شناسایی ریز RNAها و ژن‌های هدف مرتبط در گیاه دارویی مرزه خوزستانی

نوع مقاله : مقاله علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته دکتری، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد

2 نویسنده مسئول مکاتبات، استاد، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد

3 استاد، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد

4 استادیار، گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد

10.22092/ijrfpbgr.2021.354879.1386

چکیده

میرناها (microRNAها)، دسته­ ای از مولکول­ های تنظیم­کننده کوچک و غیر کدکننده هستند که بیان ژن را از طریق تخریب رونویسی یا سرکوب ترجمه تنظیم می­ کنند. میرناها، در تنظیم گستره وسیعی از فرایندهای متابولیکی و فیزیولوژیکی در گیاهان مشارکت دارند. خانواده نعناع به­ویژه مرزه خوزستانی، گیاهان شناخته شده­ ای از نظر طعم، عطر و خواص دارویی هستند. تاکنون هیچ­گونه گزارشی از شناسایی میرنا برای گیاه دارویی مرزه خوزستانی (Jamzad khuzistanica Satureja) ثبت نشده است. ازاین‌رو، در این مطالعه برای پیش­بینی میرنا و ژن­های هدفشان در مرزه خوزستانی، از رویکرد محاسباتی مبتنی بر جستجوی همسانی استفاده شد. یونی­ژن ­های غیر کدکننده به‌عنوان توالی ­های کاندید پیش‌ساز میرنا در نظر گرفته شدند. در نهایت پس از ارزیابی پارامترهای عمومی درصد باز GC، حداقل انرژی آزاد تاخوردگی (MFE)، شاخص حداقل انرژی آزاد تاخوردگی (MFEI) و ساختار ثانویه 58 میرنا شناسایی شد که از بین آنها با اعمال معیارهای شناسایی اختصاصی گیاهان و پالایش میرناهای پیش­بینی شده از چند رونوشت، در نهایت 10 میرنا شناسایی شد. سپس 930 رونوشت هدف با استفاده از وب­سایت psRNATarget برای آنها پیش­بینی و با استفاده از ابزار BLASTx نرم‌افزار (v2.6.0) Blast+ NCBI تفسیر کارکردی شد. بررسی ژن­های هدف نشان داد که ژن­های پاسخ‌دهنده اکسین، ژن­های GRAS ((Gibberlic-acid insensitive (GAI), Rspressor of GAI (RGA) and Scarerow (SCR))، ژن AGO2 ( 2 Argonaute) و ژن­های خانواده LAC (Laccase) از اهداف عمده میرناهای شناسایی شده در مرزه خوزستانی هستند. تجزیه‌وتحلیل غنی­سازی مسیر در ژن­ های هدف نشان داد که مسیر بیوسنتز متابولیت­های ثانویه به­طور معنی­ داری جزء اهداف میرناهای شناسایی شده هستند. این مطالعه، اولین گزارش از شناسایی میرنا در مرزه خوزستانی بوده که نقش آنها را در تنظیم ژن­های هدف توصیف می­ کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Axtell, MJ., Westholm, JO. and Lai, EC. 2011. Vive la différence: biogenesis and evolution of microRNAs in plants and animals. Genome Biology. 12: 1-13.
Bonnet, E., Wuyts, J., Rouzé, P. and Van de Peer, Y. 2004. Evidence that microRNA precursors, unlike other non-coding RNAs, have lower folding free energies than random sequences. Bioinformatics. 20: 2911-2917.
Castel, SE., Martienssen, RA., 2013. RNA interference in the nucleus: roles for small RNAs in transcription, epigenetics and beyond. Nature Reviews Genetics, 14: 100-112.
Dai, X. and Zhao, PX. 2011. psRNATarget: a plant small RNA target analysis server. Nucleic Acids Research. 39: W155-W159.
Dhandapani, V., Ramchiary, N., Paul, P., Kim, J., Choi, SH., Lee, J., Hur, Y. and Lim, YP. 2011. Identification of potential microRNAs and their targets in Brassica rapa L. Molecules and Cells. 32: 21-37.
Dudareva, N., Negre, F., Nagegowda, DA. and Orlova, I. 2006. Plant volatiles: recent advances and future perspectives. Critical Reviews in Plant Sciences. 25: 417-440.
