شناسايي ژن هاي مسير بيوسنتزي اسكلت ترپن در گياه دارويي زنيان (Trachyspermum ammi L.) با استفاده از توالي يابي RNA

Identification of terpenoid backbone biosynthetic pathway genes in Ajowan (Trachyspermum ammi L.) by RNA-Seq

توالي يابي RNA مي تواند شناسايي ژن هاي كليدي مرتبط با ساخت متابوليت هاي ثانويه گياهي را تسهيل و تسريع نمايد. بذور گياه دارويي زنيان داراي 2 تا 9 درصد اسانس هستند كه اصلي ترين تركيبات آن را مونوترپن هاي تيمول، گاماترپينن و پاراسيمن تشكيل مي دهد. در اين پژوهش مطالعه ترنسكريپتوم گياه دارويي زنيان با استفاده از توالي يابي RNA با تكنيك پربازده Illumina اجام گرفت. تعداد 42260830 خوانش داراي كيفيت مناسب بعد از يكپارچه سازي de novo با برنامه Trinity، منتهي به توليد 68051 عدد تك ژن با ميانگين طول 859/4 و N50 معادل 1257 جفت باز گرديد. جهت شناسايي تك ژن هاي مرتبط با مسير بيوسنتزي اسكلت ترپن، توالي تك ژن ها در پايگاه KAAS بارگذاري شد. بر اساس نتايج حاصل تعداد 30 ژن موجود در مسير بيوسنتزي اسكلت ترپن شناسايي شد كه مشتمل بر تمامي ژن هاي دو مسير بيوسنتزي اسكلت ترپن (MEP و MVA) از ابتداي مسير تا توليد ايزوپنيل دي فسفات بود. آنزيم هاي درگير در مسير MEP كه در اين پژوهش شناسايي شدند شامل 1- دئوكسي-دي-زايلولوز 5-فسفات سنتاز (DXS)، 1-دئوكسي-دي-زايلولوز 5 فسفات رداكتوايزومراز (DXR)، 2-سي-متيل-دي-اريتريتول 4-فسفات سيتيديليل ترنسفراز (ispD)، 4-دي فسفوسيتيديل-2-سي-متيل-دي-اريتريتول كيناز (ispE)، 2-سي-lتيل-دي-اريتريتول 2و4-سيكلودي فسفات سنتاز (ispF)، 4-هيدروكسي-3-متيل بوت-2-انيل دي فسفات سنتاز(gcpE) ، 4-هيدروكسي-3-متيل-بوت-2-انيل دي فسفات ردوكتاز(ispH) ، ايزوپنتيل-دي فسفات دلتا ايزومراز، ايزوپرن سنتاز (ispS)، و ژرانيل-دي فسفات سنتاز (GPS) و به همين ترتيب آنزيم هاي مسير MEV شامل استيل-كوآنزيم آاستيل ترنسفراز، HMG-كوآنزيم آسنتاز، HMG-كوآنزيم آردوكتاز (HMGCR)، موالونات كيناز، فسفوموالونات كيناز و موالونات دي فسفات دكربوكسيلاز بودند. شناسايي توالي ژن هاي مسير بيوسنتزي اسكلت ترپن مي تواند زمينه ساز پژوهش هاي آينده در جهت مطالعه بيشتر، بيش بيان و مهندسي متابوليت اين ژن ها گردد.

RNA-seq can facilitate and accelerate the identification of key genes involved in the synthesis of the plant secondary metabolites. The fruits of the medicinal plant Ajowan (Trachyspermum ammi) contain 2-9 % essential oil which the monoterpenes thymol, γ-terpenine and para-cymene, are the major constituents. In the present study transcriptome analysis of Ajowan via RNA-seq by Illumina high-throughput technique was done. 42260830 high-quality clean reads were assembled into 68051 unigenes with the average length of 859.4 and N50 of 1257 bp. In order to identify unigenes involved in terpenoid backbone biosynthetic pathway, the sequences were uploaded on the KAAS database. On the basis of results, 30 genes in the pathway were identified including all the genes in two terpenoid backbone pathway (MEP and MVA) from the beginning of the pathway to IPP production. Enzymes involved in MEP pathway that were present in our dataset included 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase (DXS), 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reductoisomerase (DXR), 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate cytidylyltransferase(ispD), 4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol kinase (ispE), 2-C-methyl-D-erythritol 2,4-cyclodiphosphate synthase (ispF), 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate synthase (gcpE), 4-hydroxy-3-methylbut-2-en-1-yl diphosphate reductase (ispH), isopentenyl-diphosphate delta isomerase, isoprene synthase (ispS), and geranyl-diphosphate synthase (GPS). Likewise, MEV pathway genes included acetyl-CoA acetyltransferase, HMG-CoA synthase, HMG-CoA reductase (HMGCR), phosphomevalonate kinase and mevalonate diphosphate decarboxylase. Identification of genes involved in biosynthetic pathways of terpenoid backbone will aid in future studies of the genes characterization, over-expression and metabolite engineering.