بررسی خصوصیات و بیان ژن AlPKL در پاسخ به شرایط تنش شوری و ریکاوری در گیاه شور زیست Aeluropus littoralis

نوع مقاله: علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد اصلاح‌نباتات، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری

2 استادیار، پژوهشکده ژنتیک و بیوتکنولوژی کشاورزی طبرستان، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری

3 استادیار، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری

4 دانشیار، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری

چکیده

شوری، یکی از خطرناک ترین عوامل محیطی محدودکننده تولید در گیاهان زراعی است، به‌طوری‌که به واسطه متوقف کردن مکانیسم‌های مختلف گیاه، شرایط را برای حیات آن دشوار می‌‌سازد و در نهایت منجر به مرگ آن می‌شود. ژن‌ها به جهت ایجاد پاسخ‌های مقاومتی به تنش در مسیرهای مختلف فیزیولوژیکی دارای اهمیت فراوان می‌باشند. ژن رمزدهنده پروتئین‌های Chromodomain Helicase DNA (PICKLE, PKL) از این قبیل می‌باشد که بیان سایر ژن‌های عامل مقاومت را تنظیم می‌کند. مطالعه ژنتیکی رونوشت‌ها در هالوفیت Aeluropus littoralis، به عنوان یک منبع ژنتیکی بسیار با ارزش، زمینه‌ای را برای بهبود ژنتیکی گیاهان حساس به شوری فراهم می‌کند. از این رو در مطالعه حاضر، خصوصیات بیوشیمیایی، دومین‌های عملکردی، روابط فیلوژنتیکی، و نیز عناصر تنظیمی cis موجود در ناحیه پروموتر توالی کاندید با استفاده از روش‌های بیوانفورماتیکی بررسی شدند. نتایج نشان دادند که ژن مذکور احتمالاً در مکانیسم‌های عامل مقاومت به شرایط محرک محیطی نقش مهمی را ایفا می‌‌‌نماید. برای بررسی بیشتر این موضوع، آزمون بیان ژن کاندید نیز، در پاسخ به شرایط نرمال، تنش شوری و ریکاوری به روش qReal-Time PCR انجام پذیرفت. نتایج حاصل از بررسی تعداد رونوشت‌های mRNA ژن مورد نظر، تحت شرایط تنش شوری و ریکاوری در بافت‌های مختلف گیاه A. littoralis، نیز تاییدکننده این مطلب بود. بنابراین انجام مطالعات بیشتر در زمینه ژن PKL در گیاهان می‌تواند اطلاعات ارزشمندی را جهت درک هرچه بیشتر مکانیسم‌های پاسخ به تنش فراهم آورد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Characterization and expression profiling of AlPKL gene in response to salinity stress and recovery conditions in halophyte Aeluropus littoralis

نویسندگان [English]

  • Sahar Faraji 1
  • Seyyed Hamidreza Hashemi-Petroudi 2
  • Hamid Najafi-Zarrini 3
  • Gholamali Ranjbar 4
1 Former M.Sc. Student of Plant Breeding, Sari Agricultural Science and Natural Resources University, Sari, Iran
2 Assistant Professor, Genetics and Agricultural Biotechnology Institute of Tabarestan, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
3 Assistant Professor, Sari Agricultural Science and Natural Resources University, Sari, Iran
4 Associate Professor, Sari Agricultural Science and Natural Resources University, Sari, Iran
چکیده [English]

