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

هدف: 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 روش‌های آماری پیشرفته مانند فراواکاوی برای ادغام داده‌های بسیاری از منابع، روش جدیدی برای یافتن ژن‌های با بیان متفاوت (deg) ، برای غلبه بر پیچیدگی زیستی و ارائه نتایج دقیق‌تر ارائه می‌دهد. مطالعه فعلی از فراواکاوی داده‌های بیانی rna seq گیاه پروانش برای کشف degهای غنی‏سازی شده در پاسخ به عوامل تنش‌زا و تولید متابولیت‌های 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.نتایج: یافته‌های 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 ژن‌ها 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 غنی‌سازی عملکردی degها اهمیت حیاتی آنها را در فرآیندهای متابولیک، پاسخ به محرک‌ها 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 هم‌بیانی، ژن‌های هاب پاسخ‌دهنده به تنش و مرتبط با مسیرهای بیوسنتز ترپنوئید ایندول آلکالوئیدها (tia) یافت شدند که می‏توانند ژن‌های بالقوه‌ای در سنتز ترکیبات دارویی منحصر به فرد گیاه باشند.نتیجه‏گیری: در این تحقیق، با بررسی پاسخ‌های مولکولی گیاه پروانش تحت تنش‌های مختلف با استفاده از رویکردهای فراواکاوی و زیست‌شناسی سامانه‌ای ، ژن‌های کلیدی و جدید شناسایی شدند. این ژن‌ها دارای توانایی بالقوه جهت استفاده به عنوان ژن‌های کاندید در پروژه‌های مهندسی ژنتیک و متابولیک بوده که به منظور افزایش توانایی گیاه در تولید متابولیت‌های درمانی در آینده به کار گرفته شوند.

meta-analysis of rna-seq data of the medicinal plant catharanthus roseus under some biotic and abiotic stresses

objectivethe objectives of genetic and metabolic engineering can be greatly advanced through comprehending the molecular processes of the stress response. researchers may access an abundance of data through transcriptome studies. using advanced statistical methods such as meta analysis to integrate data from many sources offers a new way to find differentially expressed genes (degs), get beyond biological complexity, and provide more accurate results. the current work used transcriptome data from rna seq meta analysis to uncover catharanthus roseus degs in response to stressors and the production of important secondary metabolites.materials and methodsthe embl ebi database provided the rna seq data, which was then pre processed and mapped quality reads using star software to the reference genome of c. roseus. each data set’s changes in gene expression were examined independently using the edger package, and the output from these analyses was then utilized for a meta analysis with the use of the metarnaseq program. key genes in reaction to stress and pathways were finally examined, along with the biological function and biological pathways involved in the different and significant expression of these genes in response to stress. co expression analysis was carried out using the wgcna software and hub genes associated with stress response and the production of important plant related metabolites were found.resultsthe findings of the meta analysis show that 772 genes with average expression log2fc≥|1 and fdr≤0.05 were found, and that 305 and 467 of these genes, respectively, had up and downregulated expression under stress. of these, only a meta analysis enables the identification of 27 genes that were not identified as degs in individual analyses. the functional enrichment results of degs demonstrate their crucial importance in metabolic processes, response to stimuli, and cellular processes. they also lead multiple pathways, such as the mapk signaling pathway, the biosynthesis of secondary metabolites, the transduction of plant hormones, and metabolic pathways under stress. through co expression network analysis, stress responsive hubs genes and associated with the tia biosynthesis pathways were found that may be potential genes involved in the synthesis of therapeutic compounds exclusive to plants.conclusionsin this study, we identified key and novel genes by investigating the molecular responses of c. roseus plant under various stresses using meta analysis and systems biology approaches. these genes have the potential to be employed as candidate genes in genetic and metabolic engineering projects aimed at enhancing the plant’s capability to produce therapeutic metabolites in the future.