آناليز غني‌سازي مجموعة ژني در غده‌هاي سيب‌زميني (.Solanum tuberosum L) در جريان مراحل نموي

Gene set enrichment analysis in potato tubers (Solanum tuberosum L.) during developmental stages

سيب‌زميني، چهارمين گياه ارزشمند در تغذيه بشر است. غده سيب‌زميني علاوه ‌بر كربوهيدرات‌ها، داراي ويتامين‌ها و ريزمغذي‌هاي مهمي براي تأمين سلامت بشر است. طي مراحل نموي غده سيب‌زميني، تغييرات متعدد مورفولوژيكي، فيزيولوژيكي و مولكولي رخ مي‌دهند. مطالعه اين اتفاق‌ها از منظر مولكولي، براي به‌نژادي ارزش غذايي و بهبود عملكرد سيب‌زميني بسيار مهم است. روش‌هاي توالي‌يابي نوين، داده‌هاي ژنتيكي فراوان و سودمندي براي به‌نژادي مولكولي محصولات زراعي توليد مي-كنند. در اين مطالعه، از غده در حال نمو سيب‌زميني در دو دوره نموي نمونه‌برداري صورت گرفت. توالي‌يابي cDNA و ساخت RNA پس از استخراج با دو تكرار براي هر Illumina انجام شد. آناليزهاي بيوانفورماتيكي، هستي‌شناسي ژن و غني‌سازي گروه‌هاي ژني صورت گرفت. در نهايت، از 1829 ژن افتراقي، 1186 ژن توسط پايگاه‌هاي معتبر شناسايي شدند. نتايج مقايسه‌هاي هستي‌شناسي ژن نشان داد كه به ترتيب 393، 483 و 669 ژن در فرايندهاي بيولوژيكي، اجزاي سلولي و كاركردهاي مولكولي نقش داشتند. بيشترين تعداد ژن در مسيرهاي بيوسنتز فنيل پروپانوئيدها، بيوسنتز متابوليت‌هاي ثانويه و مسيرهاي متابوليكي حضور داشتند. ژن‌هاي كدكننده‌ي پراكسيدازها و ناقلين غشايي مهم‌ترين ژن‌ها در ابتداي دوره نموي تا شروع غده‌دهي بودند. نمو غده در سيب‌زميني مسيرهاي متابوليكي بسياري را فعال مي‌سازد، كه نه تنها موجب رشد و نمو مي‌گردند، بلكه باعث فعال شدن مسيرهاي مقابله با تنش‌ها و همچنين مسيرهاي ساخت مواد مورد نياز مي‌گردند. در مجموع تعداد ده ژن كليدي براي بيوسنتز نشاسته در جريان نمو، شناسايي شدند كه بيشتر آن‌ها افزايش بيان معني‌داري نشان دادند، اين موضوع نشان مي‌دهد كه فرايند بيوسنتز نشاسته از شروع نمو استولون تا بلوغ غده پيوسته ادامه دارد.

Potato is the fourth most valuable plant for human nutrition. In addition to carbohydrates, potato tuber contains important vitamins and micronutrients for human health. During developmental stages of Potato; morphological, physiological and molecular changes occur. From the genetic point of view, studying these events is crucial for breeding potatoes with nutritional values and a higher yield. The next-generation sequencing methods generate abundant and useful genetic data for molecular breeding of crop plants. In this study, two different potato tuber developmental stages (S1 and S2) were chosen and sampled. Following RNA extraction and cDNA synthesis, Illumina RNA sequencing was performed in two replications for each stage. Bioinformatics analysis, gene ontology, and gene set enrichment analysis were performed. Finally, out of 1829 differential expression genes, 1186 genes were identified and valided by bioinformatics resources. The result of gene ontology comparison showed that 393, 483 and 669 genes were involved in biological processes, cellular components, and molecular functions, respectively. Most genes were present in the phenylpropanoid biosynthesis, biosynthesis of secondary metabolites and metabolic pathways. Peroxidase and membrane transporters coding genes were the most important genes at the beginning of tuber onset to tuberization. These results suggested that development in potato tuber activates metabolic pathways, which not only promotes growth and development but also activates the pathways involved in stress responses and synthesis of different compounds. Ten key genes were identified involved in starch biosynthesis, most of which showed a significant up-regulation, suggesting that the starch biosynthesis pathway starts from the onset of stolon development to tuber maturation.