دانشگاه شهید باهنر کرمان (دانشکده کشاورزی و پژوهشکده فناوری تولیدات گیاهی) و انجمن بیوتکنولوژی جمهوری اسلامی ایران مجله بیوتکنولوژی کشاورزی 2228-6705 16 2 2024 05 21 Identifying and Predicting the Function of Long non-coding RNAs in the Expression Profile of PVY Infected Potato شناسایی و پیش بینی عملکرد RNAهای بلند غیرکدکننده در پروفایل بیانی سیب زمینی آلوده به ویروس PVY 109 130 4321 10.22103/jab.2024.22490.1527 FA الهام محمودی دانشجوی دکتری، گروه گیاهپزشکی دانشکده تولید گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران 0009-0007-4391-1882 سعید نصرالله نژاد نویسنده مسئول: دانشیار، گروه گیاهپزشکی دانشکده تولید گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران. 0000-0002-8389-0146 سید اسماعیل رضوی استادیار گروه گیاهپزشکی دانشکده تولید گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران 0009-0003-0647-264X رحیم احمدوند دانشیار موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران. 0000-0002-4591-6595 مسعود توحیدفر استاد گروه سلولی و مولکولی دانشکده علوم و فناوری زیستی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران. 0000-0002-9967-1028 مهدی علیزاده دانشیار گروه علوم باغبانی دانشکده تولید گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران 0000-0001-5358-313X Journal Article 2024 02 06 Objective<br />Potato Virus Y is one of the most important damaging and limiting factors of potato cultivation. Plants cope with harmful conditions by regulating the expressions of genes at different levels including transcription, post-transcription and translation, using stress tolerance or resistance mechanisms. Therefore, regulatory factors play a very important role in gene expression regulation under stress conditions. Long non-coding RNAs are one of the most important regulatory elements of genes. The present study was conducted with the aim of identifying lncRNAs and investigation of their expression changes in PVY infected potato plants.<br />Materials and methods<br />In this research CLC Genimic Workbench software was used for data analysis. After identifying lncRNAs, the genes affected by them were also analyzed. Then, Gene Ontology enrichment and KEGG pathway analysis were performed using STRING analysis and finally, the interactions between the identified lncRNAs and potato miRNAs were investigated.<br />Results<br />According to the obtained results, a total of 3742 sequences were identified as novel lncRNAs in PVY infected potato transcriptome, of which 769 were differentially expressed. So that 310 lncRNAs were down-regulated and 459 were up-regulated in potato in response to PVY infection. Gene Ontology analysis of co-expressed genes with identified lncRNAs show the vital role of these genes in various biological processes, biosynthesis of cellular components, protein complex formation and signal transduction. Also, genes involved in biological processes related to creating defense response against stress, hypersensitive reaction, trehalose metabolism, antiviral responses related to RNA silencing and signaling pathways to induce systemic resistance, were co-expressed with identified lncRNAs in this study. The results of co-expression network between lncRNAs and miRNAs showed interactions between 56 lncRNAs and 5 miRNAs. The most interaction was observed between lncRNAs with stumiR6024-3p.<br />Conclusions<br />Considering the interactions between examined lncRNAs and the genes involved in defense responses against stress, it is concluded that the expression changes of these lncRNAs are an important part of the response mechanism to viral disease. The obtained results can be a step towards a better understanding of lncRNAs and their function in the development of PVY tolerance and resistance cultivars. هدف: ویروس Y سیب‌زمینی یکی از مهم‌ترین عوامل خسارت‌زا و محدودکننده کشت سیب‌زمینی می‌باشد. گیاهان با استفاده از مکانیسم‌های تحمل یا مقاومت به تنش، از طریق تنظیم بیان ژن‌ها در سطوح مختلف رونویسی، پس از رونویسی و ترجمه، با شرایط آسیب‌رسان مقابله می‌کنند. بنابراین عوامل تنظیمی، در کنترل بیان ژن‌ها تحت انواع تنش‌ها نقش بسیار مهمی دارند. یکی از مهم‌ترین عناصر تنظیم‌کننده ژن‌ها RNAهای بلند غیرکدکننده می‌باشند. پژوهش حاضر با هدف شناسایی lncRNAها و بررسی تغییرات بیان آن‌ها در گیاهچه‌های سیب‌زمینی آلوده به PVY انجام شد.<br />مواد و روش‌ها: در این پژوهش از نرم افزار CLC Genomic Workbench به منظور تجزیه و تحلیل داده‌ها استفاده شد. پس از شناسایی lncRNAها، ژن‌های تحت تاثیر آن‌ها نیز مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. سپس تجزیه و تحلیل هستی-شناسی ژن و مسیرهای KEGG با استفاده از String analysis انجام شد و در نهایت برهمکنش بین lncRNAهای شناسایی شده و miRNAهای سیب‌زمینی مورد بررسی قرار گرفت.<br />نتایج: طبق نتایج به‌دست آمده در مجموع 3742 توالی به‌عنوان lncRNA در ترنسکریپتوم سیب‌زمینی آلوده به ویروس PVY شناسایی شد که از بین آن‌ها 769 عدد دارای بیان افتراقی بودند. به‌طوری‌که 310 lncRNA در شرایط آلودگی سیب-زمینی به PVY کاهش بیان و 459 عدد افزایش بیان نشان دادند. بررسی هستی‌شناسی ژن‌های هم‌بیان با lncRNAهای شناسایی شده نشان‌دهنده نقش حیاتی این ژن‌ها در فرآیندهای زیستی مختلف، بیوسنتز ترکیبات سلولی، تشکیل کمپلکس‌های پروتئینی و انتقال سیگنال‌ها می‌باشد. همچنین ژن‌های دخیل در فرآیندهای بیولوژیکی مرتبط با ایجاد پاسخ‌های دفاعی در برابر تنش، ایجاد واکنش فوق حساسیت، متابولیسم ترهالوز، پاسخ‌های ضدویروسی مرتبط با خاموشی RNA و مسیرهای پیام‌دهی به منظور القای مقاومت سیستمیک، با lncRNAهای شناسایی شده در تحقیق حاضر هم‌بیان بودند. نتایج بررسی شبکه هم‌بیانی lncRNAها با miRNAها نشان‌دهنده برهمکنش 56 lncRNA با 5 miRNA بود. بیشترین برهمکنش بین lncRNAها با stumiR6024-3p مشاهده شد.<br />نتیجه‌گیری: با توجه به برهمکنش بین lncRNAهای بررسی شده با ژن‌های دخیل در ایجاد پاسخ‌های دفاعی در برابر تنش، استنباط می‌شود که تغییرات بیان این lncRNAها بخش مهمی از مکانیسم پاسخ به بیماری ویروسی باشد. نتایج حاصل می-تواند گامی در جهت درک بهتر lncRNAها و عملکرد آن‌ها در توسعه ارقام متحمل و مقاوم به PVY باشد. https://jab.uk.ac.ir/article_4321_d93591bdf7860e1e4ee2fca799911215.pdf