شناسایی، جداسازی و بررسی بیان خانواده ژنی هوئین در جو (hordeum vulgare)

امروزه پپتیدهای ضدمیکروبی به‌عنوان نسل جدیدی از آنتی‌بیوتیک‌ها برای درمان بیماری‌های میکروبی در انسان، جانوران و محافظت از گیاهان در مقابل بیمارگر‌های مختلف، شناخته می‌شوند. هوئین‌ها گروهی از پپتید‌های ضدمیکروبی به‌شمار می‌روند که به‌دلیل تنوع بسیار بالا و بیان در اندام‌های مختلف گیاهی و همچنین نقش موثر در پاسخ به تنش‌های زیستی و غیرزیستی به‌عنوان یکی از مهم‌ترین گروه از پپتیدهای ضدمیکروبی شناخته می‌شوند. هدف مطالعه حاضر شناسایی و جداسازی ژن‌های هوئین در گیاه جو و بررسی خصوصیات و میزان بیان آن‌ها در بافت‌ها و شرایط محیطی مختلف بود. بدین منظور تمام توالی‌های پروتئینی مربوط به ژن‌های هوئین گیاهی از پایگاه ncbi دریافت شدند. پس از به‌دست آمدن توالی مورد توافق، این توالی با استفاده از ابزار tblastn در برابر ژنوم جو مورد هم‌ردیفی قرار گرفت. نتایج حاصل از هم‌ردیفی، سرهم‌بندی شده و توالی‌های حاصل بلاست برای تعیین چارچوب خوانش باز (orf) کامل، دمین‌های عملکردی، سیگنال پپتید، محل تجمع سلولی، خصوصیات فیزیکوشیمیایی، فراوانی اسیدهای آمینه، فعالیت ضدمیکروبی و الگوی بیان مورد بررسی قرار گرفتند. در نهایت با استفاده از واکنش pcr توالی کدکننده کامل هوئین‌ها تکثیر و به‌صورت آزمایشگاهی تایید شد. در این پژوهش، سیزده ژن هوئین با orfهایی با طول متوسط 813 جفت‌باز در گیاه جو شناسایی، جداسازی و توالی‌یابی شدند. ژن‌های هوئین جداسازی شده از جو با سایر هوئین‌های گیاهی، از نظر توالی ژنی و پروتئینی و همچنین خصوصیات ساختاری و عملکردی مشابهت بالایی نشان دادند. نتایج نشان داد که هوئین‌های گیاه جو مانند سایر هوئین‌های گیاهی، بدون اینترون و یا دارای تنها یک اینترون هستند و وجود سیگنال پپتید ترشحی، تجمع خارج سلولی، وجود دمین‌های عملکردی chtbd1 در همه آن‌ها و دمین عملکردی lyzlike در برخی از آ‌ن‌ها، تایید شد. همچنین نتایج نشان داد که فعالیت ضدمیکروبی و بیان حداکثری در ریشه و اندام‌های زایشی و همچنین بیان در پاسخ به تنش‌های زیستی و غیرزیستی از دیگر ویژگی‌های این پروتئین‌ها است. یافته‌های مطالعه حاضر درک ما را در مورد اثر ژن‌های هوئین در فرآیندهای زیستی گیاه مانند رشد و نمو و همچنین پاسخ به تنش‌های زیستی و غیرزیستی افزایش می‌دهد.

Identification, Isolation and Expression Analysis of Hevein gene Family in Barley (Hordeum vulgar)

Today, antimicrobial peptides are known as a new generation of antibiotics for treatment of microbial diseases in human and animals and protecting plants against different pathogens. Heveins are a group of antimicrobial peptides which are considered as one of the most important groups of antimicrobial peptides due to the very high diversity and expression in different plant organs as well as the effective role in responding to biotic and abiotic stresses. The main purpose of the current study was identifying and isolation of hevein genes in barley and study of characteristics and their expression in different tissues and environmental conditions. To this purpose, all hevein protein sequences were retrieved from NCBI database. The hevein consensus sequence was obtained from alignment of retrieved sequences. After obtaining the consensus sequence, this sequence was aligned against the barley genome using tBLASTn tool. The resulting sequences were analyzed to determine the fullORF, and to prediction of functional domains, signal peptides, subcellular localization, physicochemical properties, amino acid frequency and antimicrobial activity. The complete coding sequence of hevein genes were amplified by PCR. In this study, thirteen hevein genes, with an average ORF length of 813 bp, were identified, isolated and sequenced in barley. Hevein genes isolated from barley showed a high similarity with plant heveins in terms of gene and protein sequences, as well as structural and functional characteristics. The results showed that barley Heveins such as other plant Heveins have no introns or have only one intron, and the presence of secretory peptide signals, extracellular aggregation, the presence of ChtBD1 functional domains in all of them and Lyzlike functional domains in some of them was confirmed. The results also showed that antimicrobial activity and maximal expression in roots and reproductive organs as well as expression in response to biological and nonbiological stresses are other features of these proteins. The findings of the current study increase our understanding of the effect of Hevein genes on plant biological processes such as growth and development, as well as the response to biotic and abiotic stresses.