شماره ركورد :
1226212
عنوان مقاله :
مطالعه فيلوژني مولكولي و ساختار پروتئين matk در سوسن چلچراغ (Lilium ledebourii [Baker] Boiss)
عنوان به زبان ديگر :
Study of Molecular phylogenetic and matk protein structure in "Susan -e Chelcheragh" (Lilium ledebourii [Baker] Boiss)
پديد آورندگان :
شيخ اسدي، مرتضي دانشگاه تهران - گروه مهندسي علوم باغباني و فضاي سبز، كرج، ايران , نادري، روح انگيز دانشگاه تهران - گروه مهندسي علوم باغباني و فضاي سبز، كرج، ايران , كافي، محسن دانشگاه تهران - گروه مهندسي علوم باغباني و فضاي سبز، كرج، ايران , فتاحي مقدم، محمدرضا دانشگاه تهران - گروه مهندسي علوم باغباني و فضاي سبز، كرج، ايران , سلامي، عليرضا دانشگاه تهران - گروه مهندسي علوم باغباني و فضاي سبز، كرج، ايران
تعداد صفحه :
12
از صفحه :
181
از صفحه (ادامه) :
0
تا صفحه :
192
تا صفحه(ادامه) :
0
كليدواژه :
فيلوژني , گونه هاي ليليوم , DNA باركدينگ , in silico , matk
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: ژن كلروپلاستي matk يكي از بهترين ژن‌هاي باركد گياهي است و از مناسبترين ژن‌ها براي بررسي روابط فيلوژنتيكي و تكاملي در سطوح گونه تا خانواده معرفي شده است. جنس ليليوم مهمترين جنس خانواده ليلياسه با تقريباً 100 گونه است كه چندين بار مورد طبقه‌بندي قرار گرفته است. طبقه‌بندي اين خانواده همواره با مطالعات مورفولوژيكي، كاريولوژيكي و فيلوژني پيگيري مي‌شود. رويكردهاي جديد فيلوژني مولكولي باعث تغييراتي اساسي در اين طبقه‌بندي شده است. سوسن چلچراغ از گونه‌هاي ارزشمند بومي ايران است كه به شدت در معرض خطر انقراض قرار دارد. اين گونه علي‌رغم ويژگي‌هاي ارزشمندي كه دارد، تاكنون در هيچ مطالعه‌اي با ساير گونه‌هاي اين خانواده از نظر جايگاه فيلوژني مورد بررسي قرار نگرفته است. اين پژوهش بـا بكارگيري توالي matk به بررسي جايگاه رده‌بندي و قرابت ژنتيكي سوسن چلچراغ بـا 41 گونه ديگر از اين جنس پرداخته است. مواد و روش‌ها: استخراج DNA با استفاده از كيت Qiagen DNEasy انجام شد. بعد از تاييد كيفيت و كميت DNA، توالي‌يابي بصورت Real-Time (SMRT) با استفاده از پلتفرم نسل جديد PacBio انجام و توالي كامل ژن matK با استفاده از ابزراهاي بيوانفورماتيك استخراج و در پايگاه اطلاعات ژني NCBI به شماره دسترسي MN557236 ثبت شد. به‌منطور بررسي روابط فيلوژنتيك، توالي‌ matk 41 گونه ديگر ليليوم از پايگاه اطلاعات ژني بدست آمد. همه توالي‌ها با روش ClustalW و با استفاده از نرم‌افزار مگا 7 هم‌رديف شدند. روش حداكثر درست‌نمايي جهت رسم درخت فيلوژني بكار گرفته شد. فاصله ژنتيكي به روش K2P محاسبه شد. ميزان حداكثر درست‌نمايي مركب الگوي جايگزيني نوكلئوتيدي با استفاده از ماتريس جايگزيني برآورد شد. با استفاده ابزارهاي تخصصيFFPred ، InterProScan، TargetP و Phyre2 ساختارهاي ثانويهاي از قبيل مارپيچ‌هاي α، پيچ‌هاي β و مارپيچ‌هاي تصادفي و ساختار سه بعدي پروتئين مورد بررسي قرار گرفت. يافته‌ها: طبق نتايج درخت فيلوژني، ليليوم‌ها به چهار خوشه A، B، C و D تقسيم شدند كه گونه ايران در خوشه B قرار گرفت. بـر اسـاس توپولوژي فيلوژني و همچنين بررسي فاصله ژنتيكي، سوسن چلچراغ بيشترين شباهت را با سه گونه‌ي Lilium pyrenaicum ، L. ciliatum و L. candidum با ارزش پايداري 97 % داشت. در بررسي بيوانفورماتيكي، در همرديفي اين پروتئين درجه بالايي از حفاظت شدگي مشاهده شد. سوسن چلچراغ در جايگاه 271 داراي اسيد آمينه آرژينين هست و از اين نظر فقط با سه گونه L. pyrenaicum ، L. ciliatum و L. candidum مشابه بود. ساير گونه‌ها در اين جايگاه داراي اسيد آمينه ليزين بودند. تفاوت‌هاي زيادي در جايگاه‌هاي اسيد‌آمينه‌اي مختلف از جمله در موقعيت‌هاي 317، 346، 363، 417 در گونه‌ها مشاهده شد. بررسي تشابه ساختار دوم توالي matk در سوسن چلچراغ نشان داد كه اين پروتئين داراي 233 اسيدآمينه در مارپيچ α(45/51 درصد)، 24 اسيد آمينه در پيچ β (4/69 درصد) و 156 اسيد آمينه در مارپيچ تصادفي (30/74 درصد) است. نتيجه‌گيري: پژوهش حاضر براي اولين بار اين ژن را در سوسن چلچراغ مورد تجزيه و تحليل قرار داد و سـاختار دو بعـدي و موقعيـت α هلـيكس‌هـا و صفحات β مشخص شد. همچنين مدل ساختار سوم اين پروتئين براي نخستين بار ارائه شد. بـر اسـاس توپولوژي فيلوژني و همچنين بررسي فاصله ژنتيكي، سوسن چلچراغ بيشترين شباهت را با سه گونه‌ي L. pyrenaicum ، L. ciliatum و L. candidum داشت. به طور كلي، در اين تحقيق قرابت سوسن چلچراغ از نظر مولكولي (فيلوژني، ساختار پروتئين) با ديگر گونه‌هاي ليليوم بررسي شد.
