‌بررسی الگوی بیان و ساختار ژن AGAMOUS-LIKE 6 (AGL6) در همگروه‌های سیر ایرانی (Allium sativum L.)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

2 دانشیار، گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران

3 دانشیار، گروه زیست فناوری مولکـولی گیـاهی، پژوهـشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری، تهران، ایران

10.22103/jab.2023.20915.1452

چکیده

هدف: اکثر کلون‌های سیر، غیر‌گلده و عقیم بوده و به صورت غیر‌جنسی تکثیر می‌شوند؛ با این حال برخی از کلون‌ها گلده بوده وانواع زایا تا حدودی در بین آن‌ها یافت می‌شود. درک صحیح از الگوی بیان و ساختار ژن‌های خانواده ژنی MADS-BOX ازجمله ژنAGL6 در گیاه سیر از ارزش بالایی برخوردار بوده و می تواند روند برنامه‌های اصلاحی آن را بهبود ببخشد. تاکنون پژوهشی مبنی شناسایی این ژن موثر در گلدهی و باروری سیر صورت نگرفته است. لذا هدف از تحقیق حاضر بررسی الگوی بیان نسبی ژن AGL6 در همگروه گلده، نیمه گلده و غیر گلده سیر ایرانی و شناسایی ساختار و توالی نوکلئوتیدی آن می‌باشد.
مواد و روش‌ها: بدین منظور، ابتدا بیان نسبی این ژن در اندام‌های مختلف همگروه‌های گلده، نیمه گلده و غیر گلده سیر ایرانی و با استفاده از روش RT-PCR کمی بررسی شد. سپس بخشی از توالی کد کننده ژن AGL6 با استفاده از روش مذکور از بافت گلچه‌های سیر گلده جد‌اسازی و همسانه‌سازی شد. نتایج حاصل از توالی‌یابی و آنالیز همسانه های نوترکیب با استفاده از نرم افزارهای، BLAST، Vector NTI، ORF finder و MEGA6 مورد ارزیابی قرار گرفت.
نتایج: بر اساس نتایج بدست آمده، AGL6 در مریستم، گل‌آ‌ذین، تپال و برچه گلچه های سبز و ارغوانی سیر گلده بیان شد. اما اثری از بیان این ژن در پرچم دیده نشد. سطح بیان آن در مریستم سیر گلده در تمامی مراحل نمونه برداری و به‌ویژه مرحله القا گلدهی بالاتر ازمریستم سیر نیمه و غیر گلده بود. AGL6در گل آذین سیر نیمه گلده نیز بیان شد اما بیان آن در این مرحله نیز در مقایسه با گل آذین سیر گلده 4 برابر کمتر بود. نتایج توالی‌یابی قطعه همسانه‌سازی شده، وجود ناحیه کدکننده به طول 728 جفت باز را نشان داد که با کد دسترسی OK086759.1در پایگاه NCBI ثبت گردید. این توالی نوکلئوتیدی یک پروتئین با 243 اسید آمینه را کد می‌کند و دارای دومین های MADS-box و K-box می‌باشد. بررسی‌ها بیانگر تشابه بالا و همپوشانی زیاد این توالی با سایر همولوگ‌های ژن AGL6 در سایر گونه‌های گیاهی و بویژه تک‌لپه‌ای‌های پتالوئیدی نظیر پیاز، لیلیوم، گل نرگس، زعفران در NCBI بود؛ از این رو توالی حاصل AsAGL6 نامیده شد.
نتیجه گیری: در این پژوهش برای اولین بار الگوی بیـــان یک ژن کلیدی مسیر گلدهی و باروری (AsAGL6) و ساختار نوکلئوتیدی آن در گیاه سیر مشخص شد. نتایج بدست از این تحقیق میتواند به طور موثری در طراحی برنامه‌های اصلاحی کلاسیک و مولکولی سیر مورد استفاده قرار گیرند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Expression pattern and structural analysis of AGAMOUS-LIKE 6 (AGL6) in Iranian garlic clones (Allium sativum L.)

نویسندگان [English]

  • Fahimeh Ghaemizadeh 1
  • Farshad Dashti 2
  • Amir Mousavi 3
1 Department of horticultural science, Bu-Ali Sina University. Hamedan, Iran.
2 Department of horticultural science, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran
3 Department of Agricultural Biotechnology, National Institute of Genetic Engineering and Biotechnology (NIGEB), P. O. BOX 1417863171, Tehran, Iran
چکیده [English]

Most of the garlic clones are non-bolting and sterile and propagate asexually; however, some of the clones are bolting, and there are some fertile clones among the bolting ones. A correct understanding of the MADS-BOX genes family expression pattern and structure, including AGL6, is a valuable project and will improve garlic breeding programs. So far there are no reports relating AGL6 identification as a flowering and fertility integrator gene in garlic. So the aim of this study is to investigate the relative expression of AGL6 in Iranian bolting, semi- and non-bolting garlic clones and to identify its structure and nucleotide sequence.
Materials and Methods
At first the relative expression of the AGL6 was investigated in the different organs of non-bolting, semi-bolting and bolting Iranian garlic clones using quantitative Real time- PCR. Then the isolation and cloning of the AGL6 partial sequences from the garlic floret was carried out using RT-PCR. The sequence of the recombinant plasmid was evaluated using BLAST, Vector NTI, ORF finder and MEGA6 software.

