بررسی ژن‌های کلیدی و miRNA های دخیل در تحمل به تنش خشکی در برنج (Oryza sativa L.)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 دانشیار، گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان،

3 دانشگاه گیلان- ژنتیک مولکولی و بیومتری

4 دانش‌آموخته دکتری، گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران پژوهشگر، واحدفناورزیست رادان

10.22124/cr.2025.29246.1844

چکیده

مقدمه: گیاهان اغلب در معرض انواع تنش‌های محیطی مانند خشکی قرار می‌گیرند که سبب کاهش رشد و بهره‌وری محصول می‌گردد. از این رو هدف از انجام این مطالعه، شناسایی ژن‌های کلیدی و مسیرهای 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 بررسی شد. با استفاده از ابزار GEO2R، ژن‌های تفریق‌یافته در این دو ژنوتیپ شناسایی شدند. مسیرهای بیولوژیکی، اجزای سلولی و عملکردهای مولکولی مرتبط با تحمل به خشکی در رقم متحمل تعیین شده و ژن‌های کلیدی و miRNAهای تنظیم‌کننده آن‌ها مورد تحلیل قرار گرفتند.

یافته‌های تحقیق: آنالیز داده‌های میکروآرایه نشان داد که در شرایط تنش خشکی در رقم متحمل (Dagad deshi)، 33% ژن‌ها افزایش و 26% ژن‌ها کاهش بیان و در رقم حساس (IR20)، 7% ژن‌‌ها افزایش و 6% ژن‌ها کاهش بیان معناداری را داشتند. همچنین 766 ژن در هر دو رقم متحمل و حساس افزایش بیان و 340 ژن کاهش بیان معناداری را نشان دادند. معنادارترین فرآیندهای بیولوژیکی، اجزای سلولی و عملکردهای مولکولی در بین ژن‌های افزایش بیان یافته در رقم متحمل به ترتیب شامل پاسخ به سالیسیلیک اسید، سیتوپلاسم و فعالیت کربوکسی لیاز و در بین ژن‌های کاهش بیان یافته شامل مونومتیلاسیون پپتیدیل لیزین، زیر واحد بزرگ ریبوزومی میتوکندری و فعالیت آسیل CoA ردوکتاز با زنجیره بلند تشکیل دهنده الکل بود. تجزیه تحلیل غنی‌سازی مسیر KEGG نشان داد که ژن‌های افزایش و کاهش بیان یافته در رقم متحمل به ترتیب در18 و 10 مسیر غنی شدند. از بین ژن‌های تغییر بیان یافته 15 ژن کلیدی شامل MCM5، Os05g0358200، MCM4، MCM7، NAC037، OS11G0128400، CDC6، RPA2A، OS12G0124700، MCM3، POLA، Os07g0406800، MCM6، Os05g0160800 و PCNA انتخاب و به‌عنوان ژن‌های موثر در مسیر تحمل به تنش خشکی در برنج انتخاب شدند که چندین ژن از خانواده‌ی ژنی MCMs حضور داشتند. علاوه بر این، 247 miRNA از جمله osa-miR172c ، osa-miR1849، osa-miR2925، osa-miR397a و osa-miR397a برای ژن‌های موثر در مسیر تحمل به تنش خشکی در برنج شناسایی و معرفی شدند.

نتیجه‌گیری: به نظر می‌رسد که بتوان از ژن‌های کلیدی و miRNAهای دخیل در تحمل به تنش خشکی شناسایی شده در این تحقیق به منظور به‌نژادی و تولید گیاهان متحمل به تنش خشکی در برنج استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation of key genes and miRNAs involved in drought tolerance in rice (Oryza sativa)

نویسندگان [English]

  • Sahar Shojaee 1
  • Mohammad Mohsenzadeh Golfazani 2
  • Habibollah Samiezadeh lahiji 3
  • Maryam Pasandideh arjmand 4
1 Ph. D. Candidate, Dept. of Agricultural Biotechnology, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran
2 Associate Professor, Department of Agricultural Biotechnology, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran
3 Plant Biotechnology/ university of Guilan
4 Ph. D. Graduated, Dept. of Agricultural Biotechnology, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran Researcher, BioGenTAC lnc., Technology Incubator of Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran-North Branch (ABRII)
چکیده [English]

Introduction
Plants are often exposed to various environmental stresses, such as drought, which significantly reduces growth and crop productivity. Therefore, this study aimed to identify the key genes and pathways involved in drought stress and to introduce them for the genetic improvement of crop plants under environmental stress conditions.

Materials and Methods
In this study, microarray data of two rice cultivars, drought-tolerant (Dagad deshi) and drought-sensitive (IR20), were analyzed under drought stress. Differentially expressed genes in these two genotypes were identified using the GEO2R tool. Biological pathways, cellular components, and molecular functions related to drought tolerance in the tolerant cultivar were determined, and key genes and their regulating miRNAs were analyzed.

Research findings
Microarray data analysis revealed that under drought stress conditions, 33% of genes were upregulated and 26% downregulated in the tolerant cultivar (Dagad deshi), while in the sensitive cultivar (IR20), 7% of genes were upregulated and 6% were downregulated with significant expression changes. Additionally, 766 genes exhibited upregulation and 340 genes showed downregulation with significant expression changes in both cultivars. The most significant biological processes, cellular components, and molecular functions among the upregulated genes in the tolerant cultivar included response to salicylic acid, cytoplasm, and carboxylase activity, while downregulated genes included monomethylation of peptide lysine, large mitochondrial ribosomal subunit, and long-chain Acyl-CoA reductase activity forming alcohol. KEGG pathway enrichment analysis revealed that the upregulated and downregulated genes in the tolerant cultivar were enriched in 18 and 10 pathways, respectively. Fifteen key, MCM5، Os05g0358200، MCM4، MCM7، NAC037، OS11G0128400، CDC6، RPA2A، OS12G0124700، MCM3، POLA، Os07g0406800، MCM6، Os05g0160800 و PCNA genes were identified as contributors to drought stress resistance pathways, several of which belonged to the MCM gene family. Finally, 247 miRNAs such as osa-miR172c, osa-miR1849, osa-miR2925, osa-miR397a and osa-miR397a were investigated for genes involved in the drought stress resistance pathway.

Conclusion
The key genes and miRNAs identified in this study, which play a role in drought stress tolerance, seem to have the potential to be used for breeding and developing drought-tolerant rice plants.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Differential Expression
  • Microarray
  • miRNA
  • GO2R
  • Cytoscape

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار