شناسایی ژن‌‌های کلیدی درگیر در رسیدگی میوه لیموترش با استفاده از واکاوی داده‌‌های ریزآرایه

طی دهه‌‌های اخیر تلاش‌‌های متعددی به‌منظور تشریح مولکولی مکانیسم‌‌های اساسی رسیدن میوه انجام شده است. درک جامع شبکه تنظیمی رسیدگی در تنظیم کیفیت میوه، تغییر زمان رسیدگی و افزایش ماندگاری حائز اهمیت می‌‌باشد. در پژوهش حاضر، با توجه به ارزش غذایی و دارویی لیموترش، داده‌‌های ریزآرایه مربوط به بافت این میوه در دو مرحله نموی نارس و بلوغ، با هدف شناسایی مسیرها و ژن‌‌های مرتبط با رسیدن، توسط نرم‌‌افزارهای بیوانفورماتیک از جمله bioconductor limma، david ، string و itak  مورد بررسی قرار گرفت. نتیجه‌ها نشان داد تعداد 4255 پروب‌‌ست در مرحله نموی رسیده نسبت به نارس افتراق بیان نشان دادند. یکی از مسیرهای غنی‌شده kegg توسط این پروب‌ست‌‌ها، مسیر کاروتنوئید بود. با توجه به افزایش بیان ژن‌‌های مسیر زیست‌ساخت کاروتنوئید در مرحله رسیدگی و نقش این مسیر در بیوسنتز آبسیزیک اسید (aba)، می‌‌توان بیان داشت سوخت و ساز و علامت‌‌دهی aba نقش کلیدی در رسیدگی میوه لیموترش دارد. افزون بر این، افزایش بالای رونوشت‌‌های ژن‌‌های کلیدی درگیر در مسیر زیست‌ساخت اتیلن در مرحله رسیدگی، می‌‌تواند موید نقش اتیلن و مسیر انتقال پیام آن در رسیدگی این میوه باشد. بر اساس نتایح پژوهش حاضر ژن رمزکننده آنزیم  1-آمینو سیکلو پروپان کربوکسیلات  اکسیداز 1 (1-aminocyclopropane-1-carboxylate oxidase 1) دارای بیشترین افزایش بیان (05/13 برابر) در مرحله رسیدگی در مقایسه با میوه نارس لیموترش بود. جستجو برای تعیین عوامل رونویسی با افزایش بیان منجر به شناسایی 41 عامل رونویسی شد. هم‌‌چنین واکاوی شبکه مرتبط با ژن‌‌های با افزایش بیان، منتج به شناسایی 10 ژن به‌عنوان نقاط کلیدی شبکه از جمله عامل رونویسی hy5-like گردید. دست‌‌ورزی ژن‌‌های معرفی شده می‌‌تواند یکی از راهکارهای بهبود متابولیت‌‌های ثانویه و تغییر زمان رسیدگی میوه لیموترش باشد که در صورت موفقیت، به تولید ارقامی با زمان رسیدگی مطلوب می‌‌انجامد که می‌‌توانند در مناطق مختلف مورد کشت قرار گیرند.

identification of key genes involved in lemon (citrus limon) ripening using microarray data analysis

extensive attempts have been made to clarify the molecular basis of fruit ripening mechanisms in recent decades. regarding the effect of molecular and genetic processes in regulating fruit ripening, a comprehensive understanding of the ripening genetic network which is involved in fruit quality, ripening time, and shelf life of fruits is necessary. due to the nutritional and medicinal value of lemon, microarray data of fruit juice vesicle tissue at two developmental stages (immature and mature) was analyzed in the present study. we aimed to identify genes and pathways related to ripening through bioinformatics tools, including bioconductor limma, david, string, and itak. according to the results, 4,255 probes showed differential expression between the mature and immature stages. based on the analysis, carotenoid biosynthesis was identified as one of the kegg-enriched pathways. considering the upregulated genes in the carotenoid biosynthesis pathway during maturation and its role in abscisic acid (aba) biosynthesis, it can be stated that aba signaling might play a vital role in the maturation of lemon fruit. besides, enhanced expression of ethylene biosynthesis genes during the ripening stage might confirm the role of ethylene and its signal transduction in the ripening of this fruit. based on the results of this study, the gene encoding 1-aminocyclopropane-1-carboxylate oxidase­ 1 enzyme showed the highest expression fold change (13.05 times) in the mature compared to immature  lemon. a survey for the determination of upregulated transcription factors, resulted in the identification of 41 transcription factors. also, upregulated genes network analysis led to the identification of 10 genes, such as the hy5-like transcription factor involved in the maturation process. manipulation of these identified genes is introduced as one of the approaches to improve secondary metabolites, and change ripening time in lemon fruit which can lead to developing cultivars with favorable ripening time that can be grown in various areas.