Document Type : Research Paper
Author
Tarbiat Modares University
Abstract
MYB gene family as one of the largest transcription factors in plants have various roles. One the most important of them is regulation of anthocyanin level in plant. In apple (Malus ×domestica), three genes MdMYB1,MdMYBA and MdMYB10 are responsible for developing red color by controlling anthocyanin level. In this study a variant of MdMYB10, named MdMYB10b, was isolated from an Iranian domestic red flesh apple and its expression pattern in different tissues described. This gene was expressed in all red tissues of plant including leaves, seed, fruit skin and flesh while no expression was detected in control cultivar. Regarding these results and bioinformatics examination of the red color responsible genes as well as using the whole genome sequence of apple, it was suggested that these three homologues MYBs (10,1,A) are alleles of one locus. Furthermore, a tissue and genotype specific expressionpattern was presented based on that model alleles MdMYB1and MdMYBA are located in both red and white flesh genotypes and function only in the skin while MdMYB10 is located merely in red flesh genotype and function in all tissues.
Keywords
جداسازی و بررسی بیان واریانت MdMYB10b در سیب گوشت قرمز و مطالعه آللیسم ژنهای مسئول رنگ قرمز در سیب
ابراهیم محمودی1، عباس یداللهی2٭ و بهرام محمدسلطانی3
1 تهران، دانشگاه تربیت مدرس، گروه بیوتکنولوژی
2 تهران، دانشگاه تربیت مدرس، گروه علوم باغبانی
3 تهران، دانشگاه تربیت مدرس، گروه ژنتیک
تاریخ دریافت: 22/3/90 تاریخ پذیرش: 23/12/91
چکیده
خانواده ژنی MYB به عنوان یکی از بزرگترین فاکتورهای رونویسی در گیاهان نقشهای متعددی بر عهده دارند که یکی از مهم ترین آنها تنظیم سطح آنتوسیانین در پیکره گیاه است. در سیب (Malus ×domestica) سه ژن MdMYB1، MdMYBA و mdMYB10 با کنترل سطح آنتوسیانین مسئول توسعه رنگ قرمز میباشند. در این مطالعه ضمن جداسازی یک واریانت از ژن MdMYB10، با نام MdMYB10b، از یک سیب گوشت قرمز بومی ایران الگوی بیانی آن در بافتهای مختلف تعیین شد. این ژن در تمامی بافتهای قرمز گیاه شامل برگ، بذر، پوست و گوشت میوه بیان شد در حالی که در رقم کنترل(گوشت سفید) هیچ بیانی مشاهده نشد. با توجه به نتایج این مطالعه و بررسی بیوانفورماتیکی ژنهای مسئول رنگ قرمز و نیز استفاده از توالی کامل ژنوم سیب پیشنهاد شد که این سه همولوگ MYB(10,1,A) به عنوان آللهای یک لوکوس در نظر گرفته شوند. همچنین یک الگوی بیانی وابسته به بافت و ژنوتیپ ارائه شد که بر این اساس آلل MdMYB1 وMdMYBA در هر دو ژنوتیپ گوشت سفید و قرمز وجود دارد و تنها در پوست عمل میکنند در حالی کهMdMYB10 تنها در ژنوتیپ گوشت قرمز موجود بوده و در همه بافتها عملکرد دارد.
واژههای کلیدی: آنتوسیانین، آلل، بیان ژن، سیب گوشت قرمز ، رنگ قرمز ، MdMYB10.
