پژوهش‌های ژنتیک گیاهی

شناسایی، پیش‌بینی عملکرد و بررسی بیان RNAهای بلند غیرکدکننده در عدس تحت تنش شوری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

صبا سعیدی
احمد اسماعیلی
سید سجاد سهرابی

گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران

10.22034/pgr.2025.2081840.1027
چکیده
گیاهان در طی تکامل برای مقابله با تنش‌های زیستی و غیرزیستی، به سازوکارهای مولکولی پیچیده‌ای مجهز شده‌اند که اغلب آن‌ها ناشی از تنظیم مجدد بیان ژن‌ها است. عوامل ژنتیکی متعددی پاسخ مولکولی گیاهان به شرایط نامطلوب محیطی را تنظیم می‌کنند که از آن جمله می‌توان به RNA بلند غیرکدکننده (lncRNAs) اشاره کرد. در گیاهان lncRNAs نقش مهمی در تنظیم بیان ژن‌ها، تغییرات اپی‌ژنتیکی و مسیرهای پیام‌رسانی ایفا می‌کنند. در این پژوهش، برای اولین‌بار شناسایی، تعیین عملکرد و تحلیل بیان lncRNAs در گیاه عدس (Lens culinaris L.) تحت تنش شوری مورد بررسی قرار گرفت. برای شناسایی lncRNAs از مرجع ترنسکریپتومی عدس که از سرهم‌بندی داده‌های حاصل از توالی‌یابی RNA بافت های برگ و ریشه عدس در دو شرایط تنش شوری و بهینه ایجاد شده بود، استفاده شد. پس از پالایش توالی‌های کدکننده پروتئین، با استفاده از نرم‌افزار PLncPRO، توالی‌های lncRNA شناسایی شدند. مقادیر بیان نسبی این توالی‌ها اندازه‌گیری و شبکه هم‌بیانی آن‌ها با ژن‌های افتراقی (DEGs) تشکیل شد. به‌منظور تأیید نتایج، بیان برخی از lncRNAs با استفاده از واکنش qRT-PCR سنجیده شد. پردازش و پالایش پروفایل بیانی عدس تحت تنش شوری منجر به شناسایی ۷۶۷۷ توالی lncRNA شد که از این تعداد، ۷۲۲ توالی برای اولین‌بار در گیاه عدس شناسایی گردید. تحلیل بیان ژن‌ها نشان داد که 90 توالی در بافت برگ و 48 توالی در بافت ریشه تحت تنش شوری افزایش بیان داشتند. تحلیل عملکردی ژن‌های هم‌بیان نشان داد که این ژن‌ها در فرآیندهای زیستی مانند ترجمه، انتقال یون و پاسخ به تنش دخیل هستند. تجزیه و تحلیل غنی‌سازی مسیرهای متابولیکی 18 مسیر مهم را شناسایی کرد که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به S-adenosyl-L-methionine cycle، Abscisic acid biosynthesis و Cytosolic glycolysis اشاره کرد. اعتبارسنجی نتایج با استفاده از qRT-PCR همبستگی 95 درصدی نتایج RNA-seq و qRT-PCR را تأیید کرد. به‌طور کلی نتایج این پژوهش نشان داد که lncRNAs شناسایی شده با کنترل برخی از ژن های مهم در مسیرهای متابولیکی حیاتی در پاسخ مولکولی گیاه عدس به تنش شوری نقش ایفا می‌کنند و شناسایی و تحلیل آن‌ها در این گیاه می‌تواند به درک بهتر مکانیسم‌های مولکولی این پاسخ‌ها کمک کند. بررسی تعاملات RNAها شناسایی شده در این مطالعه با سایر مولکول‌های تنظیمی، مانند ABA و ژن‌های کدکننده می‌تواند به توسعه استراتژی‌های اصلاحی برای بهبود تحمل عدس به تنش‌های زیستی و غیرزیستی کمک نماید.

