بررسی کلونینگ و بیوانفورماتیک ژن‌های CCD4a و CCD4b از زعفران ایرانی (کروکوس ساتیووس ال.)

“زعفران به عنوان يكي از گرانبهاترين ادويهها و رنگهاي طبيعي اسـت كـه در صـنايع مختلـف از جملـه غـذايي، دارويـي و آرايشـي – بهداشتي مورد استفاده قرار ميگيرد. در سالهاي اخير، خانوادهاي از آنزيمها كه پيش مادههاي كاروتنوئيدي را در جايگـاه پيونـدهاي دوگانـه برش ميدهند، در گياهان شناسايي و معرفي شدهاند. به اين خانواده از آنزيمهاي برشدهنده كارتنوييد دي اكسيژناز (CCD (گفته ميشـوند .در اين تحقيق به دليل اهميت ژنهاي CCD در بيوسنتز آپوكاروتنوئيدهاي زعفران، دو ايزوفرم از اين ژن با استفاده از روش نسـخه بـرداري معكوس همسانهسازي، تعيين توالي و نتايج با موارد مشابه خارجي مورد مقايسه قـرار گرفتنـد . بررسـي هـاي بيوانفورمـاتيكي شـامل بررسـي ارتباطات خويشاوندي و نيز ساختارهاي پروتتيني مورد ارزيابي قرار گرفت.

مدلسازي سه بعدي اين پروتئينها به روش همولوژي مـدلينگ و با استفاده از پايگاه Model Swiss پس از انتخاب الگوي مناسب انجام گرفت. همچنين جهت اعتبارسـنجي سـاختاري مـدل ترسـيم شـده سه بعدي، پلات راماچاندران ترسيم گرديد. نتايج حاصله نشـان داد دو ايزوفـرم CCD4a و CCD4b هـر دو داراي دو اگـزون (٦٤١ و ١٠٩٩ جفت باز بـراي CCD4a و ٦١٤ و ١٠٩٩ جفـت بـاز بـراي CCD4b (و يـك اينتـرون (٦٧٠ جفـت بـاز در CCD4a و ٦٦٨ جفـت بـاز در CCD4b (هستند.

بررسي silico In خصوصيات فيزيكوشيميايي پـروتئين هـاي CsCCD4a و CsCCD4b بيـانگر ايـن حقيقـت بـود كـه پروتئينهاي بدست آمده از اين دو ايزوفرم از نظر وزن مولكولي، تعداد اسـيدهاي آمينـه، نقطـه ايزوالكتريـك، شـاخص آليفاتيـك، شـاخص ناپايداري و حلاليت مشابه ميباشند. نتايج بررسي ساختارهاي سه بعدي بدست آمده نشان داد اين دو ايزوفرم داراي سـاختارهاي سـه بعـدي مشابهي ميباشند. يافتههـاي ايـن تحقيـق مـي توانـد اطلاعـات بـا ارزشـي در رابطـه بـا رفتـار و واكـنش آنـزيم CCD4 در مسـير سـنتز آپوكاروتنوئيدهاي زعفران فراهم كند و همچنين اين نتايج ميتواند در برنامههاي آتي اصلاح ژنتيكي زعفران ايران مفيد واقع گردد.”

“Saffron is one of the most expensive spices and natural colors used in various food, pharmaceutical and cosmetic industries. In recent years, a family of enzymes that digest carotenoid substrates into double bonds are identified and introduced in plants. This family is of enzymes Carotenoid Cleavage Dioxygenase (CCD) enzymes. In this study, two isoforms of this gene were cloned and sequenced due to the importance of CCD genes in biosynthesis of apocarotenoids.

Bioinformatics analyses including phylogenetic relationships and protein structures were evaluated. 3D modeling of these proteins was done by homologous modeling and using the Swiss Model database after selecting the appropriate pattern. The Ramachandran plot was drawn in order to validate the structure of the 3D model. The results show that the two CCD4a and CCD4b isoforms have both exons and one intron. In silico analysis, the physicochemical properties of CsCCD4a and CsCCD4b proteins also show that the proteins derived from these two isoforms are similar in terms of molecular weight, amino acids, isoelectric points, aliphatic index, instability index and solubility.

The results of study of 3D structures resulted in proposal of similar structures for two isoforms. The results of this study can provide valuable information on the behavior and response of CCD4 enzyme in the pathway for synthesis of apricotines in saffron, and these results can be useful in future protein engineering programs.”