مطالعه فيلوژنتيكي، ساختاري و بياني ژن‌هاي عوامل تنظيم‌كننده رشد (GRF) در گندم (Triticum aestivum L) بر مبناي روش‌هاي in silico

Phylogenetic, structure and expression analysis of growth regulatory factors (GRF) genes in wheat (Triticum aestivum L.) using in silico methods

عوامل تنظيم‌كننده رشد (Growth Regulatory Factor, GRF) از فاكتورهاي رونويسي اختصاصي در گياهان هستند داراي دو دمين حفاظت شده QLQ و WRC مي‌باشند. اعضاء اين خانواده ژني در فرآيندهاي مختلف زيستي مانند رشد و نمو و پاسخ به تنش‌هاي محيطي و هورمون نقش دارند. در اين مطالعه ژن‌هاي خانواده GRF گندم شناسايي و به‌صورت بيوانفورماتيكي بررسي شدند. شناسايي ژن‌هاي GRF با استفاده از BlastP انجام و در ادامه روابط تكاملي، موتيف‌هاي حفاظت شده، پيش‌بر، miRNA هستي‌شناسي و بيان ژن‌هاي شناسايي شده مطالعه شد. در اين مطالعه 30 ژن TaGRF (TaGRF1-30) بر اساس جستجوي پايگاه داده ژنوم گندم شناسايي شدند كه بر روي 12 كروموزوم قرار داشتند و بر اساس روابط فيلوژنتيكي در 6 زيرگروه دسته‌بندي شدند. ژن‌هاي TaGRF هر زيرگروه از نظر ساختار ژني مشابه و تمامي آن‌ها داراي دو موتيف حفاظت شده (WRC و QLQ) و 2 تا 5 اگزون بودند. با توجه به شناسايي عناصر تنظيمي پاسخ در تنش‌ها، هورمون‌ها و مراحل رشد و نمو در ناحيه پيش‌بر، اين ژن‌ها در بسياري از فرآيندهاي زيستي گندم نقش دارند. همچنين 26 ژن TaGRF داراي جايگاه هدف براي miRNA396 بودند. اطلاعات RNA-seq پايگاه داده expVIP نشان داد كه ژن‌هاي TaGRF1، TaGRF4 و TaGRF7 تظاهر بالايي در مراحل رويشي و زايشي در بافت‌هاي ريشه، ساقه، برگ، سنبله و دانه داشتند. همچنين اين داده‌ها نشان داد كه تمامي ژن‌هاي GRF گندم به‌جز TaGRF16 در مرحله زايشي سنبله تظاهر داشتند. نتايج اين مطالعه اطلاعات تكاملي و كاركردي موردنياز براي طراحي مطالعات كاركردي اين خانواده ژني را فراهم مي‌سازد.

Growth regulating factors (Growth Regulatory Factors) are plant-specific transcription factors which contain two conserved domains, QLQ and WRC. Members of this family are involved in diverse biological and physiological processes, such as growth, development and stress and hormone responses. In this study, wheat GRF genes were identified and analysis by bioinformatics methods. GRF genes identification was performed by blastP. Then evolutionary relationships, gene structure, promoter, miRNA, gene ontology and expression of identified genes were analyzed. 30 TaGRFs (TaGRF1–30) distributed on 12 chromosomes were identified by searching wheat genome database and were clustered into six subgroups according to their phylogenetic relationships. TaGRFs belonging to the same subgroup shared a similar motif composition and gene structure. They all contain two conserved motifs (QLQ and WRC) and have 2–5 exons. Due to the identification of stresses, hormones and tissue specific cis elements in the TaGRFs promoter, these genes are involved in many biological processes of wheat. MiR396 target analysis indicated that 26 GRFs mRNA contained miRNA396 target position in wheat. RNA-seq data from the expVip database showed that TaGRF1, TaGRF4 and TaGRF7 were strongly expressed in root, shoot, leave, spike and grain in vegetative and reproductive stages. This data also indicated that all TaGRF genes except TaGRF16 were expressed in vegetative stage of spike. The results of this study provide the evolutionary and functional information needed for Design of functional studies of this gene family.