Salinity is considered as a perilous environmental stress reducing crop yields, which makes the plant survive difficult via stopping the various mechanisms of it, eventually leading to death. Genes are the momentous factors in multiple physiological pathways regarding to their involvements in stress responses. The gene encoding for Chromodomain Helicase DNA protein (PICKLE, PKL) is one of them, which regulates the other stress-responsive genes transcriptions under unfavorable conditions. Transcripts assay in halophyte Aeluropus littoralis, as a valuable genetic resource, will provide the inspiring information for sensitive crops improvement. Therefore, biochemical properties, functional domains, phylogenetic analysis and promoter cis-elements were investigated in this study, suggesting that this gene may play the critical roles in dealing with stimulus circumstances. Expression profiling of AlPKL in coping with salinity and recovery situations in A. littoralis shoot and root tissues through the qReal-Time PCR technique was also revealed high transcript magnitudes of this gene. Hence, further studies on PKL genes in multiple plant species can provide precious information for better understanding of stress endurance mechanisms.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Aeluropus littoralis
  • stress-responsive genes
  • PKL
  • Salinity
  • qReal-Time PCR
Altschul SF, Madden TL, Schäffer AA, Zhang J, Zhang Z, Miller W, Lipman DJ (1997) Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs. Nucleic Acids Res. 25: 3389-3402.

Blom N, Sicheritz‐Pontén T, Gupta R, Gammeltoft S, Brunak S (2004) Prediction of post‐translational glycosylation and phosphorylation of proteins from the amino acid sequence. Proteomics 4: 1633-1649.

Caruthers JM, Johnson ER, McKay DB (2000) Crystal structure of yeast initiation factor 4A, a DEAD-box RNA helicase. PNAS. 97: 13080-13085.

Chenna R, Sugawara H, Koike T, Lopez R, Gibson TJ, Higgins DG, Thompson JD (2003) Multiple sequence alignment with the Clustal series of programs. Nucleic acids Res. 31: 3497-3500.

Crooks GE, Hon G, Chandonia JM, Brenner SE (2004) WebLogo: a sequence logo generator. Genome Res. 14: 1188-1190.

Fischer R, Byerlee D, Edmeades GO (2009) Can technology deliver on the yield challenge to 2050. FAO Expert Meeting on How to feed the World in 2050, pp. 1-48.

Fukaki H, Taniguchi N, Tasaka M (2006) PICKLE is required for SOLITARY‐ROOT/IAA14‐mediated repression of ARF7 and ARF19 activity during Arabidopsis lateral root initiation. Plant J. 48: 380-389.

Furuta K, Kubo M, Sano K, Demura T, Fukuda H, Liu YG, Shibata D, Kakimoto T (2011) The CKH2/PKL chromatin remodeling factor negatively regulates cytokinin responses in Arabidopsis calli. Plant Cell physiol. 52: 618-628.

Gamsjaeger R, Liew CK, Loughlin FE, Crossley M, Mackay JP (2007) Sticky fingers: zinc-fingers as protein-recognition motifs. Trends Biochem. Sci. 32: 63-70.

Goodstein DM, Shu S, Howson R, Neupane R, Hayes RD, Fazo J, Mitros T, Dirks W, Hellsten U, Putnam N (2011) Phytozome: a comparative platform for green plant genomics. Nucleic Acids Res. 40: D1178-D1186.

Guerra D, Crosatti C, Khoshro HH, Mastrangelo AM, Mica E, Mazzucotelli E (2015) Post-transcriptional and post-translational regulations of drought and heat response in plants: a spider’s web of mechanisms. Front. Plant Sci. 6: 57.

Gulzar S, Khan MA, Ungar IA (2003) Salt tolerance of a coastal salt marsh grass. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 34: 2595-2605.

Hasanuzzaman M, Hossain MA, da Silva JAT, Fujita M (2012) Plant response and tolerance to abiotic oxidative stress: antioxidant defense is a key factor. In: Bandi V, Shanker AK, Shanker C, Mandapaka M (ed.) Crop stress and its management: Perspectives and strategies. Springer, Berlin, pp. 261-316.

Häuser R, Pech M, Kijek J, Yamamoto H, Titz B, Naeve F, Tovchigrechko A, Yamamoto K, Szaflarski W, Takeuchi N (2012) RsfA (YbeB) proteins are conserved ribosomal silencing factors. PLoS Genet. 8: e1002815.

