مقدمه:
با پیشرفت های ابزاری صورت گرفته در پروتئومیکس، مانند روش های جدید الکتروفورز دو بعدی و استفاده از نرم افزارهای خاص تجزیه ژل های دو بعدی، امروزه بررسی تغییرات کمی پروتئین ها دقیق تر و راحت تر شده است. مطالعات زیادی در این زمینه صورت گرفته است.
در سال ۱۹۹۴، دامروال و همکاران نشان دادند که این تغییرات پروتئین ها می تواند همچون هر صفت کمی دیگر در نظر گرفته شود و می توان مکان های ژنی کنترل کننده این تغییرات را نقشه یابی کرد. این گروه ۷۲ پروتئین کلئوپتیل نسل F2 حاصل از تلاقی دو لاین دور ذرت را به طور کمی تجزیه کردند. سپس از یک نقشه پیوستگی RFLP برای نقشه یابی جایگاه های ژنی کنترل کننده این تغییرات استفاده کردند.
از آنجا که این مکان های ژنی تغییرات پروتئین ها را کنترل می کنند، امروز به آنها پی. کیو. ال (PQL) می گویند. در این پژوهش برای ۴۲ پروتئین بین ۱ تا ۵ پی. کیو ال پیدا شد که ۲۷ درصد از آنها، افزایش دو برابر یا بیشتر پروتئین ها را کنترل می کردند.
۱ – از کیو.تی.ال تا پی. کیو ال
اگر چه انتخاب براساس صفات مورفولوژی و فیزیولوژی اهمیت بسیار زیادی دارد، اما در مورد صفات پیچیده ای همچون مقاومت به خشکی، محدودیت ها و مشکلات فراوانی وجود دارد. در دهه گذشته، تحقیقات بسیاری برای شناسایی ژن های مسئول تغییرات ژنتیکی صفات مهم زراعی با استفاده از نقشه های پیوستگی و نشانگرها در نسل های در حال تفرق صورت گرفته است.
پیدا کردن و بررسی جایگاه های کنترل کننده تغییرات صفات کمی یا کیو.تی. ال ها و انتخاب به کمک نشانگرها (MAS) عصر جدیدی را در اصلاح نباتات گشوده است. بدین ترتیب می توان از نشانگرهای DNA را برای افزایش کارایی انتخاب صفات کمّی استفاده کرد. برای مثال می توان از هرم سازی ژن های مختلف مقاومت در برابر بیماری نام برد.
با وجود چشم انداز امید بخش برای این روش، هنوز محدودیت های متعددی بر سر راه استفاده از کیو.تی.ال ها در انتخاب به کمک نشانگرها وجود دارد که باید رفع شوند، تا بتوان از این روش آن گونه که انتظار می رود استفاده کرد. از جمله می توان از محدود بودن آن به کیو.تی.ال های با اثرات بزرگ و پیوستگی نامطلوب ناشی از فواصل نقشه یابی بزرگ نام برد.
اگر شناسایی کیو.تی.ال ها را بتوان در سطح ژن های همسایه شده انجام داد، انتخاب به کمک نشانگرها بسیار ا مؤثر خواهد بود، زیرا خود ژن به عنوان یک نشانگر نه نشانگر پیوسته به آن استفاده می شود.
بر پایه کل طول نقشه ژنوم، ۱ سانتی مورگان به طور متوسط شامل ۳۳۰، ۴۶۰، ۲۵۰۰، ۳۵۰۰ و ۱۲۰۰۰ کیلو باز (kb) به ترتیب در آرابیدوپسیس، اوکالیپتوس، ذرت، گندم و کاج می باشد. این بدان معنی است که شناسایی کیو.تی.ال با استفاده از همسانه سازی مکانی در گیاهان یک ساله مهم و همچنین در درختان جنگلی بسیار دشوار است. چگونه پروتئومیکس می تواند با شناسایی ژن ها و مسیر واکنش ها به انتخاب به کمک نشانگرها کمک کند.
