جداسازی، تعیین خصوصیت و تحلیل بیان ژن 4’OMT2 گیاه دارویی شقایق

نوع مقاله: مقاله علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد

2 نویسنده مسئول مکاتبات، دانشیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد پست الکترونیک: ismaili.a@lu.ac.ir

3 استاد، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد

چکیده

DOR: 98.1000/1735-0891.1397.2.165.52.26.1580.32

گیاه شقایق (Papaver somniferum L.) یکی از مهمترین گیاهان دارویی جهان بوده و چندین آلکالوئید بنزیل ایزوکوئینولینی دارویی مهم را تولید می‌کند. در این پژوهش ژن 4’OMT2 (3′-hydroxy-N-methylcoclaurine 4′-O-methyltransferase) از این گیاه جداسازی، تعیین توالی و تعیین خصوصیت شد. پس از تکثیر توالی کد‎کننده و ژنومیک ژن 4’OMT2با استفاده از PCR، این قطعات در پلاسمید pTZ57R/T همسانه‎سازی و تعیین توالی شدند. نتایج توالی‌یابی قطعاتی با طول 1074 و 1189 جفت بازی را به‎ترتیب برای توالی کد‎کننده و ژنومیک نشان داد. برای اولین بار در این گیاه، نتایج وجود یک اینترون با طول 115 جفت باز را در توالی ژنومیک ژن 4’OMT2نشان داد. ژن جداسازی شده از ژنوتیپ ایرانی با همسانی بسیار بالایی به ژن 4’OMT2جنس شقایق شباهت داشت و با همسانی بیشتر از 67 درصد به گیاهان راسته آلاله سانان شبیه بود. بررسی‌های بیوانفورماتیکی بیشتر نشان داد که ژن 4’OMT2آنزیمی پایدار را تولید می‌کند که بدون سیگنال پپتید بوده و در سیتوپلاسم تجمع پیدا می‌کند. برای بررسی آنالیز بیان ژن، پنج کتابخانه از داده‌های SRA (نوع mRNA) گیاه شقایق مربوط به ترانسکریپتوم جوانه گل، برگ، میوه در حال نمو، ساقه و ریشه از پایگاه SRA دریافت و بیان ژن جداسازی شده 4’OMT2در آنها با استفاده از نرم‎افزار IDEG6 و آزمون‌های آماری بررسی شد. نتایج نشان داد که این ژن دارای بیان متفاوتی در بافت‌های مختلف گیاه شقایق بوده و بیشترین میزان بیان را در بافت ساقه دارد. شناسایی توالی کدکننده ژن‌های بیوسنتزی و بررسی خصوصیات آنها اولین قدم در دست‎ورزی ژنتیکی و بهره‎گیری در مهندسی متابولیک است. در این پژوهش برای اولین بار توالی کد‎کننده کامل ژن 4’OMT2از گیاه شقایق جداسازی شد و وجود یک اینترون در ساختار آن مشخص و اثبات شد.