Results
According to the obtained results, AGL6 was expressed in the meristem, inflorescence, tepal and carpel of green and purple flowers of the bolting garlic. But there was no sign of its expression in the stamen. AGL6 expression level in the meristem of bolting garlic was higher than the meristem of the semi-bolting and non-bolting garlic in all sampling stages, especially in the flowering induction stage. AGL6 was also expressed in the inflorescence of the semi-bolting and bolting garlic, but its expression in the inflorescence of the semi- bolting garlic was 4 times less than the inflorescence of the bolting garlic. Sequence analysis of the colonized fragment showed the coding region with a 728 bp length, which was registered in the NCBI database with the accession number of OK086759.1. This nucleotide sequence encodes a protein with 243 amino acids and has MADS-box and K-box domains. Results showed the high similarity of the sequence obtained in this research with other AGL6 gene homologues in other plant species, especially petaloid monocots such as onion, lily, narcissus and saffron in NCBI. Hence the resulting sequence was named AsAGL6.
In this research, for the first time, the expression pattern of a key gene of the flowering and fertility pathway (AsAGL6) and its nucleotide structure were determined in garlic. The results of this research can be effectively used in the design of classical and molecular garlic breeding programs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cloning
  • Fertilization
  • Flowering
  • MADS-BOX gene family
  • Real -Time PCR
جعفری احمدآبادی سید علی اصغر، عسکری­همت حشمت­اله، محمدآبادی محمدرضا و همکاران (1402) تاثیر شاهدانه بر بیان ژن DLK1 در بافت‌ قلب بره‌های کرمانی. مجله بیوتکنولوژی کشاورزی، 15(1)، 217-234.
شکری سمیرا، خضری امین، محمدآبادی محمدرضا، خیرالدین حمید (1402) بررسی بیان ژن MYH7 در بافت‌های ران، دست و راسته بره‌های پرواری نژاد کرمانی. مجله بیوتکنولوژی کشاورزی، 15(2)، 217-236.
قائمی‌زاده فهیمه، دشتی فرشاد، شافعی نیا علیرضا (1397) بررسی الگوی بیان ژن‌های AsFT و gaLFY در فرایند تکامل زایشی در اندام‌های مختلف برخی از همگروه‌های سیر ایرانی (Allium sativum L.). مجله علوم باغبانی ایران (1) 49، 269-278.
References
Abbasifar A (2014) Study of the sexual organs development and possibility of seed production In Iranian garlic clones. PhD thesis, Bu -Ali Sina University. pp- 20-67 (In Persian).
Barazandeh A, Mohammadabadi MR, Ghaderi-Zefrehei M, Nezamabadipour H (2016a) Predicting CpG Islands and Their Relationship with Genomic Feature in Cattle by Hidden Markov Model Algorithm. Iran J Appl Anim Sci 6 (3), 571-579.
Barazandeh A, Mohammadabadi MR, Ghaderi-Zefrehei M, Nezamabadipour H (2016b) Genome-wide analysis of CpG islands in some livestock genomes and their relationship with genomic features. Czech J Anim Sci 61, 487.
Bordbar F, Mohammadabadi M, Jensen J, et al. (2022) Identification of candidate genes regulating carcass depth and hind leg circumference in Simental beef cattle using Illumina Bovine Bead chip and next-generation sequencing. Animals 12 (9), e1103.
Brewster J L (2008) Onions and Other Vegetable Alliums. CAB International Wallingford, UK, P. 432.
Dreni L, Zhang D (2016) Flower development: the evolutionary history and functions of the AGL6 subfamily MADS-box genes. J Exp Bot 67(6), 1625-1638.
Ghaemizadeh F, Dashti F, Shafeinia A (2018) Expression Analysis of gaLFY and AsFT during reproductive development in different organs of some Iranian Garlic (Allium sativum L.) Clones. Iran J Hortic Sci 49(1), 271-280.
Ghaemizadeh F, Dashti F, Shafeinia A (2019) Expression pattern of ABCDE model genes in floral organs of bolting garlic clone. Gene Expr Pat 34, e119059.
Hsu H, Huang CH, Chou L, Yang L (2003) Ectopic Expression of an Orchid (Oncidium Gower Ramsey) AGL6-like Gene Promotes Flowering by Activating Flowering Time Genes in Arabidopsis thaliana. Plant Cell Physiol 44(8), 783–794
Hsu HF, Chen WH, Shen YH, et al. (2021) Multifunctional evolution of B and AGL6 MADS box genes in orchids. Nat commun 12(1), 1-12.