Horton P, Park KJ, Obayashi T, Fujita N, Harada H, Adams-Collier C, Nakai K (2007) WoLF PSORT: protein localization predictor. Nucleic Acids Res. 35: W585-W587.

Hu B, Jin J, Guo AY, Zhang H, Luo J, Gao G (2014) GSDS 2.0: an upgraded gene feature visualization server. Bioinformatics 31: 1296-1297.

Hu Y, Zhu N, Wang X, Yi Q, Zhu D, Lai Y, Zhao Y (2013) Analysis of rice Snf2 family proteins and their potential roles in epigenetic regulation. Plant physiol. Biochem. 70: 33-42.

Jing Y, Zhang D, Wang X, Tang W, Wang W, Huai J, Xu G, Chen D, Li Y, Lin R (2013) Arabidopsis chromatin remodeling factor PICKLE interacts with transcription factor HY5 to regulate hypocotyl cell elongation. Plant Cell 25: 242-256.

Köhler C, Aichinger E (2010) Antagonizing Polycomb group-mediated gene repression by chromatin remodelers. Epigenetics 5: 20-23.

Lescot M, Déhais P, Thijs G, Marchal K, Moreau Y, Van de Peer Y, Rouzé P, Rombauts S (2002) PlantCARE, a database of plant cis-acting regulatory elements and a portal to tools for in silico analysis of promoter sequences. Nucleic Acids Res. 30: 325-327.

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

Murashige T, Skoog F (1962) A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiol. Plant. 15: 473-497.

Perruc E, Kinoshita N, Lopez‐Molina L (2007) The role of chromatin‐remodeling factor PKL in balancing osmotic stress responses during Arabidopsis seed germination. Plant J. 52: 927-936.

Quevillon E, Silventoinen V, Pillai S, Harte N, Mulder N, Apweiler R, Lopez R (2005) InterProScan: protein domains identifier. Nucleic Acids Res. 33: W116-W120.

Radivojac P, Vacic V, Haynes C, Cocklin RR, Mohan A, Heyen JW, Goebl MG, Iakoucheva LM (2010) Identification, analysis, and prediction of protein ubiquitination sites. Proteins Struct. Funct. Bioinform. 78: 365-380.

Schmittgen TD, Livak KJ (2008) Analyzing real-time PCR data by the comparative CT method. Nat. protoc. 3: 1101-1108.

Tamura K, Stecher G, Peterson D, Filipski A, Kumar S (2013) MEGA6: molecular evolutionary genetics analysis version 6.0. Mol. Biol. Evol. 30: 2725-2729.

Xu Y, Shao XJ, Wu LY, Deng NY, Chou KC (2013) iSNO-AAPair: incorporating amino acid pairwise coupling into PseAAC for predicting cysteine S-nitrosylation sites in proteins. PeerJ. 1: e171.

Yazdani B, Asghari-Zakaria R, Shobbar ZS (2015) Identification and classification of the WRKY transcription factors family in barley. Genetic Engineering and Biosafety Journal 4: 41-54.

Zhao Q, Xie Y, Zheng Y, Jiang S, Liu W, Mu W, Liu Z, Zhao Y, Xue Y, Ren J (2014) GPS-SUMO: a tool for the prediction of sumoylation sites and SUMO-interaction motifs. Nucleic Acids Res. 42: W325-W330.

Zhou L, Wang NN, Gong SY, Lu R, Li Y, Li XB (2015) Overexpression of a cotton (Gossypium hirsutum) WRKY gene, GhWRKY34, in Arabidopsis enhances salt-tolerance of the transgenic plants. Plant Physiol. Biochem. 96: 311-320.

Zouari N, Saad RB, Legavre T, Azaza J, Sabau X, Jaoua M, Masmoudi K, Hassairi A (2007) Identification and sequencing of ESTs from the halophyte grass Aeluropus littoralis. Gene. 404: 61-69.