کلیدواژه‌ها


-  Ast, G., 2004. How did alternative splicing evolve? Nature Reviews Genetics, 5: 773-782.
-  Bao, R., Huang, L., Andrade, J., Tan, W., Kibbe, W.A., Jiang H. and Feng, G., 2014. Review of current methods, applications, and data management for the bioinformatics analysis of whole exome sequencing. Cancer Informatics, Sup 2: 67-83.
-  Beaudoin, G.A. and Facchini, P.J., 2014. Benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis in opium poppy. Planta, 240: 19-32.
-  Chandra, S., Lata H. and Varma, A., 2014. Biotechnology for medicinal plants. Springer.
-  Dardel, F. and Kepes, F., 2007. Bioinformatics: genomics and post-genomics. John Wiley & Sons, United States, 252p.
-  Edwards, K., Johnstone C. and Thompson, C., 1991. A simple and rapid method for the preparation of plant genomic DNA for PCR analysis. Nucleic Acids Research, 19: 1349.
-  Gill, R.W. and Sanseau, P., 2000. Rapid in silico cloning of genes using expressed sequence tags (ESTs). Biotechnology Annual Review, 5: 25-44.
-  Gurkok, T., Ozhuner, E., Parmaksiz, I., Özcan, S., Turktas, M., Ipek, A., Demirtas, I., Okay S. and Unver, T., 2016. Functional Characterization of 4′ OMT and 7OMT Genes in BIA Biosynthesis. Frontiers in Plant Science, 7.
-  Inui, T., Tamura, K.I., Fujii, N., Morishige T. and Sato, F., 2007. Overexpression of Coptis japonica norcoclaurine 6-O-methyltransferase overcomes the rate-limiting step in benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis in cultured Eschscholzia californica. Plant and Cell Physiology, 48: 252-262.
-  Kapoor, L., 1995. Opium poppy: botany, chemistry, and pharmacology. Food Products Press, United States, 326p.
-  Lam, K.C., Ibrahim, R.K., Behdad B. and Dayanandan, S., 2007. Structure, function, and evolution of plant O-methyltransferases. Genome, 50: 1001-1013.
-  Maroufi, A., Salimi V. and Majdi, M., 2017. Isolation of Δ5-3β-hydroxysteroid dehydrogenase involved in the biosynthetic pathway of cardenolides and its expression level under the influence of salicylic acid and methyl jasmonate elicitors in foxglove (Digitalis nervosa L.). Iranian Journal of Rangelands and Forests Plant Breeding and Genetic Research, 25: 97-110.
-  Matlin, A.J., Clark F. and Smith, C.W., 2005. Understanding alternative splicing: towards a cellular code. Nature reviews Molecular Cell Biology, 6: 386-398.
-  Morishige, T., Tsujita, T., Yamada Y. and Sato, F., 2000. Molecular characterization of theS-adenosyl-L-methionine: 3′-hydroxy-N-methylcoclaurine 4′-O-methyltransferase involved in isoquinoline alkaloid biosynthesis in Coptis japonica. Journal of Biological Chemistry, 275: 23398-23405.
-  Paul, B.D., Dreka, C., Knight E.S. and Smith, M.L.,1996. Gas chromatographic/mass spectrometric detection of narcotine, papaverine, and thebaine in seeds of Papaver somniferum. Planta Medica, 62: 544-547.
-  Pavy, N., Rombauts, S., Dehais, P., Mathe, C., Ramana, D.V., Leroy P. and Rouze, P., 1999. Evaluation of gene prediction software using a genomic data set: application to Arabidopsis thaliana sequences. Bioinformatics, 15: 887-899.
-  Periwal, V. and Scaria, V., 2014. Bioinformatics Review. Bioinformatics, 45: 1-9.
-  Petersen, T.N., Brunak, S., von Heijne G. and Nielsen, H., 2011. SignalP 4.0: discriminating signal peptides from transmembrane regions. Nature Methods, 8: 78.
-  Pevsner, J., 2015. Bioinformatics and functional genomics. John Wiley & Sons, United States, 1160p.
-  Samanani, N., Alcantara, J., Bourgault, R.,  Zulak K.G. and Facchini, P.J., 2006. The role of phloem sieve elements and laticifers in the biosynthesis and accumulation of alkaloids in opium poppy. The Plant Journal, 47: 547-563.
-  Samanani, N., Park S.U.and Facchini, P.J., 2005. Cell type–specific localization of transcripts encoding nine consecutive enzymes involved in protoberberine alkaloid biosynthesis. The Plant Cell, 17: 915-926.
-  Shahid, M., Shahzad, A., Malik A.and Sahai, A., 2013. Recent Trends in Biotechnology and Therapeutic Applications of Medicinal Plants. Springer, London, 359p.
-  Shokri, E., Kazemi Tabar, S., Zolala, J., Nematzadeh, G., Hoseinpoor Azad, N. and Nasiri, N., 2012. Cloning and characterization of full length CDS of delta-6 desaturase (d6d) from Iranian borage (Echium amoenum). Iranian Journal of Rangelands and Forests Plant Breeding and Genetic Research, 19: 205-217.
-  Sun, J.Y., Hammerlindl, J., Forseille, L., Zhang H. and Smith, M.A., 2014. Simultaneous over‐expressing of an acyl‐ACP thioesterase (FatB) and silencing of acyl‐acyl carrier protein desaturase by artificial microRNAs increases saturated fatty acid levels in Brassica napus seeds. Plant Biotechnology Journal, 12: 624-637.
-  Weid, M., Ziegler J. and Kutchan, T.M., 2004. The roles of latex and the vascular bundle in morphine biosynthesis in the opium poppy, Papaver somniferum. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 101: 13957-13962.
-  Yu, C.S., Chen, Y.C., Lu C.H. and Hwang, J.K., 2006. Prediction of protein subcellular localization. Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics, 64: 643-651.
-  Zubieta, C., He, X.Z.  Dixon R.A. and Noel, J.P., 2001. Structures of two natural product methyltransferases reveal the basis for substrate specificity in plant O-methyltransferases. Nature Structural & Molecular Biology, 8: 271-279.