بررسي In silico روند تكامل مولكولي و گسترش خانوادۀ پروتئيني ژرانيل‌ژرانيل‌دي فسفات‌سنتاز در گياهان

In silico Analysis of Molecular Evolution and Expansion in Geranylgeranyl diphosphate synthase Protein Family in Plants

آنزيم‌هايGGPPS مسئول سنتز ژرانيل‌ژرانيل ‌دي‌ فسفات (GGPP)، يك پيش‌مادۀ مهم براي توليد بسياري از ترپنوئيدها، هستند. در اين تحقيق با شناسايي هومولوگ‌هاي خانوادۀ GGPPS در پايگاه دادۀ UniProt، روند تكاملي اين خانواده با استفاده از آناليزهاي فيلوژنتيك مورد مطالعه قرار گرفت. همچنين، الگوي فرايندهاي مضاعف شدن و از دست دادن ژن در طي تكامل گياهان، با استفاده ازمعيار بهينه ‌سازي مبتني بر پارسيموني بررسي شد. جهت بررسي نقش فرايندهاي مضاعف شدن كل ژنوم (WGD) و تكثير تكراري ژن‌ها (TD) از پايگاه دادۀ PLAZA استفاده شد. نتايج مشخص نمود كه خانوادۀ GGPPS يك خانوادۀ در حال گسترش است و در طي روند تكامل گياهان، اين خانوادۀ پروتئيني در چندين مرحلۀ متناوب فرايندهاي گسترش و انقباض را تجربه نموده است. اغلب اين فرايندهاي گسترش در اثر پديدۀ مضاعف شدن كل ژنوم ايجاد شده‌اند. با اين وجود، فرايندهاي تكثير تكراري ژن‌ها در پديده‌هايي كه منجر به گسترش در يك تبار خاص (LSE) شده است، بيشتر به وقوع پيوسته است. همچنين بررسي تنوع جايابي پروتئين در داخل سلول (PSL) مشخص نمود كه فرايند گسترش منجر به تفكيك عملكرد در اين خانوادۀ پروتئيني شده است. لذا به نظر مي‌رسد كه گسترش خانوادۀ GGPPS در گياهان باعث ايجاد پاسخ‌هاي مناسب‌تر به استرس‌ها و محرك‌هاي محيطي مي‌شود و در نهايت به سازگاري بهتر گياهان با محيط كمك مي‌كند. بررسي اثر انتخاب طبيعي در اين خانواده نشان داد كه اعضاي اين خانواده در رده‌هاي مختلف گياهان تحت تاثير فشارهاي انتخابي متفاوتي قرار دارند و انتخاب طبيعي مثبت فقط در بازدانگان مشاهده شد.

GGPPS enzymes are responsible for the synthesis of geranyl geranyl diphosphate (GGPP), an important precursor for the production of variety terpenoids. In this study, by identifying the GGPPSs homologs UniProt database, the evolutionary process of this family was investigated using phylogenetic analysis, and the patterns of gene loss and gain over the course of evolution were inferred by parsimony-based optimization criterion. PLAZA database was used to study the role of whole genome duplication (WGD) and tandem gene duplication (TD). Results revealed that the GGPPS family is an expanding family and during plants evolution, GGPPS family has experienced expansion and contraction events in several alternate stages. Most of these expansions have been occurred as a result of the whole genome duplication (WGD) events. Nonetheless, tandem duplications (TDs) have occurred more in lineage specific expansions (LSEs). Furthermore, Protein Subcellular localization (PSL) analysis revealed that expansion process led to subfunctionalization in this protein family. Therefore, it seems that expansion in GGPPSs improve plants responses to stress and environmental stimuli, and ultimately, lead to a better adaptation to environmental conditions. Our analysis suggested that the selective Pressure in different lineages of plants is variable and the positive selection was observed only in gymnosperms.