جداسازي ژن Phosphoglycerate Dehydrogenase از گياه هالوفيت Aeluropus littoralis و بررسي عملكرد جهش يافته T-DNA آن در گياه مدل Arabidopsis thaliana

Isolation Phosphoglycerate Dehydrogenase gene from Aeluropus littoralis halophyte plant and functional analysis of T-DNA mutant in Arabidopsis thaliana

تحليل داده‌هاي زيستي نقش مهمي در بررسي ژن‌ها در پاسخ به تنش‌ها دارد. هالوفيت Aeluropus littoralis، منبع ژنتيكي ارزشمندي در شناسايي ژن‌هاي دخيل در تحمل گياه به تنش‌ها مي‌باشد. در مطالعه حاضر، ژن فسفوگليسرات دهيدروژناز (PGDH) به عنوان اولين آنزيم مؤثر در توليد سرين، بر اساس توالي EST ثبت شده از گياه آلوروپوس در شرايط تنش شوري و با استفاده از روش RLM-RACE جداسازي شد. با همپوشاني توالي ناحيه َ3 و EST، قطعه‌اي به طول bp 1506 شامل ناحيه ORF به طول 1268 و ناحيه 3 UTR به طول 238 نوكلئوتيد بدست آمد. بررسي فيلوژنتيكي AlPGDH با ديگر ژن‌هاي اورتولوگ در گياهان مختلف انجام و همولوگ‌هاي ژن PGDH شناسايي شد. درخت فيلوژنتيكي بيانگر قرابت بالاي ژن AlPGDH با گياهان تك‌لپه و خانواده غلات مانند سورگوم، ارزن دم‌روباهي و برنج بود. بررسي شبكه هم‌بياني ژن AtPGDH، بيانگر نقش مؤثر ژن PGDH در مسيرهاي بيوسنتزي از جمله توليد آمينو اسيدها، توليد متابوليت‌هاي ثانويه و مسير متابوليسم گلايسين، سرين و ترئونين بوده و آناليز بياني اين‌سيليكو آن نيز حاكي از افزايش بيان ژن AtPGDH در تنش‌هاي مختلف مي‌باشد. بررسي فنوتيپي جهش‌يافته خاموش شده (آرابيدوپسيس) اين ژن در تنش‌هاي كلريد سديم و PEG حاكي از كاهش شديد خصوصيات رشدي گياهان جهش‌يافته نسبت به كنترل بود كه مي‌تواند تأييدي بر نقش ژن در تنظيمات پاسخ به تنش‌هاي شوري و خشكي باشد. يافته‌هاي اين تحقيق، خصوصيات عملكردي ژن PGDH، تغييرات فنوتيپي گياهان جهش‌يافته pgdh در مواجهه با تنش شوري و خشكي و نقش احتمالي آن را در افزايش تحمل گياه به تنش‌ها ارائه مي‌نمايد.

Bioinformatic analysis plays an important role in the study of genes and the prediction of their function in response to stresses. Halophyte Aeluropus littoralis, a valuable genetic resource for identifying genes involved in plant tolerance to abiotic stresses. In this study, Phosphoglycerate Dehydrogenase (PGDH) gene as the first important enzyme in the synthesis of serine, was Isolated based on EST sequence from plant Aeluropus littoralis in salinity using by the RLM-RACE method. By overlapping the 3’ and EST sequences, a 1506 bp fragment including the ORF region (1268 nucleotides) and 3’UTR region (238 nucleotides) were obtained. The phylogenetic analysis of AlPGDH was done with other ortholog genes in different plants and its homologs were identified. Based on phylogram, the high degree of homology was observed between AlPGDH gene and other homologous genes from monocot cereals such as sorghum, foxtail millet and rice. The AtPGDH co-expression network analysis showed the important role of the PGDH gene in biosynthetic pathways, including amino acid synthesis, secondary metabolites synthesis and the pathway of glycine, serine and threonine metabolism, and its expression analysis indicated that the expression was increased in different stresses. The Phenotyping of the Arabidopsis knockout mutants for PGDH gene in NaCl and PEG stress condition indicated that the growth characteristics were significantly reduced in compared to the control plant, which could be confirmed the role of this gene in the response to salt and drought stress. The findings of this study reveal the functional characteristics of AlPGDH gene, phenotypic changes in AtPGDH mutant plants in exposure to salt and drought stress, and its possible role in increasing plant tolerance to stress.