شناسايي و مطالعه ويژگي‌هاي خانواده ژني شبه استريكتوسيدين سينتاز (SSL) در گستره ژنوم گندم (Triticum aaestivum L.)

مقدمه: گندم (Triticum aestivum L.) در سطح جهاني به‌عنوان يك محصول غذايي مهم شناخته شده است. با توجه به افزايش قابل توجه جمعيت، نياز به توليد مواد غذايي متناسب با رشد جمعيت، به‌ويژه براي محصولات اصلي مانند گندم وجود دارد. با توجه به كاهش كشت و عملكرد گندم در اثر تنش‌هاي زيستي و غيرزيستي، كشت رقم‌هاي مقاوم به تنش‌ها مقرون به صرفه‌ترين و اساسي‌ترين رويكرد براي خنثي كردن اثرات منفي اين عوامل است. براي دستيابي به اين هدف، شناسايي ژن‌هاي مقاوم به‌عنوان زيربناي ايجاد رقم‌هاي مقاوم جديد از طريق برنامه‌هاي به‌نژادي ضروري است. ژن‌هاي شبه استريكتوسيدين سينتاز (SSL)، دُمين ساختاري خارج سلولي مشابه با هموميوسين جانوري داشته و با طولي در حدود 400 اسيد آمينه، در تنظيم ايمني گياهان نقش دارند. مطالعات قبلي نشان داده‌اند كه همه ژن‌هاي AtSSL در پاسخ به تنش‌هاي مختلف زيستي و غيرزيستي نقش دارند. با اين‌حال، عمده درك ما از خانواده ژني SSL در گياهان فقط بر اساس تحقيقات انجام شده روي آرابيدوپسيس تاليانا به‌دست آمده است. در اين مطالعه، از ابزارهاي بيوانفورماتيك به‌منظور رمزگشايي روابط تكاملي و نقش‌ كاركردي خانواده ژني SSL در گندم استفاده شد.مواد و روش‌ها: در اولين مرحله، توالي پروتئين‌هاي SSL برنج و آرابيدوپسيس از طريق الگوريتم PlastP به‌منظور شناسايي ژن‌هاي كد كننده SSL گندم در پايگاه داده Ensembl Plants مورد استفاده قرار گرفت. در ادامه روابط فيلوژنتيك با MEGA7، ساختار اگزون- اينترون و فاز اينتروني با Gene Structure view  in TBtools-II و موتيف هاي حفاظت شده با Multiple Em for Motif Elicitation تجزيه و تحليل شد. همچنين، عناصر تنظيمي Cis ناحيه پروموتري، مضاعف‌شدگي ژن‌ها و فشار گزينش به‌ترتيب با استفاده از PlantCare و TBtools-II Simple Ka/Ks Calculator مورد مطالعه قرار گرفت. بررسي پروفايل بيان ژن‌هاي TaSSL در پاسخ به تنش‌هاي غيرزيستي نيز با استفاده از سرور expVIP انجام گرفت. در تمامي تجزيه‌ها از پارامتر هاي پيش‌فرض استفاده شد.يافته‌هاي تحقيق: بر اساس نتايج اين مطالعه، 69 ژن SSL در گستره ژنوم گندم يافت شد كه به‌صورت غير يكنواخت روي كروموزوم‌هاي متفاوت قرار گرفته بودند. مطالعه تكاملي اين خانواده نشان داد كه SSL هاي موجودات مختلف در دو گروه فيلوژنتيك اصلي قرار مي‌گيرند. گروه اول (I)، فقط شامل ژن‌هاي SSL گندم و برنج بود و در گروه دوم (II)، ژن‌هاي موجودات مختلف قرار گرفتند. گروه دوم خود به سه زيرگروه A، B و C تقسيم شد و اعضاي هر گروه از نظر كاركرد مي‌ توانند متفاوت باشند. تجزيه و تحليل موتيف‌هاي حفاظت‌شده، ساختار ژني و فاز اينتروني، حفاظت‌شدگي بالاي اين ژن‌ها را نشان داد. از سوي ديگر، مضاعف‌شدگي سگمنتال عامل اصلي بسط ژن‌هاي SSL گندم بود و ژن‌هاي مضاعف‌شده تحت فشار گزينش منفي شديد قرار داشتند. وجود عناصر تنظيمي Cis پاسخ به هورمون‌ها و تنش‌ها نشان مي‌دهد كه تنظيم بيان ژن هاي TaSSL بسيار پيچيده است. از سوي ديگر، بررسي پروفايل بياني ژن‌هاي TaSSL در پاسخ به تنش‌هاي غيرزيستي بر اساس داده‌هاي RNA-seq نشان داد كه اين ژن‌ها در اثر تنش‌هاي سرما، گرما، خشكي و PEG القاء مي‌شوند كه در راستاي وجود عناصر تنظيمي Cis پاسخ به هورمون‌ها و تنش‌ها هستند.نتيجه‌گيري: وجود گروه تكاملي اختصاصي ژن‌هاي SSL گندم در كنار ويژگي‌هاي مربوط به ژن‌هاي پاسخ به تنش مانند تعداد كم اينترون، فشار گزينش منفي اعمال شده بر آن‌ها، وجود عناصر تنظيمي پاسخ به تنش‌ها و هورمون‌ها و نيز الگوي بيان ژن‌هاي TaSSL در پاسخ به تنش‌هاي غيرزيستي نشان داد كه اين ژن‌ها نقش مهمي در پاسخ گندم به تنش‌ها دارند. يافته‌هاي اين تحقيق مي‌تواند به درك نقش ژن‌هاي TaSSL كمك كند و منجر به شناسايي ژن‌هاي بالقوه به‌منظور ايجاد رقم‌هاي گندم مقاوم به تنش در برنامه‌هاي به‌نژادي آينده شود.