تجزیه ترانسکریپتوم کلاله زعفران زراعی (Crocus sativus L.) با استفاده از نرم‌افزارهای SOAPdenovo و Trinity

نوع مقاله: علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری اصلاح‌نباتات، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

2 دانشیار، گروه اصلاح‌نباتات و بیوتکنولوژی دانشگاه تربیت مدرس، تهران،

3 دانشیار، دانشکده علوم زیستی دانشگاه تربیت مدرس، تهران،

4 دانشیار، بخش ژنومیکس پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی. کرج

چکیده

زعفران (Crocus sativus L.)، ارزشمندترین و محبوب‌ترین ادویه جهانی، گونه‌ای تریپلوئید از خانواده Iridaceae می‌باشد. این گونه با کلاله‎های قرمز، بلند و معطر، از سایر گونه‎های این خانواده متمایز است. با پیشرفت‌های سریع بوجود آمده در نسل دوم توالی‌یابی، توالی‌یابی RNA (RNAseq.) ابزار قدرتمندتر و ارزان‌تری در مطالعات ترانسکریپتوم شده است. گردآوری مجدد توالی‌های ترانسکریپتوم، راه حل مناسبی برای مطالعه ترانسکریپتوم موجوداتی است که توالی ژنوم آن‌ها در دسترس نیست. توالی‌یابی دقیق و مونتاژ قابل اعتماد در داده‌های ترانسکریپتوم، برای آنالیزهای پایین‌دست ضروری می‌باشد. در این مطالعه با جداسازی و تعیین توالی ترانسکریپتوم کلاله زعفران زراعی با استفاده از نسل دوم توالی‌یابی نتایج عملکرد تجزیه و تحلیل داده ها بوسیله دو نرم‌افزار پرکاربرد به نام‌های SOAPdenovo و Trinity مقایسه شد. نتایج این پژوهش نشان داد که میانگین طول توالی‌ها و تعداد یونی‌ژن‌های بدست آمده در Trinity بیشتر از SOAPdenovo می‌باشد (میانگین 689 برای Trinity و 624 برای SOAPdenovo). نتایج مونتاژ بهتر توسط مونتاژگر مناسب وقتی به پروتئین ترجمه می‌شود منجر به افزایش معنی-داری در تعداد رکوردهای به‌دست آمده در پایگاه‌های اطلاعاتی می‌شود و تعداد بیشتر یونی‌ژن امکان شناسایی مسیرهای بیوسنتزی متابولیت‌های مهم بیشتری را فراهم می‌کند. یونی‌ژن‌های مونتاژ شده در Trinity فاقد فاصله بوده و میانگین آن حدود دو برابر یونی‌ژن‌های مونتاژ شده بوسیله SOAPdenovo بود. به‌طور کلی انتخاب ابزار و پارامترهای مناسب برای مونتاژ ترانسکریپتوم بدون درک کاملی از عملکرد ابزارهای مختلف و تنظیمات آن‌ها کار مشکلی است. با مقایسه عملکرد نرم‌افزارهای مختلف بر روی موجودات مختلف می‌توان توصیه‌هایی در زمینه استفاده از آن‌ها ارائه داد و نرم‌افزار مناسب‌تر را انتخاب کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analysis of Saffron Stigma (Crocus sativus L.) Transcriptome Using SOAPdenovo and Trinity Assembly Software

نویسندگان [English]

  • Parvaneh Mahmodi 1
  • Ahmad Moeini 2
  • Seyed Mojtaba Khayam Nekoie 3
  • Mohsen Mardi 4
  • Ghasem Hosseini Salekdeh 4
1 Ph.D. Student of plant breeding, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
2 Associate Professor, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
3 Associate Professor, Faculty of Biological Biotechnology Research Institute of Iran, Karaj, Iran.
4 Associate Professor, Faculty of Biological Biotechnology Research Institute of Iran, Karaj, Iran.
چکیده [English]

Saffron (Crocus sativus L.), is the most valuable and popular spice in the word. It is a triploid species of the Iridaceae family. Its long, red, and aromatic stigma distinguishes this species from others in its family. With the rapid advances in next generation sequencing technology, RNA sequencing has risen as a cost-effective and powerful method for transcriptome study. De novo assembly of transcripts provides main solution to transcriptome analysis for organisms without reference genome. Precise sequencing and assembly of transcriptome reliable data are necessary for the downstream analysis. Accordingly, this work was analyzed by two of the most popular software's Trinity and SOAPdenovo for saffron stigma transcriptome to study the effective programs for transcriptome assembly. The results showed that the mean sequence length and the number of unigenes obtained by Trinity were more than SOAPdenovo (Trinity: 689, SOAPdenovo: 624). Translation of the better results produced by the appropriate assembler to protein led to a significant increase in the number of its records obtained at databases. Furthermore, these unigenes might help to identify more metabolite pathways. Assembled unigenes by Trinity had no lacking distance and were about twice the unigenes assembled by SOAPdenovo. As a general conclusion, it seems that selection of an appropriate software and its parameters is not easy without comprehension understanding of different software operation and their setting. Thus, comparison of the different softwares efficiency on the different organisms could provide some practical suggestions and choose an appropriate software.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Saffron
  • Transcriptome
  • Assembly
  • Unigenes
  • Trinity
  • SOAPdenovo
 Anonymous, Government Information Center, http://dolat.ir/NSite/FullStory/News

Bai XL, Rivera-Vega P, Mamidala P, Bonello DA, Herms O (2011) Transcriptomic signatures of ash (Fraxinus spp.) phloem. PloS one 6:e16368.

