فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

مقدمه: گیاهان اغلب در معرض انواع تنش‌های زیستی و غیرزیستی قرار می‌گیرند. تنش‌های شوری، خشکی و دما از عوامل غیرزیستی هستند که با تأثیر منفی بر ویژگی‌های فیزیولوژیک و بیوشیمیایی گیاهان، سبب کاهش رشد و بهره‌وری محصول می‌شوند. شناسایی صفات کلیدی مرتبط با تنش‌های زیستی و غیرزیستی برای درک پاسخ گیاهان در سطح مولکولی و سلولی اهمیت زیادی دارد. مطالعه ترکیبات miRNA در گیاهان زراعی ابزار مؤثری برای تشخیص زودهنگام تنش‌ها، تغییرات فیزیولوژیک و تنظیم بیان ژن‌ها است. هدف از انجام این مطالعه، شناسایی ژن‌ها و miRNA های کلیدی درگیر در تحمل به تنش خشکی و معرفی آن‌ها در راستای به‌نژادی گیاه برنج برای تحمل به تنش خشکی بود.  مواد و روش‌ها: در این مطالعه، داده‌های میکروآرایه دو رقم برنج متحمل (Dagad Deshi) و حساس (IR20) تحت تنش خشکی از پایگاه داده NCBI با سه تکرار جمع‌آوری و ژن‌های تفرق‌یافته در این دو ژنوتیپ با استفاده از ابزار GEO2R شناسایی شدند. ژن‌های با LogFC ≥ 3 و LogFC ≤ -3 به‌ترتیب به‌عنوان ژن‌های با افزایش و کاهش بیان در نظر گرفته شدند. به‌منظور تعیین ژن‌های مشترک بین ژنوتیپ‌های حساس (IR20) و متحمل (Dagad Deshi) از ابزار VENNY استفاده شد و جهت انتخاب ژن‌های کلیدی پاسخ دهنده به تنش خشکی، ژن‌هایی که فقط در ژنوتیپ متحمل بیان شدند، با استفاده از نرم‌افزار Cytoscape، پلاگین CytoHubba و روش MCC (Maximal Clique Centrality) شناسایی شدند. فرآیندهای زیستی ژن‌های کلیدی و مسیرهای ژن‌هایی که تفرق بیان یافتند، توسط ابزار DAVID بررسی و مسیرهای مهم‌تر با استفاده از تجزیه مسیر به‌کمک پایگاه داده KEGG شناسایی شدند. برای شناسایی miRNA های تنظیم کننده ژن‌های کلیدی نیز از ابزار psRNATarget نسخه 2017 استفاده شد.یافته‌های تحقیق: تجزیه و تحلیل داده‌های میکروآرایه نشان داد که در شرایط تنش خشکی در رقم متحمل (Dagad Deshi)، 33 درصد و 26 درصد از ژن‌ها به‌ترتیب افزایش و کاهش بیان معنی‌دار نشان دادند، در حالی‌که در رقم حساس (IR20)، افزایش و کاهش بیان معنی‌دار به‌ترتیب در هفت و شش درصد از ژن‌ها مشاهده شد. همچنین، 766 ژن در هر دو رقم متحمل و حساس، افزایش بیان و 340 ژن کاهش بیان معنی‌داری را نشان دادند. معنی‌دارترین فرآیندهای زیستی، اجزای سلولی و عملکردهای مولکولی در بین ژن‌های افزایش بیان یافته در رقم متحمل به‌ترتیب شامل پاسخ به سالیسیلیک اسید، سیتوپلاسم و فعالیت کربوکسی لیاز و در بین ژن‌های کاهش بیان یافته به‌ترتیب شامل مونومتیلاسیون پپتیدیل لیزین، زیرواحد بزرگ ریبوزومی میتوکندری و فعالیت آسیل CoA ردوکتاز با زنجیره بلند تشکیل دهنده الکل بودند. تجزیه و تحلیل غنی‌سازی مسیر KEGG نشان داد که ژن‌های افزایش و کاهش بیان یافته در رقم متحمل به‌ترتیب در 18 و 10 مسیر غنی شدند. از بین ژن‌های تغییر بیان یافته، 15 ژن از جمله چندین ژن از خانواده ژنی MCM (Minichromosome Maintenance Complex) به‌عنوان ژن‌های موثر و کلیدی در مسیر تحمل به تنش خشکی در برنج انتخاب شدند. این ژن‌ها شامل MCM5، Os05g0358200، MCM4، MCM7، NAC037، OS11G0128400، CDC6، RPA2A، OS12G0124700، MCM3، POLA، Os07g0406800، MCM6، Os05g0160800 و PCNA بودند. علاوه بر این، برای ژن‌های موثر در مسیر تحمل به تنش خشکی در برنج، تعداد 247 miRNA از جمله osa-miR172c، osa-miR1849، osa-miR2925، osa-miR397a و osa-miR414 نیز شناسایی و معرفی شدند. نتیجه‌گیری: بر اساس نتایج این مطالعه، تعداد 15 ژن از جمله چندین ژن از خانواده ژنی MCMs و همچنین 247 miRNA به‌عنوان ژن‌ها و miRNA های موثر و کلیدی دخیل در مسیر تحمل به تنش خشکی در برنج شناسایی شدند. از ژن‌ها و miRNA های شناسایی شده در این تحقیق می‌توان به‌منظور به‌نژادی و تولید گیاهان متحمل به تنش خشکی در برنج استفاده کرد.