تعداد نشریات | 13 |
تعداد شمارهها | 150 |
تعداد مقالات | 1,513 |
تعداد مشاهده مقاله | 2,344,271 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 1,974,042 |
آنالیز مقایسهای ژنومی درختان صنعتی و تندرشد صنوبر و اکالیپتوس | ||
پژوهش و توسعه جنگل | ||
دوره 10، شماره 3، آذر 1403، صفحه 363-378 اصل مقاله (668.72 K) | ||
نوع مقاله: علمی - پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.30466/jfrd.2024.55100.1709 | ||
نویسنده | ||
محمد اسماعیل پور* | ||
استادیار، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی اهر، دانشگاه تبریز، اهر، ایران | ||
چکیده | ||
مقدمه و هدف: شناسایی تشابهات ژنتیکی و ارتولوژی ژنی بین گونههای مختلف درختی میتواند در درک تکامل ژنوم، بهنژادی و حفاظت گونهها کاربرد داشته باشد. دانش زیادی در مورد عملکرد ژنوم درختان جنگلی از طریق بررسیهای ژنومیکس مقایسهای قابل استخراج است. تاکنون، گونههای گیاهی دارای اهمیت اقتصادی مختلفی در این زمینه به خوبی مورد پژوهش قرار گرفتهاند، اما ژنومیکس مقایسهای درختان جنگلی کمتر بررسی شدهاند. بهنظر میرسد بررسیهای جامعی برای مقایسه ژنومی بین درختان صنعتی و تندرشد صنوبر (Populus trichocarpa) و اکالیپتوس (Eucalyptus grandis) متعلق به جد مشترک و کلاد گلسرخداران (Rosids) کمتر انجام شده است؛ بهویژه با توجه بهاینکه این دو گونه گیاهی مدل بوده و دادههای زیستی آنها بهروزرسانی میشود. هدف از انجام این پژوهش، ارزیابی مقایسهای توالی کامل ژنوم درختان صنعتی اکالیپتوس و صنوبر از نظر ویژگیهای ژنومی مهم مانند اندازه ژنوم، تعداد کروموزوم، محتوای ژنی، نشانگرهای ریزماهواره، تعداد ژنهای خانواده ژنی ترپن سنتاز و شناسایی ژنهای مرتبط با دو صفت مهم و مورد توجه بهنژادگران درختان جنگلی، شامل صفات تشکیل چوب و کیفیت دیواره سلولی است. مواد و روشها: در این پژوهش، از دو فایل مربوط به توالییابی کل ژنوم اکالیپتوس با شماره دسترسی مرکز ملی اطلاعات فناوری زیستی آمریکا (NCBI) GCF-016545825.1 و صنوبر با شماره دسترسی GCF-000002775.5 استفاده شد. هر دو گونه گیاهی جزو گیاهان مدل ژنتیکی بوده و ژنوم آنها در سطح کروموزوم سرهمبندی شده بود. در این پژوهش، به بررسی برخی مشخصات ژنومی مانند اندازه ژنوم، تعداد کروموزوم، محتوای کلیGC، تعداد کل ژنها، ژنهای رمزکننده پروتئین،RNA های کوچک غیررمزکننده (SncRNA) و ژنهای کاذب دو گونه تندرشد صنوبر و اکالیپتوس پرداخته شده و نمودار ون رسم شد. همچنین، توالیهای ریزماهوارهای با نرمافزار MISA در زبان برنامهنویسی Perl و توالیهای مربوط به تکثیر پشتسرهم موجود بر روی ژنومهای دو گونه فوق استخراج شد. یافتهها: نتایج این پژوهش نشان داد اندازه ژنوم اکالیپتوس نسبت به صنوبر، بزرگتر و دارای 42619 ژن است که از این میان، 33352 ژن رمزکننده پروتئین در سراسر ژنوم وجود داشت. ژنوم صنوبر نیز واجد 34621 ژن بوده که 29617 ژن، رمزکننده پروتئین بوده است. علاوه بر آن، تعداد ژنهای کاذب در ژنوم اکالیپتوس 9/2 برابر صنوبر بود. تعداد کروموزمهای اکالیپتوس 11 و تعداد کروموزومهای صنوبر 19 عدد شمارش شده است. تعداد RNAs کوچک برای ژنوم اکالیپتوس و صنوبر بهترتیب 1507 و 1347 بود. بر اساس اطلاعات حاشیهنویسی ژنوم موجود در سایت NCBI، برخی از ژنها فقط در درخت اکالیپتوس و برخی از ژنها فقط در درخت صنوبر یافت شدند. مطابق نمودار ون، 14484 ژن منحصر به فرد برای اکالیپتوس و 12114 ژن مخصوص گونه صنوبر شناسایی شد. 9133 ژن نیز مشترک بین دو گونه بوده است. تعداد کل نشانگرهای ریزماهواره شناسایی شده بر روی ژنوم اکالیپتوس 136147 عدد و برای ژنوم صنوبر 77024 عدد بود. نتایج بهدست آمده نشان میدهد که ژنومهای اکالیپتوس و صنوبر بهترتیب از Mb 8/3 و Mb 2/10 توالیهای ریزماهوارهای تشکیل شده است. جالب توجه است که تعداد و تراکم نشانگرهای ریزماهواره شناساییشده در ژنوم اکالیپتوس بهترتیب 8/1 و 2/1 برابر صنوبر بود. لازم به ذکر است به تعداد 4067 نوع موتیف در اکالیپتوس و 2898 نوع موتیف در ژنوم صنوبر شناسایی شد. از دیگر نتایج این پژوهش