ارزیابی پاسخ به تنش خشکی در سطح رونویسی در برنج با استفاده از فراتحلیل داده های RNA-seq

درک مکانیسم های مولکولی پاسخ به تنش از جمله تنش خشکی می تواند به طور قابل توجهی علم اصلاح مولکولی گیاهان را ارتقا بخشد. مطالعات ترنسکریپتومی می تواند حجم زیادی از اطلاعات را در دسترس محققان قرار دهد. ادغام چنین اطلاعاتی از منابع مختلف از طریق روش های آماری پیشرفته مانند فراتحلیل فرصت جدیدی برای غلبه بر پیچیدگی بیولوژیکی، شناسایی ژن های با بیان متفاوت (DEGs) و کسب نتایج قابل اعتمادتر، فراهم می آورد. مطالعه حاضر با هدف شناسایی DEGها در پاسخ به تنش خشکی با استفاده از داده های ترنسکریپتومی از طریق فراتحلیل داده های RNA-seq انجام شد.

مواد و روش ها: 

داده های RNA-seq از پایگاه داده EMBL-EBI دانلود شد و پس از پیش پردازش، نقشه یابی خوانش های با کیفیت بر روی ژنوم مرجع برنج با نرم افزار STAR صورت گرفت. تغییرات بیان ژن ها با استفاده از پکیج edgeR به صورت جداگانه برای هر مجموعه داده بررسی و سپس از خروجی حاصله برای فراتحلیل با استفاده از پکیج metaRNAseq استفاده شد. ژن های با بیان متفاوت و معنادار در پاسخ به تنش، از نظر عمکرد زیستی، مسیرهای زیستی درگیر و برهم کنش پروتیینی بررسی شد و در نهایت ژن های کلیدی در پاسخ به تنش خشکی تعیین گردید.

مطابق نتایج فراتحلیل 6607 ژن با متوسط بیان log2FC≥|1| و FDR≤0.05 شناسایی شد که به ترتیب 3313 و 3294 از آن ها تحت تنش، بیانشان افزایش و کاهش یافته است. از این تعداد 162 ژن درآنالیز های انفرادی به عنوان DEG تعیین نشده بودند و تنها از طریق فراتحلیل شناسایی شدند، که این امر نشان دهنده قدرت آماری این روش در شناسایی ژن های جدید است. نتایج بررسی عملکردی DEGها نشان دهنده القای مسیرهای متابولیکی مختلف از جمله بیوسنتز متابولیت های ثانویه و اسیدهای آمینه، متابولیسم کربوهیدرات ها و مسیر انتقال پیام فیتوهورمون ها تحت تنش است. بررسی برهم کنش پروتیینی و شناسایی ژن های کلیدی نیز حاکی از نقش آن ها در پاسخ به تنش، فعالیت اکسیدوردوکتازی و متابولیسم اسید آمینه بود.

نتیجه گیری: 

این مطالعه می تواند درک ما را از مکانیسم های مولکولی پاسخ برنج به تنش خشکی افزایش دهد و همچنین در شناسایی ژن های کلیدی و جدید، حتی به عنوان نشانگرهای مولکولی در راستای بهبود تحمل به تنش خشکی در برنامه های اصلاحی برنج مفید باشد.