Bentley DR (2006) Whole-genome re-sequencing. Current opinion in genetics and development 16:545-552.

Cahais VP, Gayral G, Tsagkogeorga J, Melo Ferreira M, Ballenghien L, Weinert Y, Chiari K, Belkhir V, Galtier N (2012) Reference-free transcriptome assembly in non-model animals from next-generation sequencing data. Molecular Ecology Resources 12:834-845.

Conesa AS, Götz JM, García-Gómez J, Terol M, Robles M (2005) Blast2GO: a universal tool for annotation, visualization and analysis in functional genomics research. Bioinformatics 21:3674-3676.

Chikhi R, Medvedev P (2012) Informed and Automated k-Mer Size Selection for Genome Assembly. Oxford University Press. 7:564-673.

Duan JC, Xia G, Zhao J, Kong K (2012) Optimizing de novo common wheat transcriptome assembly using short-read RNA-Seq data. BMC Genomics. 13:392-404.

Fernández JA, Pandalai S (2004) Biology, biotechnology and biomedicine of saffron. Recent Research Developments in Plant Science. 2:127-159.

Grabherr MG, Haas BJ, Yassour M, Levin JZ, Thompson DA, Amit I, Adiconis X, Fan L, Raychowdhury R, Zeng O (2011) Full-length transcriptome assembly from RNA-Seq data without a reference genome. Nature Biotechnology. 29:644-652.

Li R, Zhu H, Ruan J, Qian W, Fang X, Shi Z, Li Y, Li S, Shan G, Kristiansen K (2010) De novo assembly of human genomes with massively parallel short read sequencing. Genome Research. 20:265-272.

Liu M, Qiao G, Jiang J, Yang H, Xie L, Xie J, Zhuo R (2012) Transcriptome sequencing and de novo analysis for ma bamboo (Dendrocalamus latiflorus Munro) using the Illumina platform. PloS one 7:e46766.

Liu T, Zhu S, Tang Q, Chen P, Yu Y, Tang S (2013) De novo assembly and characterization of transcriptome using Illumina paired-end sequencing and identification of CesA gene in ramie (Boehmeria nivea L. Gaud). BMC Genomics 14:125-136.

Morozova O, Hirst M, Marra MA (2009) Applications of new sequencing technologies for transcriptome analysis. Annual Review of Genomics and Human Genetics. 10:135-151.

Morozova O, Marra MA (2008) Applications of next-generation sequencing technologies in functional genomics. Genomics. 92:255-264.

Schulz MH, Zerbino DR, Vingron M, Birney E (2012) Oases: robust de novo RNA-seq assembly across the dynamic range of expression levels. Bioinformatics. 28:1086-1092.

Shi CY, Yang H, Wei CL, Yu O, Zhang ZZ, Jiang CJ, Sun J, Li YY, Chen Q, Xia T (2011) Deep sequencing of the Camellia sinensis transcriptome revealed candidate genes for major metabolic pathways of tea-specific compounds. BMC Genomics. 12:131-150.

Simpson JT, Wong K, Jackman SD, Schein JE, Jones SJ, Birol I (2009) ABySS: a parallel assembler for short read sequence data. Genome Research. 19:1117-1123.

Wani BA, Hamza AKR, Mohiddin F (2011) Saffron: A repository of medicinal properties. J. Med. Plant Res. 5:2131-2135.

Wu J, Zhang Y, Zhang H, Huang H, Folta KM, Lu J (2010) Whole genome wide expression profiles of Vitis amurensis grape responding to downy mildew by using Solexa sequencing technology. BMC Plant Biology. 10:234.

Xu DL, Long H, Liang JJ, Zhang J, Chen X, Li JL, Pan ZF, Deng GB, Yu MQ (2012) De novo assembly and characterization of the root transcriptome of Aegilops variabilis during an interaction with the cereal cyst nematode. BMC Genomics. 13:133-142.

Zeng J, Liu Y, Liu W, Liu X, Liu F, Huang P, Zhu P, Chen J, Shi M, Guo F (2013) Integration of transcriptome, proteome and metabolism data reveals the alkaloids biosynthesis in Macleaya cordata and Macleaya microcarpa. PloS one 8:e53409.

Zerbino DR, Birney E (2008) Velvet: algorithms for de novo short read assembly using de Bruijn graphs. Genome Research 18:821-829.

Zhao QY, Wang Y, Kong YM, Luo D, Li X, an Hao P (2011) Optimizing de novo transcriptome assembly from short-read RNA-Seq data: a comparative study. BMC Bioinformatics 12:S2.

Zheng X, Pan C, Diao Y, You Y, Yang C, Hu C (2013) Development of microsatellite markers by transcriptome sequencing in two species of Amorphophallus (Araceae). BMC Genomics 14:490-501.