میتوان به وجود ارتباط عکس میان فراوانی ریزماهوارهها و تعداد توکلئوتیدها در میان توالیهای ژنومی گونههای گیاهی مورد پژوهش اشاره کرد. بهطوریکه با افزایش فراوانی ریزماهوارهها، کاهش قابلتوجهی در تعداد نوکلئوتیدها مشاهده شد. بر این اساس، ریزماهوارههای تک و دو نوکلئوتیدی دارای بیشترین فراوانی بوده، درحالیکه ریزماهوارههای هشت و نه نوکلئوتیدی، کمترین فراوانی را داشتند. نتایج حاصل از ارزیابی انجامشده در خصوص بررسی تفاوت حضور خانواده ژنی ترپن سنتاز در دو گونه گیاهی مورد پژوهش نیز حاکی از آن بوده است که در اکالیپتوس، 112 ژن و در صنوبر 7 ژن از خانواده ژنی فوق وجود دارد. تعداد خوشه یا همان تعداد مناطق گسترشیافته پشتسرهم در ژنوم گونه اکالیپتوس 3185 عدد و برای گونه صنوبر 2575 عدد شناسایی شد. تعداد کل ژنهای پشتسرهم حفظشده در ژنوم اکالیپتوس به اندازه 16 درصد بیشتر از ژنوم صنوبر بود. تعداد ژنهای عملکردی و غیرعملکردی اکالیپتوس نیز بزرگتر از صنوبر بود. در تعداد زیادی از ژنهای مرتبط با صفت مهم تشکیل چوب در دو درخت مورد پژوهش، رویداد پیرایش جایگزین با الگوهای مختلف رخ داد. در مجموع، به تعداد 59 ژن کاندید برای صفت مهم کیفیت دیواره سلولی برای دو گونه صنوبر و اکالیپتوس شناسایی شد. نتیجهگیری کلی: ژنومیکس مقایسهای میتواند با در اختیار قرار دادن آللهای متنوع مرتبط با صفات مهم اقتصادی و اکولوژیکی، فرایند اصلاح نژاد گونههای درختی را سرعت بخشیده و همچنین، به حفظ گونههایی که از نظر ژنتیکی متمایز و در معرض خطر انقراض هستند، کمک کند. | ||
کلیدواژهها | ||
اندازه ژنوم؛ تکامل ژنوم؛ توالییابی کل ژنوم؛ ریزماهواره | ||
مراجع | ||
Adhikari, S.; Saha, S.; Biswas, A.; Rana, T.S.; Bandyopadhyay, T. K.; Ghosh, P.; Application of molecular markers in plant genome analysis: a review. Nucleus 2017, 60: 283-297. Ai, W.; Liu, Y.; Mei, M.; Zhang, X.; Tan, E.; Liu, H.; Han, X.; Zhan, H.; Lu, X.; A chromosome-scale genome assembly of the Mongolian oak (Quercus mongolica). Molecular Ecology Resources 2022, 22: 2396–2410. Baldrich, P.; Bélanger, S.; Kong, S.; Pokhrel, S.; Tamim, S.; Teng, C.; Schiebout, C.; Guna, S. Gurazada, R.; Gupta, P.; Patel, P.; Razifard, H.; Nakano, M.; Dusia, A.; Meyers, B. C.; Frank, M. H.; The evolutionary history of small RNAs in Solanaceae. Plant Physiology 2022, 2: 644–665. Bennetzen, J.L.; Transposable element contributions to plant gene and genome evolution. Plant Molecular Biology 2020, 42: 251–269. Butler, J.B.; Freeman, J.S.; Potts, B.M.; Annotation of the Corymbia terpene synthase gene family shows broad conservation but dynamic evolution of physical clusters relative to Eucalyptus. Heredity 2018, 121, 87–104. Butler, J.B.; Vaillancourt, R.E.; Potts, B.M; Comparative genomics of Eucalyptus and Corymbia reveals low rates of genome structural rearrangement. BMC Genomics 2017, 18, 397. Heissl, A.; Betancourt, A.J.; Hermann, P.; Povysil, G.; Arbeithuber, B.; Futschik, A.; Ebner, T.; Tiemann-Boege, I.; Length asymmetry and heterozygosity strongly influences the evolution of poly-A microsatellites at meiotic recombination hotspots. BioRxiv 2018, 431841. Hernández, M.A.; Vaillancourt, R.E.; Potts, B.M.; Insights into the evolution of the eucalypt CER1 and CER3 genes involved in the synthesis of alkane waxes. Tree Genetics and Genomes 2024, 20: 1-15. MirMohammadi Maibody, S.A.M.; Golkar, P.; Application of DNA molecular markers in plant breeding. Journal of Plant Genetic Researches 2019, 6 (1): 1-30 (In Persian). Mohammadi, Y.; Banaei-Asl, F.; Espahbodi, K.; Evaluation of genetic relationships of selected Ash trees for seed orchard formation at Chamestan research station. Forest Research and Development 2023, 9: 17-27 (In Persian). Myburg, A.A.; Grattapaglia, D.; Tuskan, G.A.; Hellsten, U.; Hayes, R.D.; Grimwood, J.; Jenkins, J.; Lindquist, E.; Tice, H.; Bauer, D.; The genome of Eucalyptus grandis. Nature 2014, 510: 356–62. Onda, Y.; Mochida, K.; Exploring genetic diversity in plants using high-throughput sequencing techniques. Current Genomics 2016, 17(4): 358. Pancaldi, F.; Vlegels, D.; Rijken, H.; van Loo, E.N.; Trindade, L.M.; Detection and analysis of syntenic quantitative trait loci controlling cell wall quality in angiosperms. Frontier Plant Science 2022, 13: 855093. Potter, K.M.; Hipkins, V.D.; Mahalovich, M.F.; Means, R.E.; Nuclear genetic variation across the range of Ponderosa pine (Pinus ponderosa): Phylogeographic, taxonomic and conservation implications. Tree Genetics and Genomes 2015, 11: 38. Rostami, R.; Seyedi, N.; Yousefzadeh, H.; Genetic diversity of wild apple (Malus orientalis Uglitz.) in Hyrcanian Forests of Iran by SSR markers. Forest Research and Development 2019, 5: 169-179 (In Persian). Saadati Jebeli, M.; Marashi, H.; Shahriari, F.; Seifi, A.; Fekrat, L.; Evaluation of genomic diversity of pistachio resistant and susceptible cultivars to pest psyllid using whole genome sequencing approach. Genetic Engineering and Biosafety Journal 2022, 11 (1): 64-71 (In Persian). Salse, J.; Translational research from models to crops: comparative genomics for plant breeding. Comptes Rendus Biologies 2023, 4: 111-128. Sadeghi, S.M.; Sardabi, H.; Kazerooni, H.; Sharifi, M.A.; Farrar, N.; Rashvand, S.; Adaptability and performance of industrial Eucalyptus species in Dashtestan, Bushehr province, Iran. Journal of Forest Poplar Research 2018, 2: 264-275 (In Persian). Song, X.; Yang, Q.; Bai, Y.; Gong, K.; Wu, T.; Yu, T.; Pei, Q.; Duan, W.; Huang, Z.; Wang, Z.; Li, Z.; Kang, X.; Zhao, W.; Ma, X.; Comprehensive analysis of SSRs and database construction using all complete gene-coding sequences in major horticultural and representative plant. Horticulture Research 2021, 122: 2-17. Taheri, A.; Seyedi, N.; Abdollahi Mandoulakani, B.; Mirzaghaderi, G.; Najafi, S.; Vahdati, K.; Genetic diversity in Persian walnut (Juglans regia L.) seedlings using SSR markers. Forest Research and Development 2022, 8(1): 13-26 (In Persian). Wang, C.; Liu, X.; Peng, S.; Xu, Q.; Yuan, X.; Feng, Y.; Yu, H.; Wang, Y.; Wei, X.; Development of novel microsatellite markers for the BBCC Oryza genome (Poaceae) using high-throughput sequencing technology. PloS One 2014, 9 (3): e91826. Wijerathna-Yapa, A.; Bishnoi, R.; Ranawaka, B.; Maya Magar, M.; Ur Rehman, H.; Bharad, S.G.; Lorenc, M.T.; Ramtekey, V.; Gohar, S.; Lata, C.; Harun-Or-Rashid, M.D.; Razzaq, M.; Sajjad, M.; Basnet, B.R.; Rice–wheat comparative genomics: Gains and gaps. The Crop Journal 2023, 1-14. Xie, J.; Li, Y.; Liu, X.; Zhao, Y.; Li, B.; Ingvarsson, P.K.; Zhang, D.; Evolutionary origins of pseudogenes and their association with regulatory sequences in plants. Plant Cell 2019, 31: 563–578. Xu, P.; Kong, Y.; Song, D.; Conservation and functional influence of alternative splicing in wood formation of Populus and Eucalyptus. BMC Genomics 2014, 15, 1-12. Zhu, L.; Wu, H.; Li, H.; Tang, H.; Zhang, L.; Xu, H.; Jiao, F.; Wang, N.; Yang, L.; Short tandem repeats in plants: Genomic distribution and function prediction. Electronic Journal of Biotechnology 2021, 50: 37-44. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 807 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 184 |