شناسایی ژن های کلیدی موثر در تحمل به تنش خشکی در برنج از طریق فراتحلیل داده های ریزآرایه

Identification of key genes effective in tolerance to drought stress in rice through meta-analysis of microarray data.

Objective Environmental stresses such as drought, high temperature, salinity and high CO2 are a serious threat to sustainable agriculture. Drought stress is one of the most important abiotic stresses in rice, which causes a decrease in crop yield. Several researches have been carried out separately to clarify the molecular mechanism of plant response to drought stress. Therefore, meta-analysis can lead to a better understanding of drought stress tolerance mechanisms by integrating the results of several related studies. Materials and methods In this regard, four series of good quality microarray data of rice under drought stress and normal condition were selected and then analyzed by R software limma packages. For meta-analysis were used of meta-RNAseq package and Fisher's method to combine p-values obtained from individual data analysis. Up and down regulated meta-analysis genes under drought stress were identified. Then, Gene ontology, hub genes and Co-expression network analysis were performed. The results were evaluated using real-time quantitative PCR test in Hashemi rice as sensitive variety and native rice as tolerant variety to water deficit stress in vitro with PEG treatment. Results The results of present study, 578 up-regulated genes and 660 down-regulated genes were obtained. Gene ontology (GO) analysis showed drought response mechanisms and drawing the protein-protein interaction network revealed that the down regulated hub genes under drought stress is mainly related to photosynthesis process and up regulated hub genes under drought stress mainly related to stress tolerance including HSP, LEAs, PP2Cs genes. Finally, the data obtained from the present meta-analysis were confirmed by real-time quantitative PCR on peroxidase 47, OsDSSR1, homeobox-leucine zipper protein and an unknown gene. These findings significantly improve our understanding of drought stress pathway. Identification of hub genes in this study can be effective to obtain an overview of hub genes that play an important role in response to drought stress in rice. Conclusions Identifying downstream of hub genes can help in the production of drought-tolerant rice through classical breeding methods by pyramiding genes or genome manipulation and increase tolerance to drought stress. The result will lead to sustainable agriculture. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

هداف: تنشهای محیطی مانند خشکی، افزایش دما، شوری و افزایش 2 خشکی از مهمترین تنشهای غیر زیستی در برنج است که باعث کاهش عملکرد محصول میشود. تحقیقات متعددی به صورت جداگانه برای شناسایی سازوکار مولکولی پاسخ گیاه به تنش خشکی انجام شده است. بنابراین فراتحلیل میتواند با ادغام نتایج مطالعات متعدد مرتبط، منجر به درک بهتر سازوکارهای تحمل به تنش خشکی شود. مواد و روشها: در این راستا، چهار سری داده ریزآرایه با کیفیت مناسب برنج تحت تنش خشکی و شرایط طبیعی انتخاب شد و p- برای یکی کردن Fisher و روش meta RNAseq آنالیز شد. جهت فراتحلیل از بسته R نرمافزار limma سپس توسط بسته های حاصل از تجزیه انفرادی دادههای مورد بررسی استفاده شد. ژنهای متفاوت بیان شونده فراتحلیل دارای افزایش و value کاهش بیان تحت تنش خشکی شناسایی شد. سپس هستیشناسی ژن)ژن آنتولوژی(، شناسایی ژنهای مرکزی یا هاب و آنالیز شبکه هم بیانی انجام شد. نتایج حاصل با آزمایش ارزیابی گردید. PEG متحمل به تنش کمبود آب در شرایط درون شیشهای با تیمار (GO) نتایج: از نتایج مطالعه حاضر 578 ژن با افزایش بیان و 660 ژن با کاهش بیان بدست آمد. تجزیه و تحلیل هستیشناسی ژن سازوکارهای پاسخ به خشکی را نشان داد و ترسیم شبکه برهمکنش پروتئین-پروتئین مشخص کرد که ژنهای مرکزی متفاوت بیان شونده دارای کاهش بیان تحت تنش خشکی حاصل از این مطالعه عمدتاً مربوط به فرایند فتوسنتز و ژنهای مرکزی متفاوت بیان هستند. در PP2Cs ،LEAs ،HSP شونده دارای افزایش بیان تحت تنش خشکی عمدتاً مربوط به تحمل تنش شامل ژنهای ،OsDSSR1 ، بر روی ژنهای پراکسیداز 47 real-time quantitative PCR نهایت، دادههای به دست آمده از این فراتحلیل با و یک ژن ناشناخته تایید شد. این یافتهها به طور قابل توجهی درک ما را از مسیر تنش homeobox-leucine zipper protein خشکی بهبود میدهد. شناسایی ژنهای مرکزی در این مطالعه میتواند برای به دست آوردن یک نمای کلی از ژنهای مرکزی که نقش مهمی در پاسخ به تنش خشکی در برنج دارند، موثر باشد. نتیجهگیری: شناسایی ژنهای پایین دست ژن مرکزی میتواند در تهیه برنج متحمل به تنش خشکی از طریق روشهای اصلاحی کلاسیک با هرمیسازی این ژنها یا از طریق دستکاری ژنوم کمک نماید و تحمل به تنش خشکی را افزایش دهد و در نتیجه منجر به کشاورزی پایدار شود. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Copyright of Agricultural Biotechnology Journal is the property of Shahid Bahonar University of Kerman & the Iranian Biotechnology Society and its content may not be copied or emailed to multiple sites or posted to a listserv without the copyright holder's express written permission. However, users may print, download, or email articles for individual use. This abstract may be abridged. No warranty is given about the accuracy of the copy. Users should refer to the original published version of the material for the full abstract. (Copyright applies to all Abstracts.)