چكيده لاتين :
Background and objectives: Chloroplastic matk gene is one of the best genes for a plant barcode and study of phylogenic/evolutionary relationships between plant species and families, possesses a high evolutionary rate at a nucleotide/amino acid level. Lilium, with ~100 species, is the most important genus in the Liliaceae that have been classified. The classification of Liliaceae is continuously studied morphologically, cariologically, and phylogenetically. New molecular phylogenic approaches have lead in fundamental changes in this classification. Lilium ledebourii is a valuable species endemic to Iran, but it is seriously endangered. Notwithstanding its valuable characteristics, Lilium ledebourii has never been phylogenetically studied together with the other members of the Liliaceae. Using matk sequence, we studied the taxonomic position and evolutionary relationships of Lilium ledebourii and 41 other Lilium species. Materials and methods: First, DNA was extracted by using Qiagen DNEasy. After verifying DNA quality and quantity, real-time sequencing (SMRT) was performed using the next generation PacBio platform and a complete matK sequence was obtained using bioinformatics tools. Finally, it was registered in NCBI (ID: MN557236 - Pending publishing). For the study of the phylogenetic relationships, matk sequences of the 41 species were downloaded from NCBI. The sequences were aligned by Mega7 software, following the ClustalW method. Phylogenetic tree was drawn according to the maximum likelihood method. Genetic distance was calculated by the K2P method. The maximum composite likelihood of the nucleotide substitution pattern was estimated using the substitution matrix. By using FFPred, InterProScan, TargetP, and Phyre2, secondary structures such as Alpha helix, Beta turn, and random coil, as well as the tertiary structure of the protein, were studied. Findings: According to the phylogenetic tree, the Lilium species were classified into 4 clusters: A, B, C, and D. The Iranian species was placed in cluster B. According to phylogenic topology as well as to the study of genetic distance, Lilium ledebourii had the highest similarities to L. pyrenaicum, L. ciliatum, and L. candidum with 97% bootstrap. In bioinformatic analysis, a high level of conservation was observed in the alignment of this protein. Lilium ledebourii contained arginine at position #271, which was similar only to L. pyrenaicum, L. ciliatum, and L. candidum. The other species had lysine at this position. The species displayed many differences in the positions of amino acids, such as at #317, #346, #363, and #417. The study of the similarities of the secondary structure of matk in L. ledebourii showed this protein to have 233 amino acids at α helix (45.51%), 24 amino acids at β turn (4.69%), and 156 amino acids at random coil (30.74%). Conclusions: The present study analyzed matk in Lilium ledebourii for the first time, revealing its secondary structure, the position of α- helix and β- turn. Additionally, the Tertiary structure of this protein was proposed for the first time. According to phylogenic topology as well as to the study of genetic distance, Lilium ledebourii had the highest similarities to L. pyrenaicum, L. ciliatum, and L. candidum. Overall, the molecular relationship (phylogenetics and protein structure) of Lilium ledebourii with other Lilium species was studied.
سال انتشار :
1399
عنوان نشريه :
پژوهش هاي توليد گياهي
فايل PDF :
8430151
لينک به اين مدرک :
بازگشت