شناسایی ژن های کلیدی موثر در تحمل به تنش خشکی در برنج از طریق فراتحلیل داده ‏های ریزآرایه

اهداف: تنش‏های محیطی مانند خشکی، افزایش دما، شوری و افزایش co2 تهدیدی جدی برای کشاورزی پایدار است. تنش خشکی از مهمترین تنش‏های غیر زیستی در برنج است که باعث کاهش عملکرد محصول می‏شود. تحقیقات متعددی به صورت جداگانه برای شناسایی سازوکار مولکولی پاسخ گیاه به تنش خشکی انجام شده است. بنابراین فراتحلیل می‏تواند با ادغام نتایج مطالعات متعدد مرتبط، منجر به درک بهتر سازوکار‏های تحمل به تنش خشکی شود. مواد و روش‏ها: در این راستا، چهار سری داده ریزآرایه با کیفیت مناسب برنج تحت تنش خشکی و شرایط طبیعی انتخاب شد و سپس توسط بسته ‏limma نرم‏افزار r آنالیز شد. جهت فراتحلیل از بسته ‏meta rnaseq و روش fisher برای یکی کردن p valueهای حاصل از تجزیه انفرادی داده‏های مورد بررسی استفاده شد. ژن‏های متفاوت بیان شونده فراتحلیل دارای افزایش و کاهش بیان تحت تنش خشکی شناسایی شد. سپس هستی‏شناسی ژن (ژن آنتولوژی)، شناسایی ژن‏های مرکزی یا هاب و آنالیز شبکه هم بیانی انجام شد. نتایج حاصل با آزمایش real time quantitative pcr در رقم برنج هاشمی حساس و رقم بومی متحمل به تنش کمبود آب در شرایط درون شیشه‏ای با تیمار peg ارزیابی گردید.یافته‏ها: از نتایج مطالعه حاضر 578 ژن با افزایش بیان و 660 ژن با کاهش بیان بدست آمد. تجزیه و تحلیل هستی‏شناسی ژن(go) سازوکارهای پاسخ به خشکی را نشان داد و ترسیم شبکه برهمکنش پروتئین پروتئین مشخص کرد که ژن‌های مرکزی متفاوت بیان شونده دارای کاهش بیان تحت تنش خشکی حاصل از این مطالعه عمدتاً مربوط به فرایند فتوسنتز و ژن‌های مرکزی متفاوت بیان شونده دارای افزایش بیان تحت تنش خشکی عمدتاً مربوط به تحمل تنش شامل ژن‌های hsp، leas، pp2cs هستند. در نهایت، داده‏های به دست آمده از این فراتحلیل با real time quantitative pcr بر روی ژن‏های پراکسیداز 47، osdssr1، homeobox leucine zipper protein و یک ژن ناشناخته تایید شد. این یافته‏ها به طور قابل توجهی درک ما را از مسیر تنش خشکی بهبود می‏دهد. شناسایی ژن‏های مرکزی در این مطالعه می‏تواند برای به دست آوردن یک نمای کلی از ژن‏های مرکزی که نقش مهمی در پاسخ به تنش خشکی در برنج دارند، موثر باشد. نتیجه‏گیری: شناسایی ژن‏های پایین دست ژن مرکزی می‏تواند در تهیه برنج متحمل به تنش خشکی از طریق روش‏های اصلاحی کلاسیک با هرمی‏سازی این ژن‏ها یا از طریق دستکاری ژنوم کمک نماید و تحمل به تنش خشکی را افزایش دهد و در نتیجه منجر به کشاورزی پایدار شود.

identification of key genes effective in tolerance to drought stress in rice through meta analysis of microarray data

objectiveenvironmental stresses such as drought, high temperature, salinity and high co2 are a serious threat to sustainable agriculture. drought stress is one of the most important abiotic stresses in rice, which causes a decrease in crop yield. several researches have been carried out separately to clarify the molecular mechanism of plant response to drought stress. therefore, meta analysis can lead to a better understanding of drought stress tolerance mechanisms by integrating the results of several related studies.materials and methodsin this regard, four series of good quality microarray data of rice under drought stress and normal condition were selected and then analyzed by r software limma packages. for meta analysis were used of meta rnaseq package and fisher’s method to combine p values obtained from individual data analysis. up and down regulated meta analysis genes under drought stress were identified. then, gene ontology, hub genes and co expression network analysis were performed. the results were evaluated using real time quantitative pcr test in hashemi rice as sensitive variety and native rice as tolerant variety to water deficit stress in vitro with peg treatment.resultsthe results of present study, 578 up regulated genes and 660 down regulated genes were obtained. gene ontology (go) analysis showed drought response mechanisms and drawing the protein protein interaction network revealed that the down regulated hub genes under drought stress is mainly related to photosynthesis process and up regulated hub genes under drought stress mainly related to stress tolerance including hsp, leas, pp2cs genes. finally, the data obtained from the present meta analysis were confirmed by real time quantitative pcr on peroxidase 47, osdssr1, homeobox leucine zipper protein and an unknown gene. these findings significantly improve our understanding of drought stress pathway. identification of hub genes in this study can be effective to obtain an overview of hub genes that play an important role in response to drought stress in riceconclusionidentifying downstream of hub genes can help in the production of drought tolerant rice through classical breeding methods by pyramiding genes or genome manipulation and increase tolerance to drought stress.the result will lead to sustainable agriculture.