* نویسنده مسئول، تلفن: 48292091، پست الکترونیکی: Yadollah@modares.ac.ir
مقدمه
سیب گوشت قرمز ایرانی یکی از گونه های سیب بومی ایران است که بدلیل وجود مقادیر بالای آنتوسیانین در کورتکس، گوشت قرمز رنگ دارد و همین امر سبب تمایز آن از سیب معمولی و ایجاد ظاهر جذاب شده است(18). آنتوسیانینها رنگدانههایی هستند که به عنوان یک ترکیب ثانویه، از فلاونوئیدها مشتق میشوند. این ترکیبات به همراه کارتنوئیدها به صورت رنگ دهندههای طبیعی در گیاهان ساخته ومسئول طیف وسیعی از رنگها از قبیل نارنجی، آبی، بنفش و قرمز در گل، میوه، بذر و اندامهای رویشی گیاهان میباشد (2).آنتوسیانین نقش مؤثری درجلوگیری ازبیماریهای قلبی،سرطان ودیابت دارد و همچنین در ایجاد مقاومت در مقابل آفات در گیاهان نیز نقش دارند (10 و 11). آنزیمهای مسیر آنتوسیانین (CHS, F3H, DFR, ANS, UFGT) توسط فاکتورهای رونویسی MYB تنظیم می شوند (7). MYB ها یکی از بزرگترین خانوادههای ژنی در گیاهان است که دارای یک تا سه تکرار محافظت شده (R1، R2، R3) در دمین متصل شونده به DNA بوده و اغلب با فاکتورهای رونویسی bHLH همکاری میکنند (8 و 12).در گیاه آرابیدوپسیس (Arabidopsis thaliana) 125 ژن MYB شناسایی شده که ژنهای AtMYB75 و AtMYB90در تنظیم آنتوسیانین دخالت دارند (15). در انگور (Vitisvenifera) ژنهای VvMYBA1 و VvMYBA2 در کنترل آنتوسیانین نقش دارند (9 و 18). در بسیاری از گیاهان دیگر ژنهای MYB به عنوان تنظیم کنندههای آنتوسیانین نقش مؤثری در ایجاد رنگ دارند (13). در سیب ژنهای MdMYB1 و MdMYBA به عنوان مسئول ایجاد رنگ قرمز در پوست شناسایی شدهاند (1 و 16). همچنین ژن MdMYB10 که در بافت گوشت میوه بیان میشود کنترل رنگ قرمز در این بافت را بر عهده دارد (4). وجود یک توالی ماهوارهای در ناحیه پیشبرنده این ژن سبب افزایش سطح رونویسی آن در بافت گوشت شده است (3).
تعدادی از ارقام سیب وجود دارد که رنگ گوشت (ناحیه بین پوست میوه و هسته) آنها قرمز است و دارای مقادیر زیادی آنتوسیانین است و به صورت وحشی در جنگلهای آسیای مرکزی رشد میکند که از جمله این ارقام میتوان به MaluspumilavarNiedzwetzkyana اشاره کرد. در واقع تجمع رنگیزه آنتوسیانین یا کاروتنوئید در کورتکس سیبهای گوشت قرمز، وجه تمایز آن با سیبهای گوشت سفید در نظر گرفته می شود. امروزه توجه زیادی به ارقام گوشت قرمز سیب در دنیا شده است زیرا به اثبات رسیده است که این ارقام خاصیت آنتیاکسیدانتی بسیار بالاتری نسبت به سیبهای معمولی دارند. تعدادی از ارقام سیب گوشت قرمز در چند منطقه مختلف از ایران وجود دارد که تاکنون هیچ بررسی مولکولی از نقطه نظر این صفت بر روی آنها انجام نشده است. به منظور جداسازی و تعیین توالی فاکتور رونویسی MYB10 (ژنی که به عنوان عامل تنظیم کننده آنتوسیانین در سیب گزارش شده است) و امکان استفاده این ژن در پروژه های انتقال ژن و همچنین بررسی میزان شباهت با همولگهای گزارش شده واریتههای خارجی و نیز مطالعه الگوی بیان این ژن در بافتهای مختلف واریته سیب گوشت قرمز این پژوهش انجام شد.
مواد و روشها
جمع آوری مواد گیاهی: در اردیبهشت 1388 عملیات نمونهگیری از درختان سیب صورت گرفت. نمونه ها از کلکسیون درختان میوه کمالآباد وابسته به مؤسسه اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج انتخاب گردید. برای استخراج RNA و DNA برگهای جوان سرشاخهها در ابتدای فصل رشد انتخاب و بلافاصله در ازت مایع منجمد گردید. جهت استخراج RNA، بافتهای برگ، بذر، پوست و گوشت میوه در مرحله رسیدگی (DAF 102برای B.9 و DAF120 برای خوانساری) تهیه و بلافاصله خرد و در ازت مایع فریز شد. تمامی نمونه ها برای نگهداری بلندمدت در دمای 80- نگهداری شدند. آزمایشها بر روی کولتیوار B.9که دارای فنوتیپ گوشت قرمز و رقم خوانساری که دارای فنوتیپ گوشت سفید بود، انجام شد.
