بررسی عناصر تنظیم کننده ژن‌های کدکننده آنزیم سوپراکسید دیسموتاز در گندم

مقدمه: گندم نیز مانند سایر گیاهان در مقابله با تولید بالای رادیکال‏های آزاد اکسیژن از آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی جهت تخریب آن‏ها استفاده می‌کند. آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان، پروتئین یا پلی‌پپتیدهایی هستند که در همکاری با مواد سلولی یا عناصر معدنی فعال شده و در موجودات نقش سمیت‌زدایی گونه‌های فعال اکسیژن را بر عهده دارند. سوپراکسید دیسموتاز یکی از آنزیم‌های آنتی‎اکسیدانی مهم در پاسخ گیاهان به تنش های غیرزنده است. این پژوهش با هدف بررسی ناحیه پروموتوری مربوط به ژن‌های رمزکننده سوپراکسید دیسموتاز در ژنوم گندم جهت یافتن عناصر تنظیمی تاثیر‌گذار بر بیان آن‌ها انجام شد.مواد و روش‌ها: برای بررسی نحوه تنظیم بیان ژن و فاکتورهای موثر در تنظیم ژن مربوط به آنزیم سوپراکسید دیسموتاز با استفاده از روش‌های بیوانفورماتیک، بررسی ناحیه پروموتوری در ژن‌های mnsod، cu/zn-sod و fesod انجام شد. دلیل انتخاب این ژن‏ها، اهمیت آن‏ها در کنترل شرایط تنش و حذف رادیکاهای آزاد اکسیژن است. همچنین نحوه تنظیم بیان این ژن‏ها در شرایط تنش بسیار حایز اهمیت است. برای بررسی ناحیه پروموتوری این ژن‏ها، ابتدا با استفاده از سایت ncbi توالی مربوط به ژن‌های رمزکننده این آنزیم در گیاه گندم دانلود شد. پس از دریافت توالی ژن‌های مورد نظر، توالی مربوط به ژن‌های mnsod، cu/zn-sod با هدف یافتن نسخه‌های مختلف ژن sod در ژنوم گندم در مقابل توالی ژنومی این گیاه که تا زمان نگارش این مقاله در این سایت شناسایی و گزارش شده است، جستجو شد. هر یک از این توالی‌های پروموتوری دریافت شده مورد بررسی قرار گرفته و عناصر تنظیمی موجود در آن‌ها مشخص شد. پانزده ژن رمزکننده سوپراکسید دیسموتاز در کروموزم‏های مختلف ژنوم‎های a و d گندم شناسایی شدند و سپس 1500 جفت نوکلئوتید از توالی‏های بالادست به عنوان ناحیه پروموتوری جهت شناسایی عناصر تنظیمی موثر و معنی‎دار از لحاظ آماری بررسی شدند. توالی‌های جدا شده به صورت تک‌تک و گروهی تجزیه و تحلیل شده و عناصر تنظیمی آن‌ها مشخص گردید. بررسی تکی پروموتورها با استفاده از ابزار آنلاین در سایت plantcare و بررسی گروهی نیز با استفاده از سایت rsat انجام گرفت.یافته‌ها: نتایج نشان داد که عناصر تنظیمی متنوعی که در مسیرهای بیوشیمیایی مختلف دخالت دارند، می‌توانند بر میزان بیان ژن‏های سوپراکسید دیسموتاز در گندم تاثیرگذار باشند. از جمله عناصر تنظیمی که بوسیله آنالیز گروهی و تکی پروموتور شناسایی گردید، می‌توان g-box، i-box،mbs، tga-element، a-box، abre are را نام برد. در این بررسی ژن‌های رمزکننده سوپراکسید دیسموتاز اکثراً روی کروموزم‌های مختلف ژنوم‌های a و d گندم شناسایی شدند. این، نشان‎دهنده این است که این ژن‌ها احتمالاً از والدینی از گندم که دارای این دو ژنوم اصلی بوده‌اند، به گندم انتقال یافته است.نتیجه‌گیری: در نهایت تحلیل‌ها نشان داد که عناصر تنظیمی مهم شناسایی شده در این مسیر می‌تواند شامل abre، are، ccaat-box، g-box، skn-1_motif و circadian باشد که به ترتیب دارای نقش در مسیر پاسخ به آبسیزیک اسید، پاسخ به واکنش‌ها غیر هوازی، مکان اتصال عناصر مربوط به ژن‌های رمزکننده عامل رونویسی myb، واکنش به شرایط نوری، مسیر بیانی آندوسپرم و مسیر تنظیم واکنش‌های دوره‌ای نور هستند. اکثر عناصر تنظیمی این ژن‌ها به گونه‌ای در پاسخ به واکنش‌های نوری و همچنین تنش‌های محیطی درگیر بوده و موجب حفاظت از گیاه در برابر آسیب‌های ناشی از آن می‌گردند.

investigation of regulatory elements related to superoxide dismutase enzyme genes in wheat

introduction: wheat، like other plants، uses antioxidant enzymes to deal with the high production of free oxygen radicals. antioxidant enzymes are proteins or polypeptides that are activated in cooperation with cellular substances or mineral elements and are responsible for detoxifying reactive oxygen species in organisms. superoxide dismutase (sod) is an important antioxidant enzyme responding to plants' abiotic stresses. this study was performed to identify significant regulatory elements within the promoter regions of superoxide dismutase genes in the wheat genome.materials and methods: to investigate the regulation of gene expression and the effective factors in regulating superoxide dismutase enzyme using bioinformatics methods، the promoter region of mn-sod، cu/zn-sod and fe-sod genes was investigated. the reason for selecting these genes is their ability to scavenge the free radicals of oxygen in plants. also، their gene expression pattern are crucial under stressful conditions. in order to perform the promotor analysis of these genes، first، the sequence of the genes encoding this enzyme from wheat was downloaded using the ncbi site. after receiving the desired gene sequence، all three sequences of this gene were searched to find different versions of the sod gene in the wheat genome against the genomic sequence of this plant that has been identified and reported on this site so far. each received promoter sequence was analyzed and their regulatory elements were identified. fifteen genes encoding superoxide dismutase were identified and annotated in different chromosomes of a and d genomes of wheat. then، the promoter regions of these genes، including 1500 bp upstream sequences، were separated to identify the corresponding regulatory elements. the promoter sequences were analyzed to detect the statistically significant over-represented regulatory elements.results: the results showed that various regulatory elements involved in different biochemical pathways might influence wheat's transcription of superoxide dismutase genes. g-box، i-box، mbs، tga-element، a-box، abre، and are، are regulatory elements annotated by individual and grouping promoter analysis. in this study، genes encoding superoxide dismutase were mainly identified on different chromosomes of wheat's a and d genomes. this indicates that these genes were probably transferred from the parents of wheat that had these two main genomes to wheat.conclusion: finally، the analysis showed that the important regulatory elements identified in this pathway could include abre، are، ccaat-box، g-box، skn-1_motif، and circadian، which respectively have a role in the pathway of response to abscisic acid، and response to other reactions such as aerobics reactions، the binding site of elements related to genes encoding myb transcription factor، response to light conditions، endosperm expression pathway and the pathway of regulation of periodic light responses. most of the regulatory elements of these genes are involved in light reactions and environmental stresses، which protect the plant against their injury effects.