در شبکه‌های تنظیمی و متابولیکی را فرآهم آورده‌اند. در این پژوهش به منظور شناسایی جهت گیری کارکردی ژنوم و تعیین شبکه ژنی درگیر در تکامل کلاله زعفران، 6202 توالی EST مربوط به کتابخانه‌ی کلاله بالغ زعفران مورد بررسی و تحلیل قرار گرفتند. پس از پیرایش اولیه توالی‌ها، دسته بندی و هم گذاری آنها انجام شد که منتج به ایجاد 910 unigene (604 کانتیگ و 304 سینگلتون) گردید. جستجوی بلاست ایکس نشان داد که 570 unigene دارای hit مشخص در بین پروتئین‌های آرابیدوپسیس بودند و برای سایر توالی‌ها hit مشخصی شناسایی نشد. گروه‌بندی و Gene enrichment analysis توالی‌ها آنها را در 31 گروه کارکردی مختلف قرار داد که حضور 12 گروه در سطح آماری 1% معنی‌دار گردید. شبکه ژنی مربوط به توالی های با حضور بالا (بیش از 20 رونوشت)، نشان داد که ارتباطات ژنی پیچیده ای در کلاله بالغ زعفران وجود دارد. نتایج مشخص نمود که مسیر علامت‌دهی جاسمونیک اسید و عوامل رونویسی مربوط به آن همچون MYB21 و Zinc finger ها سهم بزرگی از شبکه تنظیمی را به خود اختصاص می‌دهند و نقش کلیدی ای در تنظیم متابولیسم اولیه و ثانویه کلاله و به خصوص متابولیسم کارتنوئیدها (به عنوان مهم ترین متابولیت های زعفران)، بر عهده دارند. ژن‌های شناسایی شده در این پژوهش می توانند نامزدهای مناسبی برای دست‌ورزی تکامل و متابولیسم کلاله زعفران باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Bioinformatic Analysis of Saffron (Crocus sativus L.) stigma EST sequences to determining functional genome orientation and gene network

نویسندگان [English]

  • Masoumeh Aliakbari 1
  • Rouhollah Shamloo-Dashtpagerdi 2
  • Esmaeil Ebrahimie 3
1 Graduated MS of plant breeding, Faculty of Agriculture, Shiraz University
2 PhD student of plant breeding Faculty Agriculture, Shiraz University
3 Assistant professor of molecular genetics and genetic engineering, Faculty Agriculture, Shiraz University
چکیده [English]

Functional genomics methods such as Expressed Sequenced Tag (EST) analysis have provided possibilities for identification, expression analysis and study of transcripts involved in metabolic and regulatory networks. In order to identify of genome orientation and to determine gene networks involved in the evolution of saffron stigma, 6202 EST sequences from mature saffron stigma were analyzed. After initial trimming, sequences clustering and assembling resulted in 910 unigenes (604 Contigs and 304 Singleton). BLAST X revealed that 570 unigene had significant hit among the Arabidopsis protein database, whereas the remaining unigenes displayed no significant match with the any hit. Classifying and gene enrichment analysis of unigenes, put them into 31 distinct functional groups, where 12 groups of them were statistically significant at α=0.01. Gene network of high represented Contigs (which had greater than 20 transcripts), showed that there is a complex gene interaction in mature saffron stigmas. Results revealed that jasmonic acid signalling pathway and its transcription factors such as MYB21 and Zinc fingers play a key role in regulating of stigma primary and secondary metabolism, especially in metabolism of carotenoids (as the most important saffron metabolites). The genes identified in this study could be good candidates for manipulating the evolution and metabolism of saffron stigma.

