جداسازی، مدل‌سازی ساختاری و بررسی بیان ژن استریکتوزیدین سنتاز دخیل در مسیر بیوسنتز ایندول آلکالوئیدها در گیاه papaver somniferum

پروتئین استریکتوزیدین یکی از آنزیم‌های کلیدی مسیر بیوسنتز ایندول آلکالوئیدهای گیاهی است. در حال حاضر، هیچ اطلاعاتی درباره توالی ژن استریکتوزیدین در پایگاه‌های اطلاعاتی مختلف برای گیاه خشخاش ثبت نشده است. بنابراین، این تحقیق با هدف جداسازی توالی کامل ژن استریکتوزیدین، آنالیزهای بیوانفورماتیکی و بررسی بیان آن در اندام های مختلفpapaver somniferum  و bracteatum papaver انجام شد. توالی توافقی ژن str با 1179 جفت باز، پس از شناسایی توالی های توافقی حاصل از سره کردن خوانش های مشابه در گونه های نزدیک به دست آمد. مطالعات فیلوژنی نشان داد که بخش انتهایی این آنزیم، دارای بیشترین حفاظت شدگی است. در ضمن، محدوده دمین عملکردی پروتئین استریکتوزیدین شامل باقیمانده‏های 181 تا 268 بود. با توجه به جداسازی طول کامل توالی توافقی ژن استریکتوزیدین، پیش بینی ساختار سوم پروتئین آن با استفاده از روش مقایسه ای حاصل از برنامه modeller و پیش بینی و شبیه سازی دینامیک مولکولی آن با استفاده از نرم افزار gromacs انجام شد. نتایج پیش بینی و ارزیابی ساختار سوم، بیانگر پایداری ساختاری مدل پیش بینی شده بود. در نهایت بررسی بیان ژن استریکتوزیدین در بافت های برگ، ساقه و غوزه گیاه خشخاش نشان داد که میزان بیان این ژن در بافت های مورد مطالعه به ترتیب حدود 12، 4.09 و 1.3 برابر ریشه به عنوان شاهد بود. همچنین در گیاه شقایق کبیر، ریشه بیشترین بیان (بیش از پنج برابر کپسول) را به خود اختصاص داد، درحالی که میزان بیان ساقه و برگ به ترتیب بیش از سه و 2.5 برابر کپسول بود. نتایج این تحقیق، امکان دستورزی ژن استریکتوزیدین با هدف مهندسی مسیر آلکالوئیدهای خشخاش را فراهم می آورد.

Isolation, structural modeling and evaluation of strictosidine synthase gene expression involved in the biosynthesis pathway of indole alkaloids in Papaver somniferum

Strictosidine synthase protein is one of the key enzymes involved in the biosynthesis of plant alkaloids. To date, no information on strictosidine synthase sequences of Papaver somniferum has been recorded in various databases. Therefore, the aim of this study was to isolate the complete ORF sequence of strictosidine gene, bioinformatics analysis of this gene and study its expression in different organs of Papaver somniferum and Papaver bracteatum. The consensus sequence of strictosidine gene with 1179 bp was obtained after identifying the consensus sequence resulting from assembling similar readings in related species. Also, the strong sequence conservation was observed in the terminal parts of the strictosidine synthase enzyme. Due to the isolation of the full length of the consensus sequence, the prediction of its third protein structure was performed using the comparative method obtained from the Modeller program and its molecular dynamics was predicted and simulated using the GROMACS software. The results of prediction and evaluation of the third structure indicated the structural stability of the predicted model. Finally, the expression of strictosidine synthase gene expression in the leaf, stem and capsule tissues of Papaver somniferum was 12, 4.09 and 1.3 times more than the root as a control, respectively. Also, in Papaver bracteatum, the root had the highest expression (5 times than the capsule) and the stem (3 times than the capsule) and the leaf (2.5 times than the capsule) took the next ranks. The results of this study provide the possibility of STR gene manipulating with the aim of engineering the pathway of Papaver alkaloids.