بررسی عناصر تنظیم کننده ژن های کدکننده آنزیم سوپراکسید دیسموتاز در گندم

مقدمه:

 گندم نیز مانند سایر گیاهان در مقابله با تولید بالای رادیکال‏های آزاد اکسیژن از آنزیم های آنتی اکسیدانی جهت تخریب آن‏ها استفاده می کند. آنزیم های آنتی اکسیدان، پروتیین یا پلی پپتیدهایی هستند که در همکاری با مواد سلولی یا عناصر معدنی فعال شده و در موجودات نقش سمیت زدایی گونه های فعال اکسیژن را بر عهده دارند. سوپراکسید دیسموتاز یکی از آنزیم های آنتی‎اکسیدانی مهم در پاسخ گیاهان به تنش های غیرزنده است. این پژوهش با هدف بررسی ناحیه پروموتوری مربوط به ژن های رمزکننده سوپراکسید دیسموتاز در ژنوم گندم جهت یافتن عناصر تنظیمی تاثیر گذار بر بیان آن ها انجام شد.

برای بررسی نحوه تنظیم بیان ژن و فاکتورهای موثر در تنظیم ژن مربوط به آنزیم سوپراکسید دیسموتاز با استفاده از روش های بیوانفورماتیک، بررسی ناحیه پروموتوری در ژن های 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 ژن های رمزکننده این آنزیم در گیاه گندم دانلود شد. پس از دریافت توالی ژن های مورد نظر، توالی مربوط به ژن های MnSOD، Cu/Zn-SOD با هدف یافتن نسخه های 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 توالی های پروموتوری دریافت شده مورد بررسی قرار گرفته و عناصر تنظیمی موجود در آن ها مشخص شد. پانزده ژن رمزکننده سوپراکسید دیسموتاز در کروموزم‏های مختلف ژنوم‎های A و D گندم شناسایی شدند و سپس 1500 جفت نوکلیوتید از توالی‏های بالادست به عنوان ناحیه پروموتوری جهت شناسایی عناصر تنظیمی موثر و معنی‎دار از لحاظ آماری بررسی شدند. توالی های جدا شده به صورت تک تک و گروهی تجزیه و تحلیل شده و عناصر تنظیمی آن ها مشخص گردید. بررسی تکی پروموتورها با استفاده از ابزار آنلاین در سایت PlantCare و بررسی گروهی نیز با استفاده از سایت RSAT انجام گرفت.

نتایج نشان داد که عناصر تنظیمی متنوعی که در مسیرهای بیوشیمیایی مختلف دخالت دارند، می توانند بر میزان بیان ژن‏های سوپراکسید دیسموتاز در گندم تاثیرگذار باشند. از جمله عناصر تنظیمی که بوسیله آنالیز گروهی و تکی پروموتور شناسایی گردید، می توان G-Box, I-box,MBS, TGA-element, A-box, ABRE ARE را نام برد. در این بررسی ژن های رمزکننده سوپراکسید دیسموتاز اکثرا روی کروموزم های مختلف ژنوم های A و D گندم شناسایی شدند. این، نشان‎دهنده این است که این ژن ها احتمالا از والدینی از گندم که دارای این دو ژنوم اصلی بوده اند، به گندم انتقال یافته است.

در نهایت تحلیل ها نشان داد که عناصر تنظیمی مهم شناسایی شده در این مسیر می تواند 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 واکنش ها غیر هوازی، مکان اتصال عناصر مربوط به ژن های رمزکننده عامل رونویسی MYB، واکنش به شرایط نوری، مسیر بیانی آندوسپرم و مسیر تنظیم واکنش های دوره ای نور هستند. اکثر عناصر تنظیمی این ژن ها به گونه ای در پاسخ به واکنش های نوری و همچنین تنش های محیطی درگیر بوده و موجب حفاظت از گیاه در برابر آسیب های ناشی از آن می گردند.