Jafari Ahmadabadi SAA, Askari-Hemmat H, Mohammadabadi M, et al. (2023) The effect of Cannabis seed on DLK1 gene expression in heart tissue of Kermani lambs. Agric Biotechnol J 15 (1), 217-234 (In Persian).
Kamenetsky R, London SI, Zemah H, et al. (2004) Environmental control of garlic growth and florogenesis. J Ame Soc Hortic Sci 129, 144–151.
Kamenetsky R (2007) Garlic: botany and horticulture. Horticultural Reviews-Westport Then New York 33:123.
Kamenetsky R, Faigenboim A, Mayer ES, er al. (2015) Integrated transcriptome catalogue and organ-specific profiling of gene expression in fertile garlic (Allium sativum L.). BMC 16(1), 12.
Kim S, Soltis PS, Soltis DE (2013) AGL6-like MADS-box genes are sister to AGL2-like MADS-box genes. J Plant Biol 56(5), 315-325.
Koo SC, Bracko O, Park MS, et al. (2010) Control of lateral organ development and flowering time by the Arabidopsis thaliana MADS‐box Gene AGAMOUSLIKE6. The Plant J 62(5), 807-816.
Li H, Liang W, Jia R, et al. (2010) The AGL6-like gene OsMADS6 regulates floral organ and meristem identities in rice. Cell Res 20(3), 299-313.
Livak KJ , Schmittgen TD (2001) Analysis of Relative Gene Expression Data Using Real-Time Quantitative PCR and the 2− ΔΔCT Methods. Methods 25, 402-408.
Marchler-Bauer A, Bo Y, Han Let al. (2017) CDD/SPARCLE: functional classification of proteins via subfamily domain architectures. Nucleic Acid Res 45(D1), 200-203.
Masoudzadeh, S.H., Mohammadabadi, M.R., Khezri, A., et al. (2020) Dlk1 gene expression in different Tissues of lamb. Iran J Appl Anim Sci 10, 669-677.
Medard Ng & Yanofsky MF (2001) Function and evolution of the plant MADS-box gene family. Nat Rev Gen 2(3), 186-195.
Mohammadinejad F, Mohammadabadi M, Roudbari Z, Sadkowski T (2022) Identification of Key Genes and Biological Pathways Associated with Skeletal Muscle Maturation and Hypertrophy in Bos taurus, Ovis aries, and Sus scrofa. Animals 12 (24), 3471.
Pfaffl MW, Horgan GW, Dempfle L (2002) Relative expression software tool (REST©) for group-wise comparison and statistical analysis of relative expression results in real-time PCR. Nucleic Acids Res 30(9), 36-36.
Reinheimer R, Kellogg E (2003) Evolution of AGL6-like MADS Box Genes in Grasses (Poaceae): Ovule Expression Is Ancient and Palea Expression Is New. P Cell (21), 2591–2605.
Rotem N, David-Schwartz R, Peretz Y, et al. (2011) Flower development in garlic: the ups and downs of gaLFY expression. Planta 233, 1063–1072.
Safaei SMH, Dadpasand M, Mohammadabadi M, et al. (2022) An Origanum majorana Leaf Diet Influences Myogenin Gene Expression, Performance, and Carcass Characteristics in Lambs. Animals 13 (1), e14.
Sambrook J, Russell D W (2001) Molecular cloning: a laboratory manual. Q Rev Biol 76(3), 348-349.
Shahsavari M, Mohammadabadi M, Khezri A, et al. (2022) Effect of Fennel (Foeniculum Vulgare) Seed Powder Consumption on Insulin-like Growth Factor 1 Gene Expression in the Liver Tissue of Growing Lambs. Gene Express 21 (2), 21-26.
Shalom SR, Gillett D, Zemach H,  et al. (2015) Storage temperature controls the timing of garlic bulb formation via shoot apical meristem termination. Planta 242(4), 951-962.
Simon PW & Jenderek MM (2003) Flowering, seed production and the genesis of garlic breeding. Plant Breed Rev 23, 211-244.
Takagi H (1990) Biochemistry, food science, and minor crops. In: Onions and allied crops. Brewster JL, Rabinowitch HD (eds). CRC press, Boc aRaton, Florida. 3: 109-146.
Tsaftaris AS, Polidoros AN, Pasentsi K, Kalivas A (2007) Cloning, structural characterization, and phylogenetic analysis of flower MADS-box genes from crocus (Crocus sativus L.). Sci World J 7, 1047-1062.
Wang ZK, Gao J, Li LB, Peng ZH (2006) Isolation and characterization of the AGAMOUS homologous gene NTAG in Chinese narcissus (Narcissus tazetta var. chinensis Roem). Forestry Stud China 8(1), 21-26.
Yoo SK, Wu X, Lee JS, Ahn JH (2011) AGAMOUS‐LIKE 6 is a floral promoter that negatively regulates the FLC/MAF clade genes and positively regulates FT in Arabidopsis. Plant J 65(1), 62-76.