ردیابی و معرفی نشانگرهای ریزماهواره مرتبط با مسیر بیوسنتز استویول گلیکوزیدها در گیاه استویا با کاوش در ترنسکریپتوم

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

1 دانشگاه تربیت مدرس

2 دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی

3 موسسه تحقیقات ثبت و گواهی بذر و نهال

4 دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده
هدف عمده برنامه‌های بهنژادی استویا (Stevia rebaudiana) ایجاد گیاهانی با میزان ریبودیوزید-آ (RA) بالا می‌باشد. در این راستا، به منظور غربالگری گیاهان استویا و انتخاب واریته‌هایی با بیشترین میزان شیرین‌کننده‌های موردنظر با استفاده از نشانگرهای مولکولی، تحقیق حاضر بر روی داده‌های RNA-seq واریته‌های دارای مقادیر مختلف RA انجام گردید. به منظور بازآرایی ترنسکریپتوم از نو برای هر واریته، از نرم افزار CLC با درنظرگرفتن طول k-mer برابر با 20 و حداقل طول کانتیگ برابر با 200 جفت باز استفاده شد. به منظور انجام تفسیر، آخرین نسخه از پروتئوم گیاه مدل ارابیدوپسیس بکار برده شد. برای شناسایی SSR‌های چندشکل کاندید در میان واریته‌های استویا، با استفاده از CandiSSR آنالیز توالی‌های بازآرایی شده و بدنیال آن طراحی جفت آغازگرهای مربوطه صورت گرفت. حدود 368 نشانگر SSR بالقوه شناسایی گردید که در این میان 360 نشانگر شرایط لازم برای طراحی آغازگر را دارا بودند. تقریبا 89% از کانتیگ‌های واجد SSR‌های چندشکل دارای بهترین توالی مشابه در برابر پروتئوم ارابیدوپسیس بودند. در این مطالعه، کانتیگ‌های مشابه با خانواده پروتئینی UDP-Glycosyltransferase و Deoxyxylulose-5-phosphate synthase که در مسیر بیوسنتز استویول گلیکوزیدها دخیل می‌باشند شناسایی گردید. همچنین آنالیز gene set enrichment با استفاده از PlantGSE از طریق آزمون Hypergeometric درسطح معنی‌داری (FDR < 0.05) چندین مسیر متابولیکی مرتبط با توالی‌های حاوی SSR‌های چندشکل را مورد شناسایی قرار داد. بنابراین، می‌توان این فرضیه را مطرح نمود که نشانگرهای SSR چندشکل توسعه یافته در این تحقیق با اطمینان در برنامه‌های بهنژادی مولکولی استویا به منظور انتخاب واریتههای با میزان بالای SG به ویژه RA قابل استفاده می‌باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Yadav, A. K., Singh, S., Dhyani, D., Ahuja, P. S. (2011). A review on the improvement of stevia [Stevia rebaudiana (Bertoni)]. Canadian Journal of Plant Science. 91(1), 1-27.
[2] Soufi, S., D’Urso, G., Pizza, C., Rezgui, S., Bettaieb, T. & Montoro, P. (2016). Steviol glycosides targeted analysis in leaves of Stevia rebaudiana (Bertoni) from plants cultivated under chilling stress conditions. Food chemistry, 190,572-580.
[3] Wölwer-Rieck, U. (2012). The leaves of Stevia rebaudiana (Bertoni), their constituents and the analyses thereof: a review. Journal of agricultural and food chemistry, 60(4), 886-895.
[4] Zalapa, J. E., Cuevas, H., Zhu, H., Steffan, S., Senalik, D., Zeldin, E., McCown, B., Harbut, R. & Simon, P. (2012). Using next-generation sequencing approaches to isolate simple sequence repeat (SSR) loci in the plant sciences. American journal of botany, 99(2), 193-208.
[5] Davey, J. W., Hohenlohe, P. A., Etter, P. D., Boone, J. Q., Catchen, J. M., & Blaxter, M. L. (2011). Genome-wide genetic marker discovery and genotyping using next-generation sequencing. Nature Reviews Genetics, 12(7),499.
[6] Zhang, H., Wei, L., Miao, H., Zhang, T. & Wang, C. (2012). Development and validation of genic-SSR markers in sesame by RNA-seq. BMC genomics, 13(1), 316.
[7] Huang, H., Xia, E.-H., Zhang, H.-B., Yao, Q.-Y., & Gao, L.-Z. (2017). De novo transcriptome sequencing of Camellia sasanqua and the analysis of major candidate genes related to floral traits. Plant Physiology and Biochemistry, 120, 103-111.
[8] Chen, J., Hou, K., Qin, P., Liu, H., Yi, B., Yang, W., & Wu, W. (2014). RNA-Seq for gene identification and transcript profiling of three Stevia rebaudiana genotypes. BMC genomics, 15(1), 571.
[9] Xia, E.-H., Yao, Q.-Y., Zhang, H.-B., Jiang, J.-J., Zhang, L.-P., & Gao, L.-Z. (2016). CandiSSR: an efficient pipeline used for identifying candidate polymorphic SSRs based on multiple assembled sequences. Frontiers in plant science, 6, 1171.
[10] Mathur, S., Bulchandani, N., Parihar, S., & Shekhawat, G. S. (2017). Critical Review on Steviol Glycosides: Pharmacological, Toxicological and Therapeutic Aspects of High Potency Zero Caloric Sweetener. International Journal of Pharmacology, 13(7), 916-928.
[11] Vieira, M. L. C., Santini, L., Diniz, A. L., & Munhoz, C. d. F. (2016). Microsatellite markers: what they mean and why they are so useful. Genetics and molecular biology, 39(3), 312-328.
[12] Sharma, N., Kaur, R., & Era, V. (2016). Potential of RAPD and ISSR markers for assessing genetic diversity among Stevia rebaudiana Bertoni accessions.
[13] Kaur, R., Sharma, N., & Raina, R. (2015). Identification and functional annotation of expressed sequencetags based SSR markers of Stevia rebaudiana. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 39(3), 439-450.
[14] Slater, G. S. C., & Birney, E. (2005). Automated generation of heuristics for biological sequence comparison. BMC bioinformatics, 6(1), 31.
[15] Shi, J., Huang, S., Zhan, J., Yu, J., Wang, X., Hua, W. & Wang, H. (2013). Genome-wide microsatellite characterization and marker development in the sequenced Brassica crop species. DNA research, 21(1), 53-68.
[16] Kim, M. J., Jin, J., Zheng, J., Wong, L., Chua, N.-H., & Jang, I.-C. (2015). Comparative transcriptomics unravel biochemical specialization of leaf tissues of Stevia (Stevia rebaudiana) for diterpenoid production. Plant physiology, pp. 01353.02015.
[17] Rodrıguez-Concepción, M., & Boronat, A. (2002). Elucidation of the methylerythritol phosphate pathway for isoprenoid biosynthesis in bacteria and plastids. A metabolic milestone achieved through genomics. Plant physiology, 130(3), 1079-1089.