Fan, R., Li, Y., Li, C. and Zhang, Y. 2015. Differential microRNA analysis of glandular trichomes and young leaves in Xanthium strumarium L. reveals their putative roles in regulating terpenoid biosynthesis. PLoS One. 10(9), p.e0139002.
Goossens, A., Häkkinen, ST., Laakso, I., Seppänen-Laakso, T., Biondi, S., De Sutter, V., Lammertyn, F., Nuutila, AM., Söderlund, H. and Zabeau, M. 2003. A functional genomics approach toward the understanding of secondary metabolism in plant cells. Proceedings of the National Academy of Sciences. 100 (14): 8595-8600.
Guigon, I., Legrand, S., Berthelot, JF., Bini, S., Lanselle, D., Benmounah, M. and Touzet, H. 2019. miRkwood: a tool for the reliable identification of microRNAs in plant genomes. BMC Genomics. 20: 1-9.
Gupta, O., Sharma, P., Gupta, R. and Sharma, I. 2014. MicroRNA mediated regulation of metal toxicity in plants: present status and future perspectives. Plant Molecular Biology. 84: 1-18.
Gupta, OP., Karkute, SG., Banerjee, S., Meena, NL. and Dahuja, A. 2017. Contemporary understanding of miRNA-based regulation of secondary metabolites biosynthesis in plants. Frontiers in Plant Science. 8: 374.
Haas, BJ., Papanicolaou, A., Yassour, M., Grabherr, M., Blood, PD., Bowden, J., Couger, MB., 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: 1494-1512.
Hao, DC., Chen, SL., Xiao, PG. and Liu, M. 2012. Application of high‐throughput sequencing in medicinal plant transcriptome studies. Drug Development Research. 73: 487-498.
Harvey, JJ., Lewsey, MG., Patel, K., Westwood, J., Heimstädt, S., Carr, JP. and Baulcombe, DC. 2011. An antiviral defense role of AGO2 in plants. PloS one. 6: e14639.
Huang, W., Peng, S., Xian, Z., Lin, D., Hu, G., Yang, L., Ren, M. and Li, Z. 2017. Overexpression of a tomato miR171 target gene Sl GRAS 24 impacts multiple agronomical traits via regulating gibberellin and auxin homeostasis. Plant Biotechnology Journal. 15: 472-488.
Jamzad, Z. 1994. A new species of the genus Satureja (Labiatae) from Iran. Iranian Journal of Botany. 6: 215-8.
Lan Thi Hoang, X., Du Nhi, NH., Binh Anh Thu, N., Phuong Thao, N. and Phan Tran, LS. 2017. Transcription factors and their roles in signal transduction in plants under abiotic stresses. Current genomics. 18: 483-497.
Li, L., Xu, J., Yang, D., Tan, X. and Wang, H. 2010. Computational approaches for microRNA studies: a review. Mammalian Genome. 21: 1-12.
Liang. PH., Ko, TP. and Wang, AHJ. 2002. Structure, mechanism and function of prenyltransferases. European Journal of Biochemistry. 269(14): 3339–54.
Mehta, A., Gupta, H., Rawal, R., Mankad, A., Tiwari, T., Patel, M. and Ghosh, A. 2016. In silico microRNA identification from stevia rebaudiana transcriptome assembly. European Journal of Medicinal Plants. 1-14.
Meadows, CW., Mingardon, F., Garabedian, BM., Baidoo, EEK., Benites, VT., Rodrigues, AV., Abourjeily, R., Chanal, A. and Lee, TS. 2018. Discovery of novel geranylgeranyl reductases and characterization of their substrate promiscuity. Biotechnology for Biofuels. 11: 340.
Mirjani, L., Salimi, A., Matinizadeh, M., Razavi, K. and Shahbazi, M. 2018. Effective factors on micropropagation of medicinal plant of Satureja khuzistanica. Iranian Journal of Rangelands and Forests Plant Breeding and Genetic Research. 26 (1): 53-62.  (In Persian).
