محققان بخش تحقیقات زیست‌شناسی سامانه‌های پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی با بهره‌گیری از رویکرد متاآنالیز تلفیقی موفق به شناسایی ژن‌های مؤثر در تحمل به تنش گیاهان زراعیشوری و خشکی در برنج  شدند.

به گزارش روابط‌ عمومی پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی، دکتر زهرا سادات شُبَّر، دانشیار بخش تحقیقات زیست‌شناسی سامانه‌های پژوهشگاه که صبح امروز در وبینار علمی پژوهشگاه با عنوان «شناسایی ژن‌های نامزد دخیل در تحمل به تنش‌ها
با رویکرد متاآنالیز تلفیقی» سخن می‌گفت، خاطرنشان کرد: قاعده‌ اصلی که زیست‌شناسی مولکولی در بدو ارائه مطرح کرد این بود که اطلاعات به صورت یکطرفه از DNA  به پروتئین منتقل می‌شود، اما امروزه این تعریف بسیار پیچیده‌تر شده است و کاربرد تلفیقی اومیکس‌های مختلف را برای درک بهتر سازوکار پاسخ گیاهان به تنش‌های زیستی و غیر زیستی پیشنهاد می‌کند. 

شبر با اشاره به این که ابزارهای بیوانفورماتیکی متنوعی برای آنالیز تلفیقی مطالعات مرتبط با پاسخ‌های گیاهان به تنش‌ها از سطح ژنوم تا فنوم به کار می‌رود، اظهار داشت: زیست‌شناسی سامانه‌ها، تلفیق رویکردهای فرارشته‌ای برای حل مسائل زیستی با توجه به پیشرفت‌های کشاورزی است. هدف نهایی زیست‌شناسی سامانه‌ها، حصول مدل کاملی از گیاه است که فرآیندهای مختلف را در همه سطوح زیستی اعم از مولکولی، سلولی، فیزیولوژیکی، اکولوژیکی و در سطح یک موجود زنده کامل توصیف کند. 

وی تصریح کرد:
زیست شناسی سامانه‌ها، یک فرآیند تکرار شونده از پژوهش‌های آزمایشگاهی، آنالیز و تلفیق داده ها، مدل سازی سامانه‌ای و پیشنهاد فرضیه هاست. این فرضیه ها منجر به طراحی آزمایش‌های جدیدی می‌شوند که آغازