بررسی عناصر تنظیم کننده ژن های NAD(P)H oxidase در گندم

تغییرات آب و هوایی و افزایش شدت و مدت تنش های محیطی بر عملکرد و تولید جهانی اکثر گیاهان زراعی و از جمله گندم تاثیر گذاشته است. بر این اساس بررسی اثر تنش های محیطی بر تغییرات سلولی و در سطح ملکولی جهت تشخیص مکانیسم های تنظیمی و استفاده از آنها برای افزایش تحمل و مقاومت در گیاهان اهمیت ویژه ای پیدا کرده است. گیاهان جهت مقابله با تنشهای محیطی راهکارهای مختلفی از جمله تولید سریع گونه های فعال اکسیژن (ROS) که به عنوان انفجار اکسیدی معروف است، بهره می گیرند. گونه های فعال در مقدار اندک به عنوان پیام رسان های ثانویه در جریان فرایندهای دفاعی گیاه و سازگاری در مقابل استرسهای مختلف نقش اساسی را بر عهده دارند اما تداوم تنش و تجمع بیش از حد گونه های فعال، تعادل اکسایش-کاهش در گیاه را بر هم زده و موجب تنش اکسیدی میشود. گونه های فعال اکسیژن در کلروپلاست، میتوکندری، پراکسیزوم در سیتوپلاسم، پراکسیداز و آمین اکسیداز موجود در دیواره سلولی و آنزیمهای خانواده NADP (H) oxidase (NOX) غشای سلولی تولید میشوند. در این میان ژن های NAD (P)H oxidase با تحریک ژن های مرتبط با ایجاد گونه های فعال اکسیژن نقش بسیار مهمی در پاسخ گیاه به تغییرات محیطی ایفا می کنند. این خانواده ژنی همچنین با انتقال الکترون از NAD (P)H به اکسیژن مولکولی یون سوپراکسید را تولید کرده و در ادامهقادر به تولید انواع گونه های فعال اکسیژن هستند. این پژوهش با هدف بررسی ناحیه راه انداز ژن رمزکننده NAD (P)H oxidase در ژنوم گندم جهت شناسایی عناصر تنظیمی تاثیرگذار بر بیان آن در گیاه گندم انجام گردید.

راه انداز ژن ها و عناصر تنظیمی مهمی که در آن قرار دارد نقش مهمی در تنظیم بیان ژن در شرایط مختلف و در در نتیحه در ایجاد سازگاری گیاهان با تغییرات محیطی را بر عهده دارد. جهت بررسی چگونگی تنظیم بیان ژن NAD (P) H oxidase با استفاده از پایگاه داده های بیوانفورماتیک و نرم افزارهای تحلیلی ، بررسی ناحیه راه انداز ژن انجام شد. ابتدا با استفاده از سایت NCBI توالی مربوط به ژن رمزکننده این آنزیم در گیاه گندم شناسایی شد. جهت شناسایی عناصر تنظیمی در بالادست این ژن در ناحیه راه انداز ژنی 1500 جفت باز از ناحیه آغاز رونویسی جدا گردید و سپس این توالی ها با استفاده از سایت PlantEnsemble مورد بررسی قرار گرفت. توالی راه انداز توسط سایت PlantCare برای شناسایی عناصر تنظیمی مهم در بیان ژن که هر کدام نقش مشخصی در تنش های متفاوت ایفا می کنند، بررسی شد.

نتایج نشان داد که عناصر تنظیمی مختلفی که در مسیرهای بیوشیمیایی مختلف دخالت دارند می توانند بر میزان بیان ژن های NAD(P)H oxidase در گندم تاثیر گذار باشند. از جمله عناصر تنظیمی که به وسیله آنالیز راه انداز شناسایی شدند می توان ABRE, TCA motif, TGACG motif, ARE, CCAAT-Box, skn-1-motif, circadian را نام برد که هر کدام به وسیله هورمون ها و فاکتورهای رونویسی مختلف شناسایی می شوند.

تحلیل ها نشان داد تغییرات شرایط محیطی توانایی ایجاد تغییر بیان ژن آنزیم NAD(P)H oxidase را دارند. هورمون ها و فاکتورهای رونویسی هر کدام عناصر تنظیمی خاصی را در راه انداز ژن مورد هدف قرار می دهند و از این طریق موجب تغییر میزان بیان آنزیم می شوند. آنزیم در ابتدا با ایجاد یون سوپراکسید و در ادامه تولید انواع گونه های فعال اکسیژن که نقش پیام رسان ثانویه در گیاه را دارند موجب سازگاری گیاه با شرایط محیطی می شود. از جمله عناصر تنظیمی که به وسیله آنالیز راه انداز شناسایی شدند می توان ABRE, TCA motif, TGACG motif, ARE, CCAAT-Box, skn-1-motif, circadian را نام برد. این عناصر به ترتیب در مسیرهای پاسخ به هورمون های آبسیزیک اسید، سالیسیلیک اسید و جاسمونیک اسید، مسیرهای واکنش های غیر هوازی، پاسخ به خشکی از طریق فاکتورهای رونویسی MYB، مسیر آندوسپرم گیاه و واکنش های نوری نقش دارند که همگی موجب پاسخ بهتر گیاه در مراحل مختلف رشدی و سازگاری با شرایط متغیر محیطی می شوند.