کلیدواژه‌ها

تنش شوری
تنظیم بیان ژن
عدس
LncRNA

موضوعات

Anee, T.I., Sewelam, N.A., Bautista, N.S., Hirayama, T. and Suzuki, N. (2025). Roles of ROS and NO in Plant Responses to Individual and Combined Salt Stress and Waterlogging. Antioxidants, 14(12): 1455. https://doi.org/10.3390/antiox14121455   
Bae, N., Shim, S.H., Alavilli, H., Do, H., Park, M., Lee, D.W., Lee, J.H., Lee, H., Li, X., Lee, C.H., Jeon, J.S. and Lee, B.H. (2025). Enhanced salt stress tolerance in plants without growth penalty through increased photosynthesis activity by plastocyanin from Antarctic moss. Plant Journal, 121(1): e17168. https://doi.org/10.1111/tpj.17168  
Baum, M. and Kumar, J. (2024). Lentil genome sequencing: Establishing a comprehensive platform for molecular breeding. In The Lentil Genome: Genetics, Genomics and Breeding (pp. 217-236). https://doi.org/10.1016/B978-0-443-19409-2.00008-9  
Chekanova, J.A. (2015). Long non-coding RNAs and their functions in plants. Curr Opin Plant Biol, 27: 207-216. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2015.08.003  
Dhakate, P., Ambreen, H., Chakraborty, A., Singh, B., Yadav, M., Tiwari, M., Singh, G., Pandey, V. and Bhatia, S. (2020). Comprehending lncRNA-mediated gene regulation during abiotic stresses and reproductive development in legumes. In Long Noncoding RNAs in Plants: Roles in Development and Stress (pp. 151-176). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821452-7.00010-6  
Fu, H. and Yang, Y. (2023). How Plants Tolerate Salt Stress. Current Issues in Molecular Biology, 45(7): 5914-5934. https://doi.org/10.3390/cimb45070374  
Goudarzi, M., Ismaili, A., Sohrabi, S.S., Nazarian-Firouzabadi, F. and Eisvand, H.R. (2024). Transcriptomic analysis of salt-stress-responsive genes in lentil roots and leaves. Plant Biotechnology Reports, 18(7): 907-925. https://doi.org/10.1007/s11816-024-00937-x  
Haghi Asl, N., Darvishzadeh, R., Alipour, H., Fatanatvash, S. and Arzhang, S. (2025). Genomic selection for grain yield in maize (Zea mays L.) under normal and salinity stress conditions. Plant Genetic Research, 12(1): 1-20. (In Persian). https://doi.org/10.22034/pgr.2025.2062236.1000
Hossain, M.S., Hasanuzzaman, M., Rahman, A., Nahar, K., Mahmud, J.A. and Fujita, M. (2019). Heat shock-induced salt stress tolerance in lentil (Lens culinaris Medik.). Russian Journal of Plant Physiology, 66(3): 450-460. https://doi.org/10.1134/S1021443719030075  
Ismaili, A., Sohrabi, S.S., Hosseini, S.Z., Namdarian, R. and Godarzi, D. (2016). Genotypic correlation and path analysis of some traits related to oil yield and grain yield in canola (Brassica napus L.) under non-stress and water deficit stress conditions.‏ Iranian Journal of Field Crops Research, 4(4): 646-664 (In Persian). https://doi.org/10.22067/gsc.v14i4.41019
Khadivar, R., Ismaili, A., Sohrabi, S.S. and Torabi Podeh, H. (2023). identification and functional prediction of long non-coding RNAs Responsive to drought stress in Lens culinaris L. Plant Genetic Research. 9(2): 55-70 (In Persian). http://doi.org/10.22034/pgr.9.2.5
Kumar, N., Bharadwaj, C., Sahu, S., Shiv, A., Shrivastava, A.K., Reddy, S.P.P., Soren, K.R., Patil, B.S., Pal, M., Soni, A., Roorkiwal, M. and Varshney, R.K. (2021). Genome-wide identification and functional prediction of salt- stress related long non-coding RNAs (lncRNAs) in chickpea (Cicer arietinum L.). Physiology and Molecular Biology of Plants, 27(11): 2605-2619. https://doi.org/10.1007/s12298-021-01093-0  
Li, J., He, H., Li, Y., Wang, A. and He, L.F. (2022). Role of long non-coding RNA in plant responses to abiotic stresses. Acta Physiologiae Plantarum, 44(5): 54. https://doi.org/10.1007/s11738-022-03387-6  
Li, X. and Zhang, N. (2025). Methionine as a key player in salt stress adaptation in plants. Plant Physiology, 198(1): kiaf169. https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf169   
Li, Z., Zhou, H., Xu, G., Zhang, P., Zhai, N., Zheng, Q., Liu, P., Jin, L., Bai, G. and Zhang, H. (2023). Genome-wide analysis of long noncoding RNAs in response to salt stress in Nicotiana tabacum. BMC Plant Biology, 23(1): 646. https://doi.org/10.1186/s12870-023-04659-0  
