ارزیابی بیان ژن‌های 3-3-14 در سیب‌زمینی تحت تنش خشکی

هدف: سیب زمینی یک محصول زراعی و غذای مهم در جهان است. اما گیاه سیب زمینی به تنش خشکی حساس است. به همین دلیل برررسی مکانیسم مولکولی تحمل به تنش خشکی ضروری به نظر می رسد. پروتئین gf14/1433 یکی از پروتئین های دایمری محافظت شده هستند که چندین فرایند سلولی از متابولیسم تا انتقال، رشد و توسعه و پاسخ به تنش را تنظیم می کنند. اما گزارش های کمی درباره ژن های 3314 در سیب زمینی در دسترس است.مواد و روش‌ها: در این مطالعه، 12 ژن در ژنوم سیب زمینی با استفاده از ابزار بیوانفورماتیک شناسایی شده است. علاوه بر این، آنالیز موتیف ، ساختار ژن، آنالیز فیلوژنی، آنالیز جایگاه اتصال فاکتور رونویسی (tfbs) و سینتنی بر روی ژن های 3314 انجام شد. همچنین آنالیز بیان دو ژن (stgf14i  و stgf14h) در چهار بافت ریشه، ساقه، برگ و غده و بیان آن ها تحت تنش خشکی در شرایط گلخانه بررسی شد.نتایج: بر اساس آنالیز فیلوژنتیکی، اعضای خانواده ژنی stgf14 به دو کلاس تقسیم بندی شدند. آنالیز مکان های اتصال فاکتور رونویسی (tfbs) در ناحیه پروموتری ژن های 3314 نشان داد که بیشترین و کمترین تعداد tfbs به ترتیب مربوط به myb و csdمی باشد. علاوه براین، فراوانی متفاوت tfbsها در ژن های 3314 می تواند نشان دهنده این باشد که این ژن ها در مراحل مختلف رشد و نمو و مکانیسم های پیچیده تنظیمی درگیر هستند. روابط تکاملی سیب زمینی با استفاده از شناسایی ارتولوگ‌ها و پارالوگ‌ها مطالعه شد. تعداد اگزون ها در ژن های 3314 از 4 تا 7 متغیر بود و بیشتر این ژن ها در زیر خانواده مشابه دارای الگوی اگزوناینترون مشابه هستند. بیان دو ژن در برگ و غده تحت تنش خشکی و همچنین بیان هر دوژن در بافت های ریشه، ساقه، برگ و غده مورد بررسی قرار گرفت. براساس آنالیز بیان دو ژن stgf14i و stgf14h در بافت ها و بررسی تنش خشکی، ژن stgf14i بیان بالاتری در چهار بافت داشته و همچنین بالاترین بیان را در غده تحت تنش خشکی سیب زمینی نشان داد. نتایج نشان داد که دو جفت ارتولوگ بین سیب زمینی و آرابیدوپسیس و همچنین 8 جفت پارالوگ در ژنوم سیب زمینی وجود دارد.نتیجه‌گیری: الگوی بیان ژن‌هایstgf14i  و stgf14h در بافت های مختلف و در پاسخ به تنش خشکی نشان می دهد که این دو ژن نقش های ضروری و محافظت شده در رشد و نمو سیب زمینی دارند. امید است که نتایج این مطالعه بتواند به بررسی های بیشتر بر روی نقش عملکردی و مکانیسم مولکولی ژن های 3314 در پاسخ به تنش خشکی در سیب زمینی کمک نماید.

Evaluation of gene expression of 14-3-3 genes under drought stress in potato

ObjectivePotato (Solanum tuberosum) is an important food and economic crop in the world. However, potato shows susceptiblity to drought stress. Thus, the investigation of molecular mechanism of drought stress tolerance is essential considered. GF14/1433 protein is one of the conserved dimeric proteins that regulate several cellular processes, ranging from metabolism to transport, growth, development, and stress response. However, only few reports are available regarding the effect of 1433 genes in response to stress in potato. Materials and methodsIn this study, twelve 1433 genes were detected in the potato genome using bioinformatics methods.  Further, motif analysis, gene structure, phylogenetic analysis, TFBS and synteny analysis were performed on the 1433 genes. In addition, expression analysis of two genes (StGF14i and StGF14h) in four tissues (root, stem, leaf, and tuber) and their expression under drought stress in greenhouse was investigated.   ResultsBased on phylogenetic relationships, the StGF14 family members were categorized into two classes. Analysis of transcription factor binding sites (TFBS) in the promoter region of 1433 genes revealed that the highest and the lowest number of TFBs were MYB and CSD, respectively, which found in promoter of 1433 genes.  Moreover, different frequencies of TFSB in 1433 genes could indicate that these genes control different developmental stages and are involved in complex regulatory mechanisms. Furthermore, genome evolution of S. tuberosum using orthologists and paralogues identification was studied. The number of exons in 1433 genes was from four to seven and most of these genes in the same subfamily them had the same exon–intron patterns. The expression of two genes in leaves and tuber under drought stress as well as the gene expression of both genes in root, stem, leaf, and tuber tissues under drought were examined. Based on the expression analysis of two genes StGF14i and StGF14h in tissues and survey of drought stress, StGF14i gene has a maximum expression in four tissues and also, highest expression in tubers under drought stress. Our results revealed that two orthologous gene pairs between S. tuberosum and A. thaliana as well as eight paralogous genes among potato genomes were identified. ConclusionsThe expression patterns of StGF14i and StGF14h genes in different tissues and in response to drought stress that two genes had the conserved and necessary roles in potato growth and development potato. It is hope that the results of this study will be useful for further investigation of functional role and molecular mechanisms of 1433 genes in response to drought stresses.