بررسي گسترده ژنومي و آناليز الگوي بيان خانواده ژني HSP90 در گياه آلوروپوس ليتوراليس تحت تنش شوري

Analysis of Expression Pattern of Genome and Analysis of HSP90 Gene Family in Aeluropus littoralis under Salinity Stress

پروتئين‌هاي شوك حرارتي 90 كيلو دالتوني (HSP90)، يك چاپرون مولكولي وابسته به ATP مي‌باشند كه توالي آن‌ها از درجه حفاظت‌شدگي بسيار بالايي در باكتري‌ها تا يوكاريوت‌ها برخوردار مي‌باشند. در گياهان، پروتئين‌هاي HSP90، براي كنترل رشد و نمو طبيعي گياه و همچنين پاسخ دفاعي در برابر محرك‌هاي زيست‌محيطي مورد نياز مي‌باشند. گرچه مطالعات متعددي در مورد نقش فيزيولوژيكي HSP90ها در گياهان وجود دارد، با اين حال شناخت ما از مكانيسم‌هاي دفاعي پروتئين‌هاي HSP90 در پاسخ به تنش، نقش آن‌ها به‌عنوان چاپرون‌هاي مولكولي و برهم‌كنش‌هاي مولكولي آن‌ها با ديگر پروتئين‌ها و كوچاپرون‌ها محدود مي‌باشد. بنابراين، در مطالعه حاضر، با آناليز جامعي از خانواده ژني HSP90 در گياه هالوفيت Aeluropus littoralis، 4 ژن HSP90 در اين گياه شناسايي و با استفاده از آناليز پيش‌بيني جايگاه سلولي مشخص شد كه اين ژن‌ها در بخش‌هاي مختلف سلولي فعال مي‌باشند. با استفاده از ابزارهاي بيوانفورماتيكي مختلفي، 45 ژن HSP90 نيز در ساير گونه‌هاي آرابيدوپسيس، برنج، ذرت، سويا وBrachypodium distachyon شناسايي گرديد. 49 ژن‌ HSP90 مورد بررسي، از نظر فيلوژنتيكي در سه گروه اصلي تقسيم‌بندي شدند. آناليز ساختارهاي ژني و تركيب موتيف‌ها نشان داد كه اين ژن‌ها در هر گروه تقريباً از حفاظت‌شدگي بالايي برخوردارند، كه بيانگر اين است كه اعضاي هر گروه ممكن است داراي كاركردهاي يكساني باشند. بر اساس داده‌هاي RNA-seq، ژن AlHSP90.4 فعال در سيتوپلاسم با سطح بيان 3/1، ببيشترين بيان را در بافت ريشه تحت شرايط تنش شوري و بازيابي به نمايش گذاشت. حداقل سطح بيان، نيز در ژن AlHSP90.3 واقع در شبكه آندوپلاسمي، در پاسخ به تنش شوري و در شرايط بازيابي در بافت برگي مشاهده گرديد. يافته‌هاي اين بررسي، ضمن ارائه خصوصيات عملكردي ژن‌هاي AlHSP90، اطلاعات پايه‌اي را براي تحقيقات آتي در مورد كاركرد بيولوژيكي اين ژن‌ها مهيا مي‌سازد.

HSP90 protein is an ATP-dependent molecular chaperone that is evolutionarily conserved in bacteria to higher eukaryotes. In plants, HSP90s are required for control of normal plant growth and development, as well as immune responses to environmental stimuli. Although there are several studies explaining the physiological role of HSP90s in plants, our understanding of their stress response molecular mechanisms, their roles as molecular chaperones, and their molecular interactions with other clients and co-chaperones are still unclear. Therefore the present study aimed to perform a comprehensive analysis of the HSP90 gene family in halophyte plant Aeluropus littoralis. Subcellular localization analysis showed that four identified AlHSP90 gene were localized in different subcellular compartments. Based on different bioinformatics tools, 45 HSP90 homologus genes were identifed from Arabidopsis, rice, maize, soybeen and Brachypodium distachyon species. 49 genes of HSP90 were phylogenetically clustered into three major groups. Gene structure and motif composition revealed that these genes were relatively conservative in each group, suggesting that members of the same group may also have conserved functions. Based on RNA-seq data, AlHSP90.4 gene localized in cytoplasm with expression levels of 1.3 was expressed more in root tissue under salinity stress and recovery. The least expression level was observed in AlHSP90.3 gene localized in ER in root tissue under salinity stress and recovery. The findings of this study reveal the functional characteristics of the AlHSP90 genes and provide basic information for future research on the their biological functions.