شناسایی و توصیف ژنومی خانواده ژنی WOX در زعفران (Crocus sativus L.) و نقش آنها در پاسخ به تنش، رشد و نمو کالوس …

مقدمه: مریستم رأسی شاخه (SAM) زعفران (Crocus sativus L.) نقش مهمی در گذار و رشد گل ایفا می‌کند. ژن‌های هومئوباکس مرتبط با WUSCHEL (WOX) تنظیم‌کننده‌های کلیدی فعالیت سلول‌های بنیادی و اندازه SAM در گونه‌های مختلف، از جمله Arabidopsis thaliana، Oryza sativa Japonica، Gossypium hirsutum L. و کلون هیبرید صنوبر 84K (Populus alba × P. glandulosa) هستند. روش‌ها: ژن‌های WOX شناسایی و از نظر فیلوژنی، ساختار ژن، موتیف‌های حفاظت‌شده، عناصر تنظیمی سیس، موقعیت کروموزومی، هم‌خطی و مضاعف‌شدگی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. الگوهای بیان در بافت‌های مختلف، تنش‌های سرمایی، تنش هورمونی و تشکیل کالوس بررسی شد و ژن‌های کلیدی با PCR کمی در زمان واقعی تأیید شدند. نتایج: در این مطالعه، ما 20 ژن CsWOX را بر اساس ژنوم تریپلوئید زعفران شناسایی کردیم. تجزیه و تحلیل هم‌خطی درون گونه‌ای، دو جفت هم‌خطی (CsWOX7/CsWOX5 و CsWOX13A/CsWOX13B) را در زعفران نشان داد. علاوه بر این، هم‌خطی بین گونه‌ای بین AtWUS در A. thaliana و CsWUS در زعفران، و همچنین بین زعفران و برنج (OsWOX9/CsWOX5، OsWOX9/CsWOX7 و OsWOX2/CsWOX3) برقرار شد. تجزیه و تحلیل رونوشت برای بررسی الگوهای بیان ژن‌های CsWOX در SAM تحت تنش‌های دمایی و هورمونی انجام شد. تیمار سرما (9 درجه سانتیگراد) بیان CsWUS را در مراحل S1-S6 به طور قابل توجهی کاهش داد، در حالی که بیان CsWOX13B و CsWOX4 روند بهبودی را در مراحل S4-S6 نشان داد. اگرچه اسید جیبرلیک (GA) و اسید آبسیزیک (ABA) تمایز مریستم‌های رأسی به مریستم‌های گل را افزایش دادند، اما اکثر ژن‌های CsWOX تا حد زیادی بی‌پاسخ ماندند یا فقط پاسخ‌های گذرا به این هورمون‌ها نشان دادند. علاوه بر این، بیان CsWOX13A/B در طول چهار مرحله از رشد کلاله به تدریج افزایش یافت و در مرحله 4 به اوج خود رسید. در کالوس مشتق شده از بنه، CsWUS و CsWOX11 در مراحل کالوس غیر شاخه‌زا (NSF) و شاخه‌زا (SF) به طور قابل توجهی افزایش بیان داشتند. نکته قابل توجه این است که در حالی که CsWOX11 الگوی بیان مشابهی را در هر دو منبع بنه و کلاله نشان داد، CsWUS افزایش بیان متمایز و پیشرونده‌ای را در طول مراحل NSF و SF کالوس مشتق شده از کلاله نشان داد. بحث: این مطالعه عملکردهای بالقوه ژن‌های مختلف WOX را از دیدگاه‌های مختلف، از جمله تنش دمایی، تنظیم هورمونی، رشد و نمو و کشت بافت کالوس، مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. این یافته‌ها، پایه و اساسی برای تحقیقات بیشتر در مورد مکانیسم‌هایی که ژن‌های کاندید WOX از طریق آنها SAM زعفران را تنظیم می‌کنند، فراهم کرد.

Introduction: The shoot apical meristem (SAM) of saffron (Crocus sativus L.) plays a critical role in floral transition and development. WUSCHEL-related home box (WOX) genes are key regulators of stem cell activity and SAM size across diverse species, including Arabidopsis thaliana, Oryza sativa Japonica, Gossypium hirsutum L. and the hybrid poplar clone 84K (Populus alba × P. glandulosa).Methods: WOX genes were identified and analyzed for phylogeny, gene structure, conserved motifs, cis-regulatory elements, chromosomal location, collinearity and duplication. Expression patterns were examined in different tissues, cold stresses, hormonal stress and callus formation, with key genes validated by real-time quantitative PCR. Results: In this study, we identified 20 CsWOX genes based on the triploid genome of saffron. Intraspecific collinearity analysis revealed two collinear pairs (CsWOX7/CsWOX5 and CsWOX13A/CsWOX13B) in saffron. Furthermore, interspecific synteny was established between AtWUS in A. thaliana and CsWUS in saffron, as well as between saffron and rice (OsWOX9/CsWOX5, OsWOX9/CsWOX7, and OsWOX2/CsWOX3). Transcriptome analysis was conducted to investigate the expression patterns of CsWOX genes in the SAM under temperature and hormonal stresses. Cold treatment (9°C) significantly downregulated CsWUS expression during stages S1–S6, while the expression of CsWOX13B and CsWOX4 exhibited a recovery trend during stages S4–S6. Although Gibberellic Acid (GA) and Abscisic Acid (ABA) promoted the differentiation of apical meristems into floral meristems, most CsWOX genes remained largely unresponsive or showed only transient responses to these hormones. Additionally, CsWOX13A/B expression increased progressively throughout the four stages of stigma development, peaking at stage 4. In corm-derived callus, CsWUS and CsWOX11 were significantly upregulated at the non-shoot-forming (NSF) and shoot-forming (SF) callus stages. Notably, while CsWOX11 exhibited a similar expression pattern across both corm and stigma sources, CsWUS showed a distinct, progressive increase in expression during the NSF and SF stages of stigma-derived callus. Discussion: This study analyzed the potential functions of different WOX genes from multiple perspectives, including temperature stress, hormonal regulation, growth and development, and callus tissue culture. These findings provided a foundation for further investigation into the mechanisms by which candidate WOX genes regulate the saffron SAM.