استخراج RNA و ساخت cDNA: استخراج RNA از 500 میلیگرم بافت هدف مطابق روش گاسیک و همکاران انجام شد (6). ساخت cDNA با استفاده از 350 نانوگرم RNA کل در حجم 20 میکرولیتر شامل 40 واحد از آنزیم M-Mulv، بافر x5، 20 واحد از RiboLock™ Rnase inhibitor، 10 میلیمول از dNTPs، در دمای 42 درجه سانتی گراد به مدت 90 دقیقه انجام شد و در نهایت به مدت 10 دقیقه در دمای 70 درجه سانتی گراد انکوبه شد. آغازگرهای اختصاصی مورد استفاده جهت جداسازی و بررسی بیان ژن MYB10شامل Forward (5′-ATGGAGGGATATAACGAAAACC) و Revers (5′-TTCTTCTTTTGAATGATTCCA) بودند. واکنش زنجیرهای پلیمراز در حجم 25 میکرولیتر شامل بافر x10،10 میلی مولار از dNTPs ، 40 میلی مولار از MgCl2، 5 میکرومولار از هر آغازگر و 1 واحد از آنزیم تکپلیمراز (سیناژن) انجام شد. مراحل PCR شامل واسرشته سازی اولیه در 94 درجه سانتی گراد به مدت 4 دقیقه، 35 چرخه (95 درجه سانتی گراد به مدت 40 ثانیه، 57 درجه به مدت 40 ثانیه و 72 درجه به مدت 60 ثانیه) و در نهایت در 72 درجه به مدت 15 دقیقه بود. محصولات واکنش زنجیرهای پلیمراز در دمای 4 درجه سانتی گراد نگهداری شدند. الکتروفورز محصولات بر روی ژل آگارز 1 درصد صورت گرفت و سپس رنگ آمیزی با اتیدیوم بروماید انجام شد.
بررسی و آنالیز: طراحی پرایمرها استفاده از نرم افزار Primer3 و نیز وب سایت http://eu.idtdna.com انجام شد. بررسی همردیفی توالیها توسط ((www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalw2 Clustal Wو ترسیم درخت فیلوژنی با استفاده از نرم افزار Genetics Analysis (MEGA4)Molecular Evolutionary، نسخه 2/0/4 و استفاده از متد neighbor-joining صورت گرفت.همچنین جستجوی blast بر روی توالی کامل ژنوم سیب با استفاده از وب سایت http://www.rosaceae.org
انجام شد.
نتایج
جداسازی یک واریانت ژنMdMYB10 : ژن MdMYB10 در سنتز آنتوسیانین در گوشت میوه سیب دخالت دارد. به منظور جداسازی این ژن در ابتدا cDNA total از بافت گوشت قرمز سیب (Malus ×domestica, cv. B.9) تهیه و سپس با استفاده از آغازگرهای اختصاصی یک کلون bp729 تکثیر و توالی یابی شد.این ژن یک پروتئین 243 اسید آمینهای را کد میکند که حاوی دو دمین R1 و R2 میباشد. بررسی هم ردیفی توالی اسیدآمینه آن با ژنهای گزارش شده دخیل در رنگ قرمز سیب نشان داد که مشابهت بالایی (99درصد) وجود دارد که به ترتیب یک اسیدآمینه باMdMYB10A وMdMYB1 و دو اسیدآمینه باMdMYB10 تفاوت دارد(شکل 1). این ژن به عنوان یک واریانت از MdMYB10 و مسئول رنگ قرمز گوشت میوه، با نام MdMYB10b ثبت گردید (AB592747.1).
الف)
ب)
MdMYB1 ---MEGYNENLSVRKGAWTREEDNLLRQCVEIHGEGKWNQVSYKAGLNRCRKSCRQRWLN 57
MdMYBA ---MEGYNENLSVRKGAWTREEDNLLRQCVEIHGEGKWNQVSYKAGLNRCRKSCRQRWLN 57
