معرفی ژن‌های امید بخش دخیل در تحمل به تنش شوری در برنج بر اساس آنالیز داده‌های ریزآرایه

نوع مقاله: علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی ژنتیک و ژنتیک مولکولی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری

2 استاد، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری

3 استادیار گروه زیست‌شناسی سیستم‌ها، پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی ایران، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج

چکیده

برنج یک گیاه گلیکوفیت است و شوری خاک یکی از مهمترین محدودکنندههای تولید برنج می‌باشد. از آنجایی که دستیابی به برنج متحمل به تنش شوری نیازمند درک سازوکار پیچیده پاسخگویی به تنش است، در این تحقیق تلاش شده تا با آنالیز داده‌های تولید شده از طریق فناوری ریزآرایه، ژنهای مهم پاسخگو به تنش شوری شناسایی شوند. بدین منظور نه سری داده ریزآرایه مورد آنالیز قرار گرفتند و تعداد 13798 ژن، دو برابر تغییر بیان معنی‌دار نسبت به شرایط نرمال نشان دادند. نتایج هستی شناسی ژنهایی که در ارقام متحمل دارای افزایش بیان شده بودند، نشان داد که در بخش فرآیندهای زیستی و عملکرد مولکولی بیشتر ژنها در دسته رونویسی نسبت به زمینه ژنتیکی برنج به طور معنیداری غنی شدند. در آنالیز هاب مشخص شد که بیشتر ژن های کلیدی از دسته پروتئین کینازها هستند،PFK و CPK10 از جمله مهمترین کینازهای قطب شناسایی شده می باشند. درمیان عوامل رونویسی، GCN5 به عنوان ژن کلیدی در آنالیز هاب شناسایی شد. در کل، نتایج آنالیز هاب 10 ژن کلیدی را شناسایی نمود که از دسته عوامل تنظیمی، ترانسپورترها و سیگنال ترارسانی بودند. انتظار می‌رود نتایج بدست آمده در جهت تحقق دستیابی به برنج متحمل به تنش شوری مورد استفاده واقع شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Introducing the promising salt tolerance involved genes in rice based on the microarray data analysis

نویسندگان [English]

  • Shahrbano Mirdar Mansuri 1
  • Nadali Babaeian Jelodar 2
  • Zahra-Ssadat Shobbar 3
  • Ghorbanali Nematzadeh 2
  • Mohammad reza Ghaffari 3
1 Ph.D. Student of Genetic Engineering and Molecular Genetic, Sari Agricultural Science and Natural Resources University, Sari, Iran
2 Professor, Sari Agricultural Science and Natural Resources University, Sari, Iran
3 Assistant Professor, Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran, Department of Systems Biology, Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
چکیده [English]

Rice is a glycophyte plant and salinity stress is one of the most important obstacles for the rice production. Understanding complex molecular mechanisms of plant response to salt stress is necessary for developing salt tolerant rice. In this study, microarray data analysis was used for identification of salt stress responsive genes. By analysis of 9 microarray data sets, 13798 differentially expressed genes were found. Gene ontology analysis of up-regulated genes in the salt tolerant genotypes showed that transcription factors enriched against rice genetic background. Based on the hub analysis results, most of the key genes were protein kinases, for example CPK10 and PFK. Amongst the transcription factors, GCN5 identified as the key gene in the hub analysis in this study. Totally, 10 hub genes were identified which belong to regulatory factors, transporters and signal transduction effectors. We hope that the obtained results would be beneficial toward developing the salt tolerant rice.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Oryza sativa
  • Salt stress
  • Microarray data
  • Hub analysis
  • Gene Ontology
Boudsocq M, Sheen J (2013) CDPKs in immune and stress signaling. Trends in Plant Science. 18(1): 30-40.

Chen G, Hu Q, Luo L, Yang T, Zhang S, Hu Y, Xu G (2015) Rice potassium transporter OsHAK1 is essential for maintaining potassium‐mediated growth and functions in salt tolerance over low and high potassium concentration ranges. Plant, Cell & Environment. 38(12): 2747-2765.

Chin C-H, Chen S-H, Wu H-H, Ho C-W, Ko M-TLin C-Y (2014) cytoHubba: identifying hub objects and sub-networks from complex interactome. BMC Systems Biology. 8(4): 1.

Dub Z, Zhou X, Ling Y, Zhang Z, Su Z (2010) agriGO: a GO analysis toolkit for the agricultural community. Nucleic Acids Res. 38: W64-W70.

