نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه بوعلی سینا دانشکده کشاورزی گروه بیوتکنولوژی

2 دانشگاه بوعلی سینا

3 پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری، پژوهشکدۀ زیست فناوری صنعت و محیط زیست، گروه زیست فناوری سامانه‌ای

چکیده

آنزیم‌هایGGPPS مسئول سنتز ژرانیل‌ژرانیل ‌دی‌ فسفات (GGPP)، یک پیش‌مادۀ مهم برای تولید بسیاری از ترپنوئیدها، هستند. در این تحقیق با شناسایی هومولوگ‌های خانوادۀ GGPPS در پایگاه دادۀ UniProt، روند تکاملی این خانواده با استفاده از آنالیزهای فیلوژنتیک مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین، الگوی فرایندهای مضاعف شدن و از دست دادن ژن در طی تکامل گیاهان، با استفاده ازمعیار بهینه ‌سازی مبتنی بر پارسیمونی بررسی شد. جهت بررسی نقش فرایندهای مضاعف شدن کل ژنوم (WGD) و تکثیر تکراری ژن‌ها (TD) از پایگاه دادۀ PLAZA استفاده شد. نتایج مشخص نمود که خانوادۀ GGPPS یک خانوادۀ در حال گسترش است و در طی روند تکامل گیاهان، این خانوادۀ پروتئینی در چندین مرحلۀ متناوب فرایندهای گسترش و انقباض را تجربه نموده است. اغلب این فرایندهای گسترش در اثر پدیدۀ مضاعف شدن کل ژنوم ایجاد شده‌اند. با این وجود، فرایندهای تکثیر تکراری ژن‌ها در پدیده‌هایی که منجر به گسترش در یک تبار خاص (LSE) شده است، بیشتر به وقوع پیوسته است. همچنین بررسی تنوع جایابی پروتئین در داخل سلول(PSL) مشخص نمود که فرایند گسترش منجر به تفکیک عملکرد در این خانوادۀ پروتئینی شده است. لذا به نظر می‌رسد که گسترش خانوادۀ GGPPS در گیاهان باعث ایجاد پاسخ‌های مناسب‌تر به استرس‌ها و محرک‌های محیطی می‌شود و در نهایت به سازگاری بهتر گیاهان با محیط کمک می‌کند. بررسی اثر انتخاب طبیعی در این خانواده نشان داد که اعضای این خانواده در رده‌های مختلف گیاهان تحت تاثیر فشارهای انتخابی متفاوتی قرار دارند و انتخاب طبیعی مثبت فقط در بازدانگان مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

In silico Analysis of Molecular Evolution and Expansion in Geranylgeranyl diphosphate synthase Protein Family in Plants

نویسندگان [English]

  • Sara Farahbakhsh 1
  • sonbol nazeri 2
  • Zarrin Minuchehr 3

1 Bu-Ali Sina Un. Fac. of Agriculture Dept. of Biotechnology

2 Bu-Ali Sina University

3 Systems Biotechnology Department, National Institute of Genetic Engineering and Biotechnology, Tehran, I.R. of Iran

چکیده [English]

GGPPS enzymes are responsible for the synthesis of geranyl geranyl diphosphate (GGPP), an important precursor for the production of variety terpenoids. In this study, by identifying the GGPPSs homologs UniProt database, the evolutionary process of this family was investigated using phylogenetic analysis, and the patterns of gene loss and gain over the course of evolution were inferred by parsimony-based optimization criterion. PLAZA database was used to study the role of whole genome duplication (WGD) and tandem gene duplication (TD). Results revealed that the GGPPS family is an expanding family and during plants evolution, GGPPS family has experienced expansion and contraction events in several alternate stages. Most of these expansions have been occurred as a result of the whole genome duplication (WGD) events. Nonetheless, tandem duplications (TDs) have occurred more in lineage specific expansions (LSEs). Furthermore, Protein Subcellular localization (PSL) analysis revealed that expansion process led to subfunctionalization in this protein family. Therefore, it seems that expansion in GGPPSs improve plants responses to stress and environmental stimuli, and ultimately, lead to a better adaptation to environmental conditions. Our analysis suggested that the selective pressure in different lineages of plants is variable and the positive selection was observed only in gymnosperms.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Terpenoid
  • Geranylgeranyl diphosphate synthase
  • Whole genome duplication
  • Tandem duplication
  • lineage-specific expansion