MdMYB10b ---MEGYNENLSVRKGAWTREEDNLLRQCVEIHGEGKWNQVSYKAGLNRCRKSCRQRWLN 57
MdMYB10 ---MEGYNENLSVRKGAWTREEDNLLRQCVEIHGEGKWNQVSYKAGLNRCRKSCRLRWLN 57
VvMYBA1 ---ME----SLGVRKGAWIQEEDVLLRKCIEKYGEGKWHLVPLRAGLNRCRKSCRLRWLN 53
VvMYBA2 ---MK----SLGVRKGAWTQEEDVLLRKCIEKYGEGKWHLVPLRAGLNRCLKSCRLRWLN 53
MrMYB1 ---MEG---SLGVRKGAWTVEEDTLLKLYIEKYGEGKWHQVPPRAGLNRCRKSCRLRWLN 54
ROSEA1 ---MEK--NCRGVRKGTWTKEEDTLLRQCIEEYGEGKWHQVPHRAGLNRCRKSCRLRWLN 55
ROSEA2 ---MQK--NPRGVRKGTWTKEEDILLMECIDKYGEGKWHQVPLKAGLNRCRKSCRLRWLN 55
AtMYB90 ---MEG--SSKGLRKGAWTAEEDSLLRLCIDKYGEGKWHQVPLRAGLNRCRKSCRLRWLN 55
AtMYB75 ---MEG--SSKGLRKGAWTTEEDSLLRQCINKYGEGKWHQVPVRAGLNRCRKSCRLRWLN 55
LeANT1 --------------KGSWTDEEDFLLRKCIDKYGEGKWHLVPIRAGLNRCRKSCRLRWLN 46
PhAN2 MSTSNA--SSSGVRKGAWTEEEDLLLRECIEKYGEGKWHLVPVRAGLNRCRKSCRLRWLN 58
LAP4 --MEKC--KTRGVRKGAWTYEEDKLLKACMQKYGEGKWHLVPQRAGLNRCRKSCRLRWLN 56
ZmMYBC1 -MGRRACCAKEGVKRGAWTSKEDDALAAYVKAHGEGKWREVPQKAGLRRCGKSCRLRWLN 59
ZmMYBPL -MGRRACCAKEGVKRGAWTAKEDDTLAAYVKAHGEGKWREVPQKAGLRRCGKSCRLRWLN 59
GhMYB9 -MGRSPCCEKAHTNKGAWTKEEDDRLIAYIRAHGEGCWRSLPKAAGLLRCGKSCRLRWIN 59
:*:* :** * : :*** *. :. *** ** **** **:*
MdMYB1 YLKPNIKRGDFKEDEVDLIIRLHRLLGNRWSLIARRLPGRTANAVKNYWNTRLRID--S- 114
MdMYBA YLKPNIKRGDFKEDEVDLIIRLHRLLGNRWSLIARRLPGRTANAVKNYWNTRLRID--S- 114
MdMYB10b YLKPNIKRGDFKEDEVDLIIRLHRLLGNRWSLIARRLPGRTANAVKNYWNTRLRID--S- 114
MdMYB10 YLKPNIKRGDFKEDEVDLIIRLHRLLGNRWSLIARRLPGRTANAVKNYWNTRLRID--S- 114
VvMYBA1 YLKPDIKRGEFALDEVDLMIRLHNLLGNRWSLIAGRLPGRTANDVKNYWHSHHFKKKVQ- 112
VvMYBA2 YLKPDIKRGEFALDEVDLMIRLHNLLGNRWSLIAGRLPGRTANDVKNYWHGHHLKKKVQ- 112
MrMYB1 YLKPNIKRGEFKADEVDLMIRLHKLLGNRWSMIAGRLPGRTANDVKNYWNTHLRKNAIS- 113
ROSEA1 YLRPNIKRGRFSRDEVDLIVRLHKLLGNKWSLIAGRIPGRTANDVKNFWNTHVGKNLGE- 114
ROSEA2 YLRPNIKRGCFSKDEVDLIVRLHKLLGNKWSLIAGRIPGRTANDVKNFWNTHVGKNLGV- 114
AtMYB90 YLKPSIKRGRLSNDEVDLLLRLHKLLGNRWSLIAGRLPGRTANDVKNYWNTHLSKKHESS 115
AtMYB75 YLKPSIKRGKLSSDEVDLLLRLHRLLGNRWSLIAGRLPGRTANDVKNYWNTHLSKKHEP- 114
LeANT1 YLRPHIKRGDFEQDEVDLILRLHKLLGNRWSLIAGRLPGRTANDVKNYWNTNLLRKLNT- 105
PhAN2 YLRPHIKRGDFSLDEVDLILRLHKLLGNRWSLIAGRLPGRTANDVKNYWNTHLRKKLIA- 117
LAP4 YLNPTINRESFSEDEVDMILRLHKLLGNRWSLIAARLPGRTANDVKNYWHTHLRKKMVS- 115
ZmMYBC1 YLRPNIRRGNISYDEEDLIIRLHRLLGNRWSLIAGRLPGRTDNEIKNYWNSTLGRRAGA- 118
ZmMYBPL YLRPNIKRGNISYDEEDLIVRLHKLLGNRWSLIAGRLPGRTDNEIKNYWNSTLGRRA--- 116
GhMYB9 YLRPDLKRGNFTEEEDELIIKLHSLLGNKWSLIAGRLPGRTDNEIKNYWNTHIRRKLLS- 118
