شناسایی خانواده ژنی فاکتور پاسخ‌گو به اکسین (arf) در گل گاوزبان (plantagineum echium) با استفاده از تجزیه‌وتحلیل ژنومی

سابقه و هدف: فاکتورهای رونویسی پاسخ گو به اکسین (arf) نقش کلیدی در تنظیم رشد و نمو اندام های گیاهی مانند ریشه ها، ساقه ها، برگ ها و اندام های تولیدمثلی مانند گل ها و میوه ها دارند. تجزیه‌وتحلیل ژنومی arf می‌تواند درک نقش تنظیمی آنها را در رشد و توسعه دانش ما بهبود ببخشد. اگرچه خانواده ژن arf در برخی از گونه‌های گیاهی مطالعه شده است، اما ویژگی‌های ساختاری، تکامل مولکولی و پروفایل بیانی آنها در گل گاوزبان هنوز مشخص نیست. هدف این مطالعه به‌دست آوردن بینش بهتر در مورد ویژگی های ساختاری و عملکردی متمایز در بین پروتئین های arf در گل گاوزبان پلانتاگینیوم (plantagineum echium) است.مواد و روش ها در این مطالعه یک تجزیه‌وتحلیل جامع در کل ژنوم برای یافتن تمام اعضای خانواده arf در گل گاوزبان پلانتاگینیوم بر پایه دو روش 1) پروفایل‌های مخفی مدل مارکوف (hmm) اعضای خانواده ژنی arf و 2) هم ردیفی در برابر توالی های پروتئینی arf آرابیدوبسیس (thaliana arabidopsis) انجام شد. موتیف‌های حفاظت‌شده ژن‌های arf شناسایی‌ شد. نقشه کروموزومی و جایگاه ژن های arf با استفاده از mapchart، روابط فیلوژنتیکی با استفاده از fasttree و ویژگی‌های پروتئینی آنها با استفاده از سرور آنلاین expasy-protparam بررسی گردید. برای بررسی روابط فیلوژنتیکی پروتئین‌های arf گل گاوزبان، درخت فیلوژنتیک با استفاده از هم‌ترازی توالی‌های پروتئینی گل گاوزبان رسم شد. تفسیر کارکردی و طبقه بندی هستی شناسی ژن ها با استفاده از وب سرور g:profiler تعیین شد. شبکه‌ تعاملی به منظور شناسایی ژن های با بیان مشترک با استفاده از وب سرور genemania پیش‌بینی شد.نتایج براساس تجزیه‌وتحلیل گسترده ژنوم، در مجموع 28 ژن arf شناسایی شد که به‌طور گسترده در کروموزوم‌های گیاه گل گاوزبان توزیع شده اند. این ژن ها فعالیت تنظیم‌کننده رونویسی دارند و با توجه به ماهیت توالی نقش فعال‌کننده یا سرکوب کنندگی دارند. پیش‌بینی مکان درون سلولی نشان داد که پروتئین‌های arf گل گاوزبان در هسته بیشترین حضور را دارند. تجزیه‌وتحلیل فیلوژنتیکی پروتئین های خانواده ژنی arf منجر به تشکیل چهار کلاس اصلی شد که ﻫﺮ گروه از ﻧﻈﺮ کارکرد اﺧﺘﺼﺎصی اﺳﺖ و بینش هایی را در مورد روابط ارتولوگ مختلف ارائه می دهد. این مطالعه خانواده ژن arf گل گاوزبان و ارتباط تکاملی آن با اعضای این خانواده را در گونه آرابیدوبسیس مشخص می کند. این موضوع می تواند در شناسایی ژن‌های arf و عملکرد آنها کمک کند. تجزیه‌وتحلیل موتیف های حفاظت شده و جستجوی دمین در توالی های پروتئینی arf نشان داد که پروتئین های arf دارای دمین های اتصال dna مانند b3 و دمین auxin_resp در ساختار خود هستند. تجزیه‌وتحلیل ترم‌های هستی شناسی ژن (term go) در دسته فرایند بیولوژیکی نشان داد که تنظیم فرایند سلولی، تنظیم فرایند متابولیک، پاسخ به محرک، سیگنالینگ و تنظیم بیولوژیکی معنی دارترین go ترم ها را به خود اختصاص داده است.نتیجه گیری نتایج این مطالعه بستری را برای شناسایی ژن های arf و روشن شدن عملکرد آنها در گاوزبان e plantagineum فراهم می‌کند که برای تحقیقات آینده در جهت کشف و تایید عملکرد بیشتر این ژن ها مفید خواهد بود.

identification of auxin response factor (arf) gene family in echium plantagineum by genome-wide analysis

background and objectives:auxin response transcription factors (arfs) are involved in auxin-mediated responses and play a key role in regulating the growth and development of plant nutrition, such as roots, stems, leaves, and reproductive organs, such as flowers and fruits. a genome-wide analysis of arfs can improve the understanding of their regulatory role in the growth and development of our knowledge. although the arf gene family has been studied in some plant species, its structural features, molecular evolution, and expression profiling in echium plantagineum are still unknown. this study aims to better understand distinctive structural and functional features among arf proteins in e. plantagineum.methodology: in this study, a comprehensive genome-wide analysis was carried out to find all members of the arf family in e. plantagineum based on two methods: 1) hidden markov model (hmm) profiles of arf gene family members and 2) alignment with arabidopsis (arabidopsis thaliana) arf genes sequence. arf proteins were performed. the conserved motifs of arf genes were identified, the chromosomal map and location of arf genes were analyzed using a map chart, phylogenetic relationships using fasttree, and their protein characteristics were analyzed using the expasy-protparam online server. to investigate the phylogenetic relationships of e. plantagineum arf proteins, a phylogenetic tree was drawn using the alignment of e. plantagineum protein sequences.functional annotation and gene ontology classification were determined using the g: profiler web server. the integrated network was predicted to identify co-expressed genes using the genemania web server.results: based on genome-wide analysis, 28 arf genes were identified, widely distributed in multiple chromosomes of e. plantagineum. these genes have a transcription regulatory activity, and depending on the nature of the sequence, they have an activating or repressing role. subcellular location prediction showed that the arf proteins are most present in the nucleus. phylogenetic analysis of the 28 arf proteins forms ten main classes; each class is specialized in function and provides insights into different orthologous relationships. the present study identifies the arf gene family of e. plantagineum and its evolutionary relationship with the members of this family in arabidopsis species. this issue can help identify arf genes and reveal their function. analysis of conserved motifs and domain search in arf protein sequences showed that arf proteins have dna binding domains such as b3 and auxin_resp domain in their structure. chromosomal localization analysis showed that arf members are widely distributed in chromosomes. the analysis of gene ontology terms (go terms) in the biological process category showed that cellular process regulation, metabolic process regulation, stimulus-response, signaling, and biological regulation are the most significant go terms.conclusion:the results of this study provide a basis for identifying arf genes and clarifying their function in e. plantagineum, which will be helpful for future research to discover and confirm the function of these genes.