عنوان پایان‌نامه
ارزیابی تراسکرپتوم و متابولوم گیاه باریجه به منظور شناسایی ژنهای درگیر درتولید متابولیتهای ثانویه
- رشته تحصیلی
- مهندسی کشاورزی - بیوتکنولوژی کشاورزی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7377;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80877;کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 7377;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80877
- تاریخ دفاع
- ۱۱ اسفند ۱۳۹۵
- دانشجو
- احمد سبحانی نجف آبادی
- استاد راهنما
- محمدرضا نقوی
- چکیده
- گیاه باریجه با نام علمی Ferula gummosa Boiss.، از تیره چتریان (Apiaceae) بومی مناطق شرق و غرب ایران است. گیاه باریجه به دلیل داشتن قابلیت استحصال شیرابه ای با ارزش دارویی و صنعتی، بسیار مورد توجه است. اگر چه این شیرابه از حیث صادرات گیاهان دارویی مرتعی ایران در رتبه اول قرار دارد و خواص دارویی و کاربردهای صنعتی فراوانی دارد اما اطلاعات اندکی در زمینه مکانیسم های بیوشیمیایی و ژنتیکی تولید این ترکیبات وجود دارد. در همین راستا مطالعات متابولومیکس و ترانسکریپتومیکس کمک بسیاری به این زمینه از علم گیاهان دارویی کرده اند. در حال حاضر تکنیک های GC-MS و RNA-Seq به ترتیب جزو پر کاربردترین و دقیق ترین روش های متابولومیکس و ترانسکریپتومیکس به شمار می روند. در تحقیق حاضر شیرابه و چهار اندام ریشه، ساقه، برگ و گل باریجه از نظر ترکیبات متابولیتی و بیان ژن های درگیر در تولید آن ها مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که از نظر حضور رزین ریشه¬ها فعالترین اندام (99/13 میلی گرم بر گرم) و از نظر تولید اسانس گل ها فعالترین اندام (01/6 میلی گرم بر گرم) می باشند. بتا آمیرین غالب ترین ترکیب تری ترپن¬ها، بتا پینن و آلفا پینن غالبترین ترکیبات مونوترپن ها و آلفا اودسمول و جرماکرین دی غالب ترین سسکویی ترپن ها می باشند. جهت ارزیابی ترانسکریپتوم باریجه از روش RNA-seq برای دو اندام ریشه و گل استفاده گردید. ارزیابی ژن های با بیان متفاوت بین ریشه و گل نشان داد که در مجموع 1172 ژن با بیان متفاوت بین ریشه و گل شناسایی شده که از آن ها 934 (6/79 درصد) ژن در گل افزایش بیان داشته اند و 238 (4/20 درصد) ژن نیز در ریشه افزایش بیان داشته اند (FDR < 0.001). مقایسه بیان ژن ها در مسیر بیوسنتز ترپن ها نشان داد که 9 ژن دارای بیان متفاوت می باشند که مهمترین آن ها عبارتند از ژن های مرتبط با آنزیم های درگیر در تولید میرسن، جرماکرین دی و بتا آمیرین که این ژن ها به طور معنی داری در ریشه افزایش بیان نشان می دهند. جهت تایید نتایج بدست آمده از RNA-seq، از روش qPCR برای شش ژن درگیر در بیوسنتز ترپن ها استفاده گردید. نتایج بدست آمده نشان دهنده تطابق معنی دار این دو روش بود (P < 0.01). نتایج فوق نشان داد که اندام های مختلف در تولید شیرابه نقش دارند اما ریشه چه از نظر ذخیره و چه بیان ژن های درگیر در تولید تری ترپن ها و تعدادی از مونو و سسکوئی ترپن ها بسیار فعال است که این موضوع ایده تولید این ترکیبات از طریق ریشه مویین را تقویت می کند.
- Abstract
- Ferula gummosa Boiss. from the Apiaceae family is native to East and West of Iran. Galbanum is an oleo-gum-resin with high pharmaceutical and industrial values which is exuded from F. gummosa in response to wounds. Although galbanum ranks first in terms of Iranian export of pasture medicinal plants, but little information on the genetic and biochemical mechanisms of these compounds are existed. In this regard, metabolomic and transcriptomic studies of medicinal plants has much to contribute to this field of science. At the moment, GC-MS and RNA-Seq techniques are one of the most used and most accurate methods in metabolomics and transcriptomics respectively. In the present study, oleo-gum-resin and four organs (roots, flowers, stems, and leaves) of F. gummosa were assessed in terms of the metabolic compounds and expression of the genes involved in their biosynthetic pathways. The results showed that the most production of resins and essential oils were occurred in the roots (13.99 mg/g) and flowers (6.01 mg/g) respectively. Beta-amyrin is the most dominant compound of triterpenes, alpha-pinene and beta-pinene were the most of monoterpenes and alpha-eudesmol and germacrene D were the most components of sesquiterpenes. Transcriptome analysis was performed by RNA-Seq technique for the roots and flowers of F. gummosa. Differentian gene expression analysis showed that 1,172 genes are differential between these two organs which 934 (79.6 %) of them were up-regulated in the flowers and 238 (20.4 %) genes were up-regulated in the roots (FDR < 0.001). Comparing of differential expressed genes in terpene biosynthetic pathways showed that 9 genes had significant differences.The most important differential expressed genes were involved in myrcene, germacrene D, and beta-amyrin biosynthesis that up-regulated in the roots. To confirm the results obtained from RNA-Seq, six genes involved in the biosynthesis of terpenes were evaluated by qPCR. The results showed a significant correlation between two methods (P < 0.01). Eventually, results showed that different organs of F. gummosa are involved in the production of oleo-gum-resins, but the roots are more active than other organs in terms of biosynthesis of triterpenes and some mono- and sesqui- terpenes that this issue boosted the idea of producing these compounds through induction of capillary roots. Keywords: RNA-seq, GC-MS, Apiacea, qPCR, Oleo-gum-resin.