**.* :.* : :* :::::** ****:**:** *:**** * :**:*:
MdMYB1 -------RMKTVKNKSQEMRKTNVIRPQPQKFNRSSYYLSSK----------EPILDHIQ 157
MdMYBA -------RMKTVKNKSQEMRKTNVIRPQPQKFNRSSYYLSSK----------EPILDHIQ 157
MdMYB10b -------RMKTVKNKSQEMRETNVIRPQPQKFNRSSYYLSSK----------EPILDHIQ 157
MdMYB10 -------RMKTVKNKSQEMRETNVIRPQPQKFNRSSYYLSSK----------EPILDHIQ 157
VvMYBA1 -------FQKEGRDKPQTHSKTKAIKPHPHKFSKALPRFELK----------TTAVDTFD 155
VvMYBA2 -------FQEEGRKKPQTHSKTKAIKPHPHKFSKALPRFELK----------TTAVDTFD 155
MrMYB1 -------RIKDGGEKAQQTSKVNIIKPRPRTFAKNLTWFGGKP---------TIMAASFQ 157
ROSEA1 ----DGERCRKNVMNTKTIKLTNIVRPRARTFTGLH--------------VTWPREVGKT 156
ROSEA2 ----DGERRKKNVMNTKNSKETNIIRPRARTFNGLH--------------VTWPREHGKN 156
AtMYB90 CCKSKMKKKNIISPPTTPVQKIGVFKPRPRSFSVN--NGCSHLN--GLPEVDLIPSCLGL 171
AtMYB75 CCKIKMKKRDITPIPTTPALKNNVYKPRPRSFTVN--NDCNHLN--APPKVDVNPPCLGL 170
LeANT1 --TKIVPREKINNKCGEISTKIEIIKPQRRKYFSSTMKNVTNNN------VILDEEEHCK 157
PhAN2 --PHDQKQE-SKNKAMKITEN-NIIKPRPRTFSRPAMNHVSCWNGKSCSKNTIDKNEGDT 173
LAP4 --RKEEKKE--NEKPKESMQTHEVIKPQPRTFSSHSPWLNGKYNNFVTPIVTVSTNDGNV 171
ZmMYBC1 GAGAGGSWVVVAPDTGSHATPAATSGACETGQNSAAHRADPDSAGTTTTSAAAVWAPKAV 178
ZmMYBPL ----GGSRVVFAPDTGSHATPAAGSREMTGGQKGAAPRADLGSP----ASAAVVWAPKAA 168
GhMYB9 RGIDPATHRPLN-EASQDVTTISFSGAKEEKEKINTNSNNNPIGFITKDEKKIPVQERCP 177
MdMYB1 SAEDLST-PPQTSSSTKNGNDWWETLLEG-EDTFERAAYPSIELEEELFTSFWFDDRLSP 215
MdMYBA SAEDLST-PPQTSSSTKNGNDWWETLLEG-EDTFERAAYPSIELEEELFTSFWFDDRLSP 215
MdMYB10b SAEDLST-PPQTSSSTKNGNDWWETLLEG-EDTFERAAYPSIELEEELFTSFWFDDRLSP 215
MdMYB10 SAEDLST-PPQTSSSTKNGNDWWETLLEG-EDTFERAAYPSIELEEELFTSFWFDDRLSP 215
VvMYBA1 TQVSTSSKPSSASPQPNDGIIWWESLLAEHAQMDQETDFSASG--EVLIASL-WTEETAT 212
VvMYBA2 TQVSTSSKPSSTSPQPNDDIIWWESLLAEHAQMDQETDFSASG--EMLIASL-WTEETAT 212
MrMYB1 PKDNVISDLPPAPLPSENSVKWGENLFDDKEAGDEIGTYDVGGLNEEPIATFRWAEAAPA 217
ROSEA1 DEFSNVRLT-TDEIPDCEKQTQFYNDVASPQDEVEDCIQWWSK-------LLETTEDGEL 208
ROSEA2 DAFSNVRITSTTENLDYEKQKPFHNNVASTPEEVDESIRWWSN-------LLETTED-EL 208
AtMYB90 KKNNVCENSITCNKD-DEKDDFVNNLMNGDNMWLENLLGENQE----ADAIVPEATTAEH 226
AtMYB75 NINNVCDNSIIYNKD-KKKDQLVNNLIDGDNMWLEKFLEESQE----VDILVPEATTTEK 225
LeANT1 EIIS---EKQTPDASMDNVDPWWINLLENCNDDIEEDEEVVINYEKTLTSLLHEEISPPL 214
PhAN2 EIIKFSDEKQKPEESIDDGLQWWANLLANN---IEIEELVSYN----SPTLLHEETAPSV 226
LAP4 AKDSEVDTILPINGDGDSAAQPYLENPTLSSMWWESLLNVSNDKIGSCSLLLPEEYS-KL 230
ZmMYBC1 RCTGGLFFFHRDTTPAHAGETATPMAGGGGGGGGEAGSSDDCSSAASVSLRVG-SHDEPC 237
ZmMYBPL RCTGGLFFHRRDTHTPHAGGTETPTPMMAGGGGGEARSSDDCSSAASVSPLVGSSQHDPC 228