Livak, K.J. and Schmittgen, T.D. (2001). Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2− ΔΔCT method. Methods, 25(4): 402-408.‏ https://doi.org/10.1006/meth.2001.1262
Mahajan, M., Poor, P., Kaur, H., Aher, R.R., Palakolanu, S.R. and Khan, M.I.R. (2025a). Salt stress tolerance and abscisic acid in plants: associating role of plant growth regulators and transcription factors. Plant Physiology and Biochemistry, 228: 110303. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2025.110303  
Mahdavian, K. (2023). Effect of calcium chloride and salicylic acid on antioxidative responses of lentils (Lens culinaris Medik.) under salt stress. Iranian Journal of Plant Physiology, 13(2): 4541-4554. https://doi.org/10.30495/ijpp.2023.704670  
Paul, A., Mondal, S., Pal, A., Biswas, S., Chakraborty, K., Mazumder, A., Biswas, A.K. and Kundu, R. (2023). Seed priming with NaCl helps to improve tissue tolerance, potassium retention ability of plants, and protects the photosynthetic ability in two different legumes, chickpea and lentil, under salt stress. Planta, 257(6): 111. https://doi.org/10.1007/s00425-023-04150-y   
Saha, C., Saha, S. and Bhattacharyya, N.P. (2025). LncRNAOmics: a comprehensive review of long non-coding RNAs in plants. Genes, 16(7): 765. https://doi.org/https://doi.org/10.3390/genes16070765  
Shi, B., Li, K., Xu, R., Zhang, F., Yu, Z., Ding, Z. and Tian, H. (2025). Methionine-mediated trade-off between plant growth and salt tolerance. Plant Physiology, 197(3): kiaf074. https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf074  
Sun, X., Tian, R., Zhao, M. and Zhang, W.H. (2026). The lncRNA MtCIR2 suppresses seed germination by PRC1-dependent H2A ubiquitination in Medicago truncatula under salt stress. Plant Journal, 125(1): e70682. https://doi.org/10.1111/tpj.70682  
Tiwari, A., Joshi, S., Joshi, R. and Bohra, A. (2024). Omics advancements in plant abiotic stress. In Current Omics Advancement in Plant Abiotic Stress Biology: a volume in Developments in Applied Microbiology and Biotechnology (pp. 23-37). https://doi.org/10.1016/B978-0-443-21625-1.00002-6  
Tiwari, V., Kumar, A. and Singh, P. (2021). Effects of Salt Stress on Physiology of Crop Plants: At Cellular Level. In Physiology of Salt Stress in Plants: Perception, Signalling, Omics and Tolerance Mechanism (pp. 16-37). https://doi.org/10.1002/9781119700517.ch2  
Tripathi, A., Singh, D., Bhati, J., Singh, D., Taunk, J., Alkahtani, J., Al-Hashimi, A. and Singh, M.P. (2025). Genome wide identification of MATE and ALMT gene family in lentil (Lens culinaris Medikus) and expression profiling under Al stress condition. BMC Plant Biology, 25(1): 88. https://doi.org/10.1186/s12870-025-06086-9   
Wang, T.Z., Liu, M., Zhao, M.G., Chen, R. and Zhang, W.H. (2015). Identification and characterization of long non-coding RNAs involved in osmotic and salt stress in Medicago truncatula using genome-wide high-throughput sequencing. BMC Plant Biology, 15: 131. https://doi.org/10.1186/s12870-015-0530-5  
Xifang, Z., Wang, S., Han, Y., Zhao, Q., Xu, P., Yan, Q., Wu, F. and Zhang, J. (2021). Genome-wide profiling of the potential regulatory network of lncRNA and mRNA in Melilotus albus under salt stress. Environmental and Experimental Botany, 189: 104548. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2021.104548  
Zhao, S., Zhang, Q., Liu, M., Zhou, H., Ma, C. and Wang, P. (2021). Regulation of plant responses to salt stress. International Journal of Molecular Sciences, 22(9): 4609. https://doi.org/10.3390/ijms22094609   
Zong, X., Wang, S., Han, Y., Zhao, Q., Xu, P., Yan, Q., Wu, F. and Zhang, J. (2021). Genome-wide profiling of the potential regulatory network of lncRNA and mRNA in Melilotus albus under salt stress. Environmental and Experimental Botany, 189: 104548. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2021.104548  
Zulfiqar, F. and Ashraf, M. (2023). Proline Alleviates Abiotic Stress Induced Oxidative Stress in Plants. Journal of Plant Growth Regulation, 42(8): 4629-4651. https://doi.org/10.1007/s00344-022-10839-3  

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما