شناسايي و آناليز پروموتر ژن‌هاي كليدي دخيل در تحمل به تنش خشكي در مرحله زايشي جو با استفاه از آناليز داده هاي ريزآرايه

Identification and promoter analysis of the key drought tolerance involved genes in reproductive stage in barley using microarray data analysis

خشكي مهم‌ترين تنش محيطي است كه باعث كاهش عملكرد محصولات گياهي مي‌شود. تحقيقات در راستاي ايجاد ارقام متحمل به تنش خشكي از اهميت فوق العاده‌اي برخوردار است. در اين تحقيق تلاش شده است تا با آناليز داده‌هاي توليد شده از طريق فناوري ريزآرايه، ژن‌هاي مهم پاسخگو به تنش خشكي و ژن‌هاي هاب در مرحله زايشي جو شناسايي‌شده و آناليز پروموتور انجام گيرد. به همين منظور با استفاده از نرم‌افزار FlexArray تمامي ژن‌هاي داراي بيان افتراقي 2/5 ≥ و 2/5- ≥ در بين دو سري از آزمايشات ريزآرايه انجام شده در جو شناسايي شدند. نتيجه اين تجزيه و تحليل، شناسايي 559 ژن پاسخ‌دهنده به تنش خشكي در مرحله زايشي بود. ژن‌هاي هاب با استفاده از سه الگوريتم محاسباتي Cyto-Hubba در نرم-افزار Cytoscape مشخص شدند. اين امر منجر به شناسايي 10 ژن غير تكراري شد كه به‌عنوان مؤثرترين ژن‌ها در پاسخ به تنش خشكي در نظر گرفته شدند. براساس بررسي هستي‌شناسي ژن‌هاي داراي بيان افتراقي و ژن‌هاي هاب، تنظيم رونويسي از گروه‌هاي اصلي بود كه نشان دهنده اهميت عوامل رونويسي در مكانيسم تحمل به خشكي مي‌باشد. در ميان عوامل رونويسي مي‌توان به HvCBF6، HvDRF1.3، LFL1، VP1، WRKY71 و ABI5 (متعلق به خانواده‌هاي AP2، WRKY و bZIP) اشاره كرد. آناليز پرموتر نشان داد كه برخي از خانواده‌هاي عوامل رونويسي از جمله AP2، AT-hook family، bHLH، NAC، bZIP و MYB قابليت اتصال به 85 درصد از پرموترهاي شناسايي‌شده را دارند. مطالعه اين عوامل رونويسي، مي‌تواند به شناخت هر چه بيشتر سازوكار تحمل به تنش خشكي در جو كمك كند.

Drought is the most important environmental stress that reduces crop yield. Therefore, research toward developing tolerant varieties is of great importance. In this study, microarray data analysis was used for identification of drought stress responsive genes and relevant hub genes in the reproductive stage of barley, and then their promoter analysis was performed. To achieve the goal, all the differentially expressed genes (DEGs) at drought conditions with fold changes ≥+2.5 and ≤-2.5 were identified between two microarray data-series in barley using FlexArray software. Bioinformatics analysis indicated that 559 genes were drought responsive at reproductive stage. The hub genes were distinguished using three Cyto-Hubba computational algorithms by Cytoscape software. Based on the hub analysis results, 10 unique (non-redundant) genes were identified as the most effective genes in response to drought stress. According to the gene ontology analysis of DEGs and hub genes, regulation of transcription were among the major groups indicating the importance of transcription factors (TFs) at drought tolerance mechanism. Amongst the hubs, several TFs such as HvCBF6, HvDRF1.3, LFL1, VP1, ABI5 and WRKY71 genes (belonged to AP2, WRKY and bZIP families) were observed. Promoter analysis was also revealed that some TF families including AP2, AT-hook family, bHLH, NAC, bZIP and MYB had binding site in 85% of promoters of the drought responsive genes and the hub genes in barley. Studying these transcription factors can help in better identification of drought tolerance mechanism in barley.