Mishra, AK., Duraisamy, GS., Týcová, A. and Matoušek, J. 2015. Computational exploration of microRNAs from expressed sequence tags of Humulus lupulus, target predictions and expression analysis. Computational Biology and Chemistry. 59: 131-141.
Naghavi, MR. and Karimi, AA. 2018. Identification of miRNAs and their target genes in red clover (Trifolium pretense). Iranian Journal of Rangelands and Forests Plant Breeding and Genetic Research. 26(2): 156-164. (In Persian).
Patanun, O., Lertpanyasampatha, M., Sojikul, P., Viboonjun, U. and Narangajavana, J. 2013. Computational identification of microRNAs and their targets in cassava (Manihot esculenta Crantz.). Molecular Biotechnology. 53: 257-269.
Reimand, J., Arak, T., Adler, P., Kolberg, L., Reisberg, S., Peterson, H. and Vilo, J. 2016. g: Profiler—a web server for functional interpretation of gene lists (2016 update). Nucleic acids research. 44: W83-W89.
Sefidkon, F., Jamzad, Z. and Mirza, M. 2004. Chemical variation in the essential oil of Satureja sahendica from Iran. Food chemistry. 88: 325-328.
Shariat, A., Karimzadeh, G., Assareh, MH. and Hadian, J. 2017. Variations of physiological indices and metabolite profiling in Satureja khuzistanica in response to drought stress. Iranian Journal of Rangelands and Forests Plant Breeding and Genetic Research. 25(2): 232-246. (In Persian).
Shen, E., Singh, S., Ghosh, J., Patra, B., Paul, P., Yuan, L. and Pattanaik, S. 2017. The miRNAome of Catharanthus roseus: identification, expression analysis, and potential roles of microRNAs in regulation of terpenoid indole alkaloid biosynthesis. Scientific reports. 7, 43027.
Shriram, V., Kumar, V., Devarumath, RM., Khare, TS. and Wani, SH. 2016. MicroRNAs as potential targets for abiotic stress tolerance in plants. Frontiers in Plant Science, 7: 817.
Singh, N., Srivastava, S., Shasany, A.K. and Sharma, A. 2016. Identification of miRNAs and their targets involved in the secondary metabolic pathways of Mentha spp. Computational Biology and Chemistry, 64, pp.154-162.
Sohrabi, S., Ismaili, A., Nazarian firouz abadi, F. and Fallahi, H. 2019. Identification and characterization of conserved miRNAs in lentil. Journal of Molecular and Cellular Research (Iranian Journal of Biology), 32(4): 606-616. (In Persian).
Wang, CY., Zhang, S., Yu, Y., Luo, YC., Liu, Q., Ju, C., Zhang, YC., Qu, LH., Lucas, WJ. and Wang, X. 2014. MiR397b regulates both lignin content and seed number in Arabidopsis via modulating a laccase involved in lignin biosynthesis. Plant Biotechnology Journal. 12: 1132-1142.
Wang, M., Wang, Q. and Wang, B. 2012. Identification and characterization of microRNAs in Asiatic cotton (Gossypium arboreum L.). PLoS One. 7: e33696.
Yoon, EK., Yang, JH., Lim, J., Kim, SH., Kim, SK. and Lee, WS. 2010. Auxin regulation of the microRNA390-dependent transacting small interfering RNA pathway in Arabidopsis lateral root development. Nucleic Acids Research. 38: 1382-1391.
Zhang, B., Pan, X., Cannon, CH., Cobb, GP. and Anderson, TA. 2006a. Conservation and divergence of plant microRNA genes. The Plant Journal. 46: 243-259.
Zhang, B., Pan, X., Cobb, GP. and Anderson, TA. 2006b. Plant microRNA: a small regulatory molecule with big impact. Developmental Biology. 289: 3-16.
Zhang, B., Pan, X., Cox, S., Cobb, G. and Anderson, T. 2006c. Evidence that miRNAs are different from other RNAs. Cellular and Molecular Life Sciences CMLS. 63: 246-254.