نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

• شایان کاظمی-لیف‌شاگرد ¹
• عاطفه صبوری ²
• زهرا پزشکیان ³
• محمد مهدی سوهانی ⁴

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد ژنتیک و به نژادی گیاهی، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

² عضو هیئت علمی/ دانشگاه گیلان دانشکده کشاورزی گروه زراعت و اصلاح نباتات

³ 1- گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران 2- بخش تحقیق و توسعه شرکت بیوژن تک، مرکز رشد واحدهای فناور پژوهشکده

⁴ استاد بیوتکنولوژی، گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران.

چکیده

برنج، به‌عنوان غذای اصلی قشر وسیعی از مردم دنیا، نقشی مهم و استراتژیک در سراسر جهان ایفا می‌کند. در فرآیند تولید برنج، تغییر در میزان عناصر در دسترس این گیاه از جمله نیتروژن، می‌تواند عملکرد این گیاه را به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار ‌دهد. نیتروژن با تأثیر قابل توجه بر فرآیندهای مختلف فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی در سلول‌های گیاهی، نقش مهمی در تولید برنج ایفا می‌کند و بر رشد، نمو و عملکرد آن تأثیر می‌گذارد. با توجه به اهمیت نقش نیتروژن، هدف از این تحقیق، شناسایی ژن‌ها، مطالعه مسیرهای بیولوژیکی و برهمکنش‌های پروتئین-پروتئین مهم در برنج در واکنش به تنش کمبود نیتروژن بود. مجموعه داده بیان ریزآرایه از پایگاه داده NCBI استخراج و ژن‌های با بیان متفاوت بین تیمار شاهد و حالت تنش شناسایی شد. عملکردهای مولکولی و مسیرها و فرآیندهای بیولوژیکی مرتبط با این ژن‌ها با استفاده از ابزار برخط DAVID مورد بررسی و شناسایی قرار گرفت. به کمک نرم‌افزار Cytoscape پس از ترسیم شبکه ژنی، تعداد ده ژن به‌عنوان ژن‌های کلیدی در شبکه، انتخاب شدند. نتایج نشان داد فرآیند مواجهه و پاسخ گیاه به تنش در ساعات ابتدایی اعمال تنش، شامل مسیرهای سیگنال دهی و تولید آمینواسیدها است. در شرایط کمبود نیتروژن در خاک، بیان ژن‌های دخیل در فرآیند انتقال یون آهن و بیوسنتز آمینواسیدها به طور معنی‌داری افزایش می‌یابد. سنتز ناقل‌های یون آهن در فرآیند فتوسنتز برگ گیاه دخیل بوده و به نحوی موجب ایجاد تعادل و پایداری تولیدات فتوسنتزی می‌شود. انتظار می‌رود که از این ژن‌های کلیدی، بتوان در برنامه‌های به‌نژادی استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

• آنالیز بیوانفورماتیکی
• بیان ژن
• انتقال دهنده یون آهن
• ریزآرایه
• شبکه برهمکنش پروتئین-پروتئین

موضوعات

• بیوانفورماتیک

عنوان مقاله [English]

Identification of functional pathways and key genes effective in response to nitrogen deficiency stress in rice

نویسندگان [English]

• Shayan Kazemi-Lifshagerd ¹
• Atefeh Sabouri ²
• Zahra Pezeshkian ³
• Mohammad Mehdi Sohani ⁴

¹ 1. M.Sc. student Genetics and Plant Breeding, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran.

² Dep of Genetics and Plant Breeding, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan

³ Department of Animal Sciences, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran- -BioGenTAC Inc., Technology incubator of Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran-North Branch (ABRII), Rasht, Iran

⁴ Full Professor Biotechnology, Department of Agricultural Biotechnology, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran.

چکیده [English]

Rice, as the primary food source for a large portion of the global population, holds significant strategic importance worldwide. Variations in the availability of elements such as nitrogen can greatly impact rice production. Nitrogen is crucial for rice growth, development, and performance by influencing various physiological and biochemical processes in plant cells. Considering the importance of the role of nitrogen, the aim of this research was to identify key genes, study biological pathways, and analyze important protein-protein interactions in rice under nitrogen deficiency stress. Microarray expression data sets were extracted from the NCBI database, and differentially expressed genes between control and stress conditions were identified. Using DAVID online tools, the molecular functions, pathways, and biological processes related to these genes were investigated. Cytoscape software was used to construct a gene network, and ten key genes were identified. The study revealed that signaling pathways and amino acid production are prominently activated in the initial hours of nitrogen stress. Under nitrogen deficiency, the expression of genes involved in iron ion transport and amino acid biosynthesis significantly increases. The synthesis of iron ion transporters is crucial for photosynthesis in plant leaves, contributing to the balance and stability of photosynthetic products and leading to changes in the plant's morphological characteristics and performance. It is expected that these key genes can be used in breeding programs to deal with nitrogen deficiency stress.

کلیدواژه‌ها [English]

• Bioinformatics analysis
• Gene expression
• Iron ion transporter
• Microarray
• Protein-protein network