فراواکاوی داده های RNA-seq گیاه دارویی پروانش (Catharanthus roseus) تحت برخی تنش های زیستی و غیر زیستی

اهداف مهندسی ژنتیک و متابولیک را می‏توان با درک فرآیندهای مولکولی پاسخ به تنش به میزان زیادی محقق کرد. پژوهشگران می‏توانند از طریق مطالعات ترنسکریپتوم به داده‏های فراوانی در این خصوص دسترسی پیدا کنند. استفاده از روش های آماری پیشرفته مانند فراواکاوی برای ادغام داده های بسیاری از منابع، روش جدیدی برای یافتن ژن های با بیان متفاوت (DEG) ، برای غلبه بر پیچیدگی زیستی و ارائه نتایج دقیق تر ارائه می دهد. مطالعه فعلی از فراواکاوی داده های بیانی RNA-seq گیاه پروانش برای کشف DEGهای غنی‏سازی شده در پاسخ به عوامل تنش زا و تولید متابولیت های ثانویه مهم استفاده کرد.

مواد و روش‏ها: 

داده‏های RNA-seq از پایگاه داده EMBL-EBIدریافت و پس از پیش پردازش، نقشه‏یابی خوانش‏های با کیفیت بر روی ژنوم مرجع پروانش صورت گرفت. تغییرات بیان ژن‏ها برای هر مجموعه داده، بررسی و سپس برای فراواکاوی استفاده شد. ژن‎های با بیان متفاوت و معنی‏دار در پاسخ به تنش‏های زیستی و غیرزیستی ، از نظر عمکرد زیستی و مسیرهای زیستی درگیر بررسی شدند و تجزیه و تحلیل هم‏بیانی انجام شد و در نهایت ژن‏های کلیدی و هاب در پاسخ به تنش و مسیر بیوسنتزی تولید متابولیت‏های مهم ترپنوئید ایندول آلکالوئیدها ((TIAs)Terpenoid Indole Alkaloids) تعیین گردید.

یافته های فراواکاوی، 772 ژن با بیان متفاوت دارای Log2FC≥|1 (Log2 Fold Change) و FDR≤0.05 (FalseDiscovery Rate) را شناسایی کرد که 305 و 467 ژن از این ژن ها به ترتیب دارای بیان بالا و پایین تحت تنش بودند. در این میان، فراواکاوی امکان شناسایی 27 ژن را فراهم نمود که در آنالیزهای انفرادی به عنوان DEG شناسایی نشده بودند. نتایج غنی سازی عملکردی DEGها اهمیت حیاتی آنها را در فرآیندهای متابولیک، پاسخ به محرک ها و فرآیندهای سلولی نشان داد. آنها همچنین در مسیرهای متعددی مانند مسیر سیگنالینگ ، پروتئین کینازهای فعال شده با میتوژن ((MAPK)Mitogen activated protein kinases)، بیوسنتز متابولیت‏های ثانویه، انتقال هورمون‏های گیاهی و مسیرهای متابولیک تحت تنش اهمیت معنی‏داری داشتند. از طریق تجزیه و تحلیل شبکه هم بیانی، ژن های هاب پاسخ دهنده به تنش و مرتبط با مسیرهای بیوسنتز ترپنوئید ایندول آلکالوئیدها (TIA) یافت شدند که می‏توانند ژن های بالقوه ای در سنتز ترکیبات دارویی منحصر به فرد گیاه باشند.

نتیجه گیری:

 در این تحقیق، با بررسی پاسخ های مولکولی گیاه پروانش تحت تنش های مختلف با استفاده از رویکردهای فراواکاوی و زیست شناسی سامانه ای ، ژن های کلیدی و جدید شناسایی شدند. این ژن ها دارای توانایی بالقوه جهت استفاده به عنوان ژن های کاندید در پروژه های مهندسی ژنتیک و متابولیک بوده که به منظور افزایش توانایی گیاه در تولید متابولیت های درمانی در آینده به کار گرفته شوند.