  1. Ahrazem, O., Trapero, A., Gómez, M. D., Rubio-Moraga, A and Gómez-Gómez L. 2010. Genomic analysis and gene structure of the plant carotenoid dioxygenase 4 family: A deeper study in Crocus sativus L. and its allies. Genomics 96: 239-250.
  2. Ajam, M. 2007. Red gold of Iran is still unrivalled. Available at Web site http://hamshahrionline.ir/details/38311.
  3. Ali, Q., Ahsan. M., Tahir. M., Elahi. M., farooq. J. and Waseem, M. 2011. Gene expression and functional genomics approach for abiotic stress tolerance in different crop species. 2011. IJAVMS 5: 221-248.
  4. Carlson, S., J. P., Chourey1, S., Helentjaris, T. and Datta, R. 2002. Gene expression studies on developing kernels of maize sucrose synthase (SuSy) mutants show evidence for a third SuSy gene. Plant Molecular Biology49: 15-29.
  5. Chen, S.,  Li, X. Q., Zhao, A.,  Wang, L.,  Li, X., Shi, Q., Chen, M., Guo, J., Zhang, J., Qi, D. and Liu, G. 2009. Genes and Pathways Induced in Early Response to Defoliation in Rice Seedlings. Current Issues in Molecular Biology 11: 81-100.
  6. Cushman, J. C. and Bohnert, H. J. 2000. Genomic approaches to plant stress tolerance. Current Opinion in Plant Biology 3: 117-124.
  7. Dong, Q., Kroiss, L., Oakley, F. D., Wang, B. and V. Brendel. 2005. Comparative EST analysis in plant systems. Methods in enzymology 395: 400-416.
  8. Fiore, A., Pizzichini. D., Diretto. G., Scossa. F. and Spano, L. 2010. Genomics and Transcriptomics of Saffron: new tools to unravel the mistery behind an attractive spice. Functional Plant Science and Biotechnology 4: 2-25.
  9. Fleury, D., Jefferies. S., Kuchel, H. and Langridge, P. 2010. Genetic and genomic tools to improve drought tolerance in wheat. Journal of Experimental Botany 61: 3211-3222.
  10. Gomez-Gomez, L., Rubio-Moraga, A. And Ahrazem, O. Anderstanding carotenoid metabolism in Saffron stigmas: Unravelling aroma and colour formation. 2010. Functional plant science and biotechnology 4(2): 56-63.
  11. Hunter, W.N. 2007. The Non-mevalonate Pathway of Isoprenoid Precursor Biosynthesis. The Journal of Biological Chemistry 282 (30): 21573–21577.
  12. Kladnik, A., Vilhar, B., Chourey. P.S. and Dermastia, M. 2004. Sucrose synthase isozyme SUS1 in the maize root cap is preferentially localized in the endopolyploid outer cells. Canadian Journal of Botany 82: 96-103.
  13. Mandaokar, A., Thines1, B., Shin, B., Markus Lange1, B., Choi, G., Koo, Y.J., Yoo, Y. J., Choi, Y. D., Choi, G. and Browse J. 2006. Transcriptional regulators of stamen development in Arabidopsis identified by transcriptional profiling The Plant Journal 46: 984–1008.
  14. Masoudi-Nejad, A., K. Tonomura, S. Kawashima, Y. Moriya, M. Suzuki, M. Itoh, M. Kanehisa, T. Endo and S. Goto. 2006. EGassembler: online bioinformatics service for large-scale processing, clustering and assembling ESTs and genomic DNA fragments. Nucleic Acids Research Vol. 34, Web Server Issue: 459-462.
  15. Ogata, O and Suzukim H. 2011. Plant expressed sequence tags databases: practical uses and the improvement of their searches using network module analysis. Plant Biotechnology 28: 351-360.
  16. Reeves, P. H., Ellis, C. M., Ploense, S. E., Wu, M-F., Yadav, V., Tholl, D., Che´ telat, A., Haupt, I., Kennerley, B. J., Hodgens, C., Farmer, E . E., Nagpal, P. and Reed, J. W. 2012. A Regulatory Network for Coordinated Flower Maturation. PLoS Genetics 8(2): e1002506
  17. Rubio, A., Rambla, JL., Ahrazem, O., Granell, A. and Gomez-Gomez, L. 2009. Metabolite and target transcript analysis during Crocus sativus L. stigma development. Phytochemestry 70: 1009-1016.
  18. Srivastava, R., Ahmed, H., Dharamveer, D. R. K and Saraf, S. A. 2010. Crocus sativus L.: A comprehensive review. Pharmacogn Rev 4(8): 200-208.
  19. Urano, K., Kurihara. Y., Seki, M. and Shinozaki, K. 2010. ‘Omics’ analyses of regulatory networks in plant abiotic stress responses. Current Opinion in Plant Biology 13: 132-138.
  20. Usadel, B., Nagel. A., Steinhauser, D., Gibon, Y., O. Bläsing, E., Redestig. H., Sreenivasulu. N., Krall. L., Hannah, M. A., Poree, F., Fernie, A. R. and Stitt, M. 2006. PageMan: An interactive ontology tool to generate, display, and annotate overview graphs for profiling experiments. BMC Bioinformatics 7: 535.
  21. Xoconostle-Cazares, B., Ramirez-Ortega, F., Flores-Elenes, L. and R. Ruiz-Medrano. 2010. Drought tolerance in crop plants. American journal of plant physiology 5: 241-256.