شناسایی و تعیین توالی ژن‌های CCD4a و CCD4b در زعفران وحشی

ترکیبات اپوکاروتنوئیدی عملکردهای ارتباطی متنوعی را در گیاهان ایجاد می‌کنند. اپوکاروتنوئیدها حاصل شکست آنزیمی کاروتنوئیدها هستند که توسط دی‌اکسیژنازهای کاروتنوئیدی (CCD) کاتالیز می‌شوند. خانواده CCD4 بزرگترین خانواده از CCDهای گیاهی است. در این پژوهش، DNA ژنومی از برگ‌های تازه زعفران وحشی Crocus haussknechtii BOISS استخراج و به عنوان الگو برای تکثیر ژن‌های CCD4a و CCD4b در واکنش PCR استفاده شد. محصولات PCR پس از خالص‌سازی توالی‌یابی شدند. سپس توالی ژن با ژن زعفران موجود در بانک ژن مقایسه شد و درخت فیلوژنتیکی مربوط به توالی آن‌ها ترسیم گردید.

علاوه بر این، اسیدهای آمینه پروتئین‌ها مقایسه شد و ساختار فضایی پروتئین این دو ژن ترسیم شد. نتایج نشان داد که تعداد نوکلئوتیدها در ژن CCD4a برابر با 2402 و در ژن CCD4b برابر با 2373 جفت باز است. دندروگرام مربوط به توالی ژن CCD4a نشان داد که گونه‌ها بر اساس شباهت در توالی اسیدهای نوکلئیک به پنج گروه جدا تقسیم شدند و بیشترین شباهت مربوط به ژن CCD4a زعفران زراعی ایرانی با میزان 99/82 بود. همچنین نمودار دندروگرام برای ژن CCD4b به سه گروه تقسیم شد که کمترین فاصله بین این ژن و ژن‌های گونه‌های زعفران بود. با تعیین نواحی اگزون، توالی پروتئینی ژن‌های CCD4a و CCD4b تعیین شد و تعداد اسیدهای آمینه آن‌ها به ترتیب برابر با 577 و 567 بود. یافته‌های این تحقیق می‌تواند اطلاعات ارزشمندی در مورد رفتار و واکنش آنزیم‌های CCD4a و CCD4b در سنتز اپوکاروتنوئیدهای C. haussknechtii ارائه دهد و می‌تواند در برنامه‌های انتقال ژن از زعفران وحشی به زعفران زراعی مفید باشد.

Apocarotenoid compounds cause various communication functions in plants. Apocarotenoids result from the enzymatic cleavage of carotenoids catalyzed by carotenoid dioxygenases (CCD). The CCD4 family is the largest family of plant CCDs. In this research, genomic DNA was extracted from fresh leaves of wild saffron Crocus haussknechtii BOISS and used as a template for amplifying CCD4a and CCD4b genes in PCR reaction. PCR products were sequenced after purification. Then, the gene sequence was compared with the saffron gene available in the gene bank and a phylogenetic tree related to their sequence was drawn. In addition, the amino acids of proteins were compared, and the spatial structure of the protein of these two genes was drawn.

The results showed that the number of nucleotides in CCD4a gene is equal to 2402 and in CCD4b gene is 2373 kb. The dendrogram related to the sequence of the CCD4a gene showed that the species were divided into five separate groups based on the similarity in the sequence of nucleic acids, and the highest similarity was related to the CCD4a gene of Iranian agricultural saffron with a rate of 99.82. In addition, the dendrogram diagram for the CCD4b gene was divided into three groups, with the lowest distance between this gene and the genes of saffron species. By defining the exon regions, the protein sequence of CCD4a and CCD4b genes was determined, and their number of amino acids was equal to 577 and 567, respectively. The findings of this research can provide valuable information regarding the behavior and reaction of CCD4a and CCD4b enzymes in the synthesis of C. haussknechtii apocarotenoids. They can be used in gene transfer programs from wild saffron to saffron be a useful crop.