Fang H, Liu X, Thorn G, Duan J, Tian L (2014) Expression analysis of histone acetyltransferases in rice under drought stress. Biochemical and Biophysical Research Communications. 443(2): 400-405.

Hadiarto T, Tran L (2011) Progress studies of drought-responsive genes in rice. Plant Cell Reports. 30(3): 297-310.

Inupakutika MA, Sengupta S, Devireddy AR, Azad RK, Mittler R (2016) The evolution of reactive oxygen species metabolism. J.Exp.Bot. 67(21): 5933-43.

Jyotika B, Pavan C, Anil R, Kishore G, Soma M, Sanjeev K (2016) In-Silico Prediction and Functional Analysis of Salt Stress Responsive Genes in Rice (Oryza sativa). Rice Res.4(1):2375-4338.

Kosova K, Prasil IT, Vitamvas P (2013) Protein contribution to plant salinity response and tolerance acquisition. International Journal of Molecular Sciences.14(4): 6757-6789.

Krasensky J, Broyart C, Rabanal FA, Jonak C (2014) The redox-sensitive chloroplast trehalose-6-phosphate phosphatase AtTPPD regulates salt stress tolerance. Antioxidants & Redox Signaling. 21(9): 1289-1304.

Lee K, KwonS, Hwang J, Han S, Jung I, Kim J, Kang S (2016) Genome-wide expression analysis of a rice mutant line under salt stress. Genetics and Molecular Research: GMR. 15(4): 1-15.

Mirdar Mansuri Sh, Babaeian N, Bagheri N (2012) Effect of NaCl stress on Iranian rice genotypes in reproductive stageon the base of tolerance indexes and screen by Biplot method. Plant Production. 19(1): 67-84.

Munns R, Tester M (2008) Mechanisms of salinity tolerance. Annu. Rev. Plant Biol. 59: 651-681.

Priyanka D, Kamlesh KN, Sneh LS, Ashwani P (2015) Understanding salinity responses and adopting omics- based approaches to generate salinity tolerant cultivars of rice. Frontiers in Plant Science. 6(712): 1-16.

Wang C, Zhang DW, Wang YC, Zheng L, Yang, CP (2012) A glycine-rich RNA-binding protein can mediate physiological responses in transgenic plants under salt stress. Molecular Biology Reports. 39(2): 1047-1053.

Wang J, Chen L, Wang Y, Zhang J, Liang Y, Xu D (2013) A computational systems biology study for understanding salt tolerance mechanism in rice. PLoS One, 8(6): e64929.

Yao K, Wu Y (2016) Phosphofructokinase and glucose-6-phosphate dehydrogenase in response to drought and bicarbonate stress at transcriptional and functional levels in mulberry. Russian Journal of Plant Physiology. 63(2): 235-242.

Qian Li, Yang A, Wen Zh (2017) Comparative studies on tolerance of rice genotypes differing in their tolerance to moderate salt stress. BMC Plant Biology. 17(141): 1-13.

Rama S, Annapurna B, Mukesh J (2016) Transcriptome analysis in different rice cultivars provides novel insights into desiccation and salinity stress responses. Scientific Reports. 6 (23719): 1-15.

Roy SJ, Negrao S, Tester M (2014) Salt resistant crop plants. Curr. Opin. Biotech. 26: 115-24.

Shinozaki KY, Amaguchi-Shinozaki K (2007) Gene networks involved in drought stress response and tolerance. Journal of Experimental Botany. 58(2): 221-227.

Seo WK, Hee JJ, Ki HJ (2015) Integrating omics analysis of salt stress-responsive genes in rice. Genes Genom. 1-11.

Smoot ME, Ono K, Ruscheinski J, Wang P-LIdeker T (2011) Cytoscape 2.8: new features for data integration and network visualization. Bioinformatics. 27(3): 431-432.

Yi Z, Ping Y, Fenglei C, Fantao Z, Xiangdong L, Jiankun X (2016) Transcriptome Analysis of Salt Stress Responsiveness in the Seedlings of Dongxiang Wild Rice (Oryza rufipogon Griff. PLoS One. 11(1):1-25.

Zhou Y, Yang P, Cui F, Zhang F, Luo X, Xie J (2016) Transcriptome analysis of salt stress responsiveness in the seedlings of Dongxiang wild rice (Oryza rufipogon Griff.). PloS one, 11(1): e0146242.