GhMYB9 DLNLDLRISPPYYQQTQPESFKTGGRTLCFICSLGVKNSKDCT-CSTITTAAGSSSSSSS 236
MdMYB1 RSCAN---------FPEGQSRS-----------EFSFSTDLWNHSKEE------------ 243
MdMYBA RSCAN---------FPEGQSRS-----------EFSFSTDLWNHSKEE------------ 243
MdMYB10b RSCAN---------FPEGQSRS-----------EFSFSTDLWNHSKEE------------ 243
MdMYB10 RSCAN---------FPEGHSRS-----------EFSFSTDLWNHSKEE------------ 243
VvMYBA1 QKKG------PMDGMIEQIQGGE---------GDFPFDVGFWDTPNTQVN---HLI---- 250
VvMYBA2 QKKGTHSKTKAIKPHPHKFSKAL---------PRFELKTTAVDTFDTQVSTSSKLIHVTT 263
MrMYB1 ETVG-----TPLDEFGPSFWA------------EFPSNLDVWDFLDPLDP---------- 250
ROSEA1 GNLFE-------EAQQIG---------------------N-------------------- 220
ROSEA2 ENLFE-------DVQQTG---------------------KMSEW---------------- 224
AtMYB90 GATLA-------FDVEQL-------------------WSLFDGETVELD----------- 249
AtMYB75 GDTLA-------FDVDQL-------------------WSLFDGETVKFD----------- 248
LeANT1 NIGEG-------NSMQQGQISHENWGEFSLNLPPMQQGVQNDDFSAEID-LWNLL----- 261
PhAN2 NAES---------SLTQG-------------------GSGLSDFSVDIDDIWDLLN---- 254
LAP4 NVEN---------FLAEGPSTVG----------DFSWDSTICEFDSLLDDILN------- 264
ZmMYBC1 FSGDG-------DGDWMDDVR---------------ALASFLESDEDWLRCQTAGQLA-- 273
ZmMYBPL FSGDG-------DGDWMDDVR---------------ALASFLESDEERLRCHTAEQLV-- 264
GhMYB9 HSNSN-------NSSGYDFLG---------------LKSGILEYRSLEMK---------- 264
شکل1- مقایسه توالی اسیدآمینه MdMYB10b با پروتئینهای دیگر MYB. آنالیز فیلوژنی مشابهت MdMYB10b را به دیگرMYBهای مسئول رنگ قرمز سیب نشان میدهد. توالی ژنهای MYB از EMBL یا GenBank به دست آمد و شامل Malus ×domestica, MdMYB1 (DQ886414), MdMYB10 (DQ267896), MdMYBA (AB279598.1); Vitis venifera, VvMYBA1 (BAD18977), VvMYBA2 (AB097924); Lycopersicon esculentum, LeANT1 (AAQ55181); Arabidopsis thaliana, AtMYB75 (ABB03879), AtMYB90 (NP176813); Gossypium hirsutum, GhMYB9 (AAQ55181); Zea mays, ZmMYBC1 (AF320614), ZmMYBPL (L19496); Antirrhinum majus, ROSEA1 (ABB83826), ROSEA2 (ABB83827); Morus rubra, MrMYB1 (GQ340767); Medicago truncatula, LAP4 (FJ199997); Petunia hibrida, PhAN2 (AAF66727).. میباشد. درخت توسط نرم افزارGenetics Analysis (MEGA4)Molecular Evolutionaryو استفاده از متد neighbor-joining با bootstrap replicates 1000. ب) مقایسه توالی اسید آمینهMdMYB10b با فاکتورهای رونویسی MYB تنظیم کننده آنتوسیانین در گیاهان دیگر. توالیها با استفاده از برنامه Clustal W مقایسه شده است. محل پیکان نشان دهنده اسید آمینه متفاوت در ژنهای MYB در سیب است.