-
ژن کاندید بیانی:
وقتی یک کیو.تی. ال با فاصله ۱۰-۵ سانتی مورگان نقشه یابی می شود، صدها ژن می توانند در آن فاصله قرار داشته باشند که ژنهای کاندید مکانی هستند. اگر ردیف این چند صد ژن را بدانیم، بعضی از آنها می توانند با صفت مورد مطالعه مرتبط باشند که در این صورت ژن های کاندید مکانی و عمل کننده اند. اگر ژن کاندید، بیان خاصی در بافت، ژنوتیپ یا شرایط خاص در ارتباط با صفت مورد مطالعه داشته باشد، در این صورت به آن ژن کاندید بیانی می گویند.
-
بررسی الگوی پروتئینی با پروتئومیکس
با پروتئومیکس می توان الگوی پروتئینی و تغییرات کمی و کیفی آن در بافت ها، ژنوتیپ ها یا شرایط محیطی خاص را بررسی کرد. پروتئین هایی که تغییر نشان می دهند می توانند آنهایی باشند که توسط ژن های کاندید بیانی کد می شوند. با شناسایی این پروتئین ها می توان اطلاعاتی در مورد عمل آنها به دست آورد که در این صورت ژن های کد کننده، ژن های کاندید مکانی، عنل کننده و بیانی هستند.
-
کشف پروتئین های کاندید با پی.کیو.ال
راهبرد پی.کیو.ال می تواند همچنین به یافتن پروتئین های کاندید منتهی شود. پروتئین های کاندید، پروتئین هایی هستند که عوامل کنترل کننده کمیت یا فعالیت آنها (نه ژن ساختاری آنها) با کیو.تی.ال های صفت زراعی هم مکان می شوند. دوینی و همکاران نشان دادند که ۳ پی. کیو. ال کنترل کننده کمیت یک پروتئین برگ و ۳ کیو.تی.ال رشد طولی در ذرت هم مکان می شوند.
۲ – پی. کیو. ال های پروتئین های پاسخ دهنده به تنش خشکی در ذرت
راهکاری پی. کیو. ال برای ۱۰۰ لاین اینبرد نوترکیب حاصل از تلاقی بین یک لاین حساس و مقاوم به خشکی مورد آزمون قرار گرفت. صفات زراعی (مانند عملکرد و پیری برگ) در مزرعه، صفات فیزیولوژی و مورفولوژی مانند فتوسنتز، وضعیت آب، متابولیسم کربن، آبسیک اسید، بقای گیاه و رشد، در طول اعمال تنش در گلخانه اندازه گیری شد. همچنین تغییر در فراوانی پروتیئن ها تحت تنش خشکی با استفاده از الکتروفورز دو بعدی مطالعه و تجزیه ۱۹ پروتیین پاسخ دهنده، منجر به شناسایی ۱۶ پروتیین شد.
یکی از این پروتیین ها به عنوان ASR1 (پروتیینی که توسط آبسیک اسید، تنش آب یا رسیدگی میوه القاء می شود) شناسایی شد که فقط در لاین مقاوم و تحت تنش القا می شد. اگرچه نقش این پروتئین در شرایط تنش کاملا شناخته شده نیست، اما ممکن است در محافظت ساختار DNA یا تنظیم بیان ژن در زمان از دست دادن آب سلول دخیل باشد.
یک نقشه ژنتیکی حاوی ۲۰۰ نشانگر RFLP برای نقشه یابی کیو.تی.ال ها و پی. کیوال های صفات زراعی و فیزیولوژیکی مورد استفاده قرار گرفت. ۱ تا ۵ پی. کیو. ال برای ۴۷ پروتئین افزایش یا کاهش بیان یافته پیدا شدند که برخی از آنها با کیو.تی.ال های مربوط به صفات فیزیولوژیکی هم مکان بودند.
RFLP مشاهده شده با cDNA ژن ASR، با وجود یا عدم وجود این پروتئین تفکیک همزمان نشان می داد. از طرف دیگر، این مکان بر روی کروموزوم شماره ۱۰ و در ناحیه ای که کیو.تی.ال هایی برای مقدار ABA شیره آوند آبکش پیری برگ شناسایی شده بودند، نقشه یابی شد. به نظر می رسد چند شکلی مشاهده شده در ژن ساختاری ASR، مسئول حضور یا عدم حضور این پروتئین است که خود اثرات پلیوتروپی بر روی سایر صفات دارد.
منبع: کتاب نشانگرهای مولکولی، انتشارات دانشگاه تهران، ۱۳۹۲٫
دیدگاهتان را بنویسید