بررسی عمومی بیان ژن های اسید فسفاتاز گیاه آرابیدوپسیس تالیانا
چکیده
اسید فسفاتازها هیدرولیز پیوند فسفو استری انواع مختلفی از گهرمایه ها در ph اسیدی را کارگشایی می کنند. این آنزیم ها نقش اصلی را در تامین فسفات مورد نیاز سلول دارند و این نقش را از طریق جذب (absorption)، گردش (recycling) و جمع آوری (scavenging) این عنصر از منابع فسفات بیرون و درون سلول ایفا می کنند که در گیاهان به عنوان موجوداتی ثابت اهمیت خاصی دارد. بررسی آماری و معنی دار شدن تفاوت های میانگین های شاخص های مورفولوژیک مانند وزن تر و خشک ریشه و اندام هوایی، طول ریشه اصلی، طول و تعداد ریشه های جانبی و تعداد ریشه های مویی در آرابیدوپسیس تالیانا حاکی از آن است که از نظر فسفات در دسترس و نحوه پاسخ گیاه به آن چهار حالت قابل تعریف است: فقدان فسفات، کمبود فسفات، فسفات کافی و فسفات اضافی. اندازه گیری میزان pi محلول، p کل و فعالیت فسفاتازی در ریشه و ساقه گیاهان تحت تیمار نشان داد که کاهش فسفات محیط منجر به کاهش pi محلول و p کل گیاه شده و فعالیت فسفاتازی کل همواره بالاتر بوده است. در بررسی های زمانی مشخص شد در فقدان فسفات افزایش فعالیت فسفاتازی در تیمار 3 روز و 21 روز در بیشترین مقدار خود است. همچنین بررسی تاثیر غلظت های متفاوت فسفات در محیط کشت نشان داد میزان فسفات آزاد سلولی دامنه تغییرات محدودی دارد و فسفات اضافی بیشتر در اندام هوایی ذخیره می شود و برای تنظیم هموستازی فسفات آزاد در مواقع ضروری به کار گرفته می شود. گیاه آرابیدوپسیس دارای 58 ژن رمزکننده اسید فسفاتاز است که به 5 گروه اسید فسفاتازهای بنفش (29 ژن)، اسید فسفاتازهای گروه had (12 ژن)، فسفو لیپید فسفاتازها (12 ژن)، هیستیدین فسفاتازها (3 ژن) و اسید فسفاتازهای sure (2 ژن) تعلق دارند. بیشتر اسید فسفاتازهای گیاه دارای محصول پیرایشی متعددی نیز می باشند. بررسی جمعی بیان اسید فسفاتازهای گیاه آرابیدوپسیس در تیمار غلظت های مختلف فسفات در ریشه و ساقه نشان داد که در حضور غلظت های مختلف فسفات برخی از ژن ها در ریشه و اندام هوایی رفتارهای بیانی مشابهی دارند و در خوشه های بیانی مشابهی قرار می گیرند. به طوری که از نظر الگوی بیان، این ژن ها در ریشه به پنج گروه و در اندام هوایی به دو گروه قابل تقسیم هستند. بررسی بیان اسید فسفاتازها در طول زمان کشت در شرایط بدون فسفات و با 5 میلی مولار فسفات نشان داد که طول زمان تنش نیز در نحوه پاسخ اسید فسفاتازها تاثیر دارد. بر اساس الگوی زمانی بیانی نیز ژن های اسید فسفاتاز در ریشه و اندام هوایی به چندین گروه قابل تقسیم هستند. این بررسی نیز نشان داد که تنها معدودی از ژن ها رفتارهای بیانی مشابهی در ریشه و اندام هوایی دارند و یا در خوشه های بیانی مشابهی قرار می گیرند. با استفاده از دودمان های خالص جهش یافته ژن های pap7، pap9، pap17، pap18، pap21 و pap26 مشخص شد که در بیشتر موارد بین اسید فسفاتازها رابطه جبرانی بین اعضای هم خوشه وجود دارد، گرچه در این رابطه جبرانی هم خوشه بودن شرط لازم نیست. همچنین استفاده از دودمان های تراریخت با بیان فراوان ژن های pap7، pap17، pap18 و pap26 نیز این موضوع را تایید کرد. بررسی توالی های پیش بر ژن های اسید فسفاتاز نشان داد که بین نوع و فراوانی موتیف های پاسخ دهنده به فسفات و نحوه بیان ژن ها در شرایط مورد آزمایش تا حدی همبستگی وجود دارد. زیرا خوشه بندی ژن های اسید فسفاتاز بر اساس الگوی بیان در غلظت های متفاوت فسفات و نیز خوشه بندی بر اساس نوع و تعداد موتیف های پاسخ دهنده به فسفات با یکدیگر قابل مقایسه بوده و تا 70 درصد شباهت بین آن ها وجود دارد. بررسی بیان ژن ها در تنش های شوری، سرما، گرما، تیمار با قارچ و نیز استفاده از کیتین بعنوان الیسیتور نشان داد که الگوی بیان ژن های اسید فسفاتاز در اثر عوامل فوق به طور متمایزی تغییر می کند. گرچه در بیشتر موارد بین تعداد نگاره و نحوه بیان ژن ارتباطی وجود ندارد، ولی در مورد حضور موتیف های شناخته شده برای تنش های زیستی و نحوه پاسخ ژن ها به عوامل بیماریزا می توان چنین ارتباطی را استنباط کرد. همچنین خوشه بندی سلسله مراتبی پیش بر ژن های اسید فسفاتاز با استفاده از موتیف های شناخته شده برای پاسخ به تنش های غیر زیستی نشان داد که بین خوشه بندی ژن ها بر اساس داده های بیان و نیز خوشه بندی بر اساس حضور و تکرار و نوع موتیف های پاسخ دهنده به شرایط محیطی کمتر از 50 درصد شباهت وجود دارد.