بررسی بیان ژنMdMYB10b : تعیین الگوی بیان ژن در بافتهای مختلف سیب با استفاده از RT-PCR مورد بررسی قرار گرفت. همان گونه که در شکل2 نشان داده شده است در کولتیوار B9 در مرحله رسیدگی بیان این ژن در بذر، برگ، گوشت و پوست میوه قابل مشاهده است. در حالی که در کولتیوار گوشت سفید (خوانساری)که به عنوان نمونه کنترل استفاده گردید، هیچ رونوشتی از ژن MdMYB10b در هیچ بافتی مشاهده نشد (شکل2).
18s |
MdMYB10b |
B.9 خوانساری برگ بذر گوشت برگ بذر پوست گوشت |
شکل 2- آنالیز بیان MYB10b در بافتهای مختلف دو رقم گوشت قرمز (B.9) و سفید (خوانساری) با استفاده از RT-PCR. چاهک 1 تا 4 (از راست) بیان ژن در گوشت، پوست، بذر و برگ در رقم B.9 در اواسط رسیدن را نشان میدهد. در رقم خوانساری هیچ بیانی دیده نمیشود (چاهک 4 تا 7).
بررسی موقعیت و ارتباط ژنهای مسول رنگ قرمز : سه ژن MdMYB10، MdMYB1 و MdMYBA به عنوان مسئول رنگ قرمز در سیب معرفی شده است که اولی در گوشت میوه و برگ و دو ژن دیگر در پوست میوه عمل میکنند. از آنجا که موقعیت و ارتباط آنها با یکدیگر کاملاً مشخص نشده است و با توجه به مشابهت بالای این سه ژن (بیش از 98 درصد)، یک برنامه PCR طراحی و با استفاده از آنزیم LA Taq polymerase جهت بررسی امکان پیوستگی این ژنها در ژنوم سیب اجرا گردید. همه ترکیبات پرایمری که در نواحی مختلف و مجاورت ژنها طراحی شده بود در برنامه PCRمورد استفاده قرار گرفت که در هیچ کدام از آنها محصولی مشاهده نشد. همچنین جستجو با استفاده از ناحیه پیشبرنده و ORF و cDNA ژن MYB10 و ژنهای همولوگ آن بر روی ژنوم انجام شد. این بررسی نشان داد که تنها یک کانتیگ (MDCO13323.319) به طور کامل مشابهت دارد. طول این کانتیگ kb 22 است و در انتهای کروموزوم شماره 9 (از نوکلئوتید 29465538 تا 29488265) قرار دارد. هیچ کانتیگ دیگری با مشابهت و همپوشانی قابل قبول یافت نشد.
بحث
یک لوکوس به عنوان مسئول رنگ قرمز: طول کامل یک فاکتور رونویسی R2R3-MYB جداسازی و تحت عنوان MdMYB10b نامگذاری شد. این ژن که با MdMYB10، MdMYB1 و MdMYBA مشابهت بسیار بالایی دارد. همه این ژنها در بیوسنتز آنتوسیانین نقش دارند با این تفاوت که دو ژن MdMYB1 و MdMYB1 در پوست (1 و 16) و ژن MdMYB10 در گوشت (4) شناسایی شده است. MdMYB10bوMdMYB10 هر دو در مراحل رسیدگی بیان بالایی در برگ و بافتهای میوه دارند در حالی که MdMYB1 و MdMYBA هر دو در پوست میوه بیان میشود (1 و 16). از آنجا که توالی کدکننده MYB1و MYBA و نیز عملکرد و بافتی که این ژنها در آن بیان میشود کاملاً یکسان است بنابراین به عنوان یک ژن در نظر گرفته میشوند. مشابهت بسیار بالای این ژنها (حدود 99 درصد) و عملکرد یکسان آنها (تنظیم آنتوسیانین در بافتهای قرمز) پیشنهاد میکند که این ژنها در واقع آللهای یک ژن باشند. تاکنون هیچ شواهدی مبنی بر استقلال این ژنها گزارش نشده است. از طرف دیگر توالی کامل ژنوم سیب نیز این فرضیه را اثبات میکند. با استفاده از توالی ژنوم مشخص گردید که تنها یک ناحیه از ژنوم (کانتیگ MDC013323.319) در انتهای کروموزوم 9 حاوی ژن MYB(10, A,1) است. همچنین جستجو بر اساس توالی پروتینی نیز تنها یک ناحیه (MDP0000259614) شناسایی گردید که در همان کانتیگ MDC013323.319 واقع است. براین اساس توالیهای دیگری نیز با درصد مشابهت کمتر شناسایی شد که نشان می دهد که احتمالاً ژنهای دیگری از خانواده ژنی MYB نیز در ژنوم سیب وجود دارد. از طرف دیگر در تمامی ارقام گوشت قرمز مورد بررسی در این تحقیق، لوکوس مورد نظر به صورت ناخالص MYB10)/ (MYB1 وجود دارد در حالی که همه ارقام گوشت سفید خالص اند )[A]MYB1/ [A](MYB1. نتایج بررسی موقعیت و ارتباط ژنهای مسول رنگ قرمز با استفاده از PCR نیز پیشنهاد میکند که به احتمال فراوان نه تنها این ژنهای همولوگ پیوستگی ندارند بلکه هیچ گونه نسخه تکراری متوالی از هر ژن نیز در ژنوم وجود ندارد. این نتایج با انتشار توالی کامل سیب (Malus ×domestica var. Golden delicious) در اواخر 2010 (17) به تأیید رسید. همه شواهد فوق نشان میدهد که MYB10، MYB1و MYBA آللهایی هستند که در یک لوکوس واقع شده و رنگ قرمز را در بافتهای مختلف سیب کنترل می کند. این پیشنهاد اخیراً نیز توسط (14) تأیید شده است.
