مطالعه بيوانفورماتيكي و بررسي الگوي بيان چند ژن مهم دخيل در سنتز گليسيريزين شيرين‌بيان (.Glycyrrhiza glabra L) بومي ايران طي دو فصل پاييز و بهار

Bioinformatics Study and Investigation of the Expression Pattern of Several Important Genes Involved in Glycyrrhizin Synthesis of Glycyrrhiza glabra L. in Autumn and Spring Seasons

شيرين‌بيان يكي از گياهان دارويي با ارزش و در معرض انقراض است. شناسايي و معرفي توده‌هايي كه ماده مؤثره گليسيريزين بيشتري دارند از برنامه هاي اصلاحي مهم است. روش­‌هاي ژنوميكس كاركردي مانند تجزيه و تحليل توالي­هاي EST، امكان شناسايي خانواده‌­هاي ژني حفاظت شده بين گونه­‌هاي مورد مطالعه و بررسي بيان ژن و تفسير ژنوم را فراهم آورده است. در اين پژوهش به منظور شناسايي جنبه‌­هاي مولكولي و تحليل كاركردي ژنوم و شبكه ژني دخيل در سنتز گليسيريزين، 55960 توالي EST مربوط به دو گونه مختلف اين گياه و همچنين توالي­‌هاي پروتئيني مورد تجزيه و تحليل بيوانفورماتيكي قرار گرفتند. همچنين جهت اعتبار سنجي نتايج، تغييرات بيان نسبي چهار ژن مهم در مسير بيوسنتز گليسيريزين شامل اسكوآلن سنتاز(SQS)، بتا- آمرين سنتاز (BAS)، بتا- آمرين 11- اكسيداز (CYP88D6) و UDP- گلوكورونسيل ترانسفراز (UGT) مورد بررسي قرار گرفت. پس از پيرايش و كيفيت­‌سنجي اوليه توالي ­ها، 6427 توالي كانتيگ و 30895 سينگل­تون ( 37322يوني‌ژن) ايجاد گرديد كه در مجموع 26884666 جفت­ باز ( 7.06درصد) از ژنوم شيرين­‌بيان را پوشش دادند. فعاليت عملكردي ژنومي نشان داد كه اكثر ژن­‌ها در فعاليت كاتاليزوري و فرآيند­هاي سلولي و متابوليكي نقش داشتند و معلوم شد كه اين ژن­‌ها در درون سلول و اندامك­‌هاي درون سلولي فعاليت مي­كنند. مكان­ يابي اين دسته از ژن­‌ها نشان داد كه ژن­‌هاي مهم مسير سنتز گليسيريزين در شبكه آندوپلاسمي متمركز شده­‌اند. نتايج اعتبار سنجي با استفاده از qRT-PCR نشان داد كه در فصل پاييز و در بافت ريزوم، ژن­هاي BAS ، CYP88D6، UGT و SQS داراي بيان نسبي بيشتري بودند. نتايج حاصل از اين مطالعه ‌‌‌مي‌­تواند براي توا‌لي‌­يابي ژنوم، حاشيه‌­نويسي (گروه­‌هاي كاركردي)، تنوع ژنتيكي و نيز مطالعات عملكرد مولكولي و ژنوميكسي اين گياه ارزشمند باشد.

Glycyrrhiza is one of the important medicinal plants that is in danger of extinction. Search for finding accessions that have a higher glycyrrhizic acid is very important in breeding programs. Functional genomics methods such as EST sequencing prepare the ability to identify consensus gene families among studied species and interpretation of the genome. In this research, 55960 EST sequences of two different species of this plant along with the protein sequences were analyzed in order to identify the molecular aspects and functional analysis of the genome and the gene network involved in the biosynthesis of glycyrrhizin. Also, in order to validation of results, relative expression of four important genes in the pathway of glycyrrhizin biosynthesis including squalene synthase (SQS), β-amyrin synthase (BAS), β –amyrin 11-oxidase (CYP88D6) and UDP-glucuronyl transferase (UGT) were evaluated. After trimming and qualitative evaluation the sequences, 6427 contig sequences and 30895 singleton (37322 unigene) were generated, which covered a total of 26884666 bp (7.06%) of the licorice genome. Genome functional activity showed that most genes play a role in the catalytic activity and cellular and metabolic processes in which these genes interact within cells and intracellular organels. Locating this group of genes showed that the genes involved in glycyrrhizin biosynthesis pathway were localized in endoplasmic reticulum. Results of validation using qRT-PCR showed that in the autumn and in the rhizome tissue, the genes of BAS, CYP88D6, UGT and SQS were up-regulated. The results of this study can be valuable for genomic sequencing, functional groups, genetic diversity and functional genomics of this plant.