با وجود مشابهت بالای پیشبرنده و ناحیه کدکننده [A]MYB1 و MYB10 اما تنها MYB10 سبب رنگ قرمز در برگها و گوشت میوه میشود. اسپلی و همکاران (2007) نشان دادند که القای بیش بیان ژن MYB10 در برگهای تنباکو سبب تجمع آنتوسیانین شده است (4). در حالی که انتقال MYBA هیچ اثری بر برگهای تنباکو نداشته است (1). به نظر می رسد رنگ قرمز در سیب از یک الگوی وابسته به بافت و وابسته به ژنوتیپ تبعیت می کند. بر اساس این الگو در کولتیوارهای سیب پوست قرمز تنها MdMYB1/MdMYBA وجود دارد (همان گونه که در توالی ژنوم نشان داده شد) که در پاسخ به نور (16) در پوست بیان شده و سبب رنگ قرمز میشود. در حالی که به نظر می رسد که نور برای بیان MdMYB10 ضروری نبوده و لذا در همه بافتها (گوشت، پوست، بذر و برگ) بیان میشود.
10. Konczak,Iand W. Zhang, 2004. Anthocyanins-more than nature´ s colours. Journal of Biomedicine and Biotechnology, 5: 239–240.
11. Makoi,J.H.J.R., A.K.Belane., S.B.M. Chimphango and F.D.Dakora, 2010. Seed flavonoids and anthocyanins as markers of enhanced plant defence in nodulated cowpea (VignaunguiculataL. Walp.). Field Crops Research, 118: 21-27.
12. Ramsay, N.A and B.J.Glover, 2005. MYB–bHLH–WD40 protein complex and the evolution of cellular diversity. Trends in Plant Science, 10: 63-70.
13. Romero, I., A.Fuertes., M.J.Benito., J.M. Malpica., A. Leyva and J.Paz-Ares, 1998. More than 80 R2R3-MYBregulatory genes in the genome of Arabidopsis thaliana. Plant Journal, 14: 273–284.
14. Sekido, K., K.Yamada, K.Shiratake., H.Fukui and S.Matsumoto, 2010.MdMYB alleles responsible for apple skin and flesh color. Current Topics in Plant Biology, 11: 17 – 21.
15. Stracke, R., M.Werber and B.Weisshaar, 2001. The R2R3-MYB gene family in Arabidopsis thaliana. Current Opinion in Plant Biology,4: 447-456.
16. Takos, A.M., F.W.Jaffe., S.R.Jacob., J.Bogs., S.P.Robinson and A.R. Walker,2006. Light-induced expression of a MYB gene regulates anthocyanin biosynthesis in red apples. Plant Physiology, 142: 1216–1232.
17. Velasco, R.,A.Zharkikh., .Affourtit., A.Dhingra., A.Cestaro., A.Kalyanaraman., P. Fontana.,S.KBhatnagar.,M.Troggio.,D.Pruss and S.Salvi,Diego Micheletti,et al., 2010. The genome of the domesticated apple (Malus × domesticaBorkh.). Nature Genetics, 42: 833–839.
18. Walker, A.R., E.Lee., J.Bogs., , D.A.J. McDavid., M.R.Thomas and S.P.Robi, 2007. White grapes arose through the mutation of two similar and adjacent regulatory genes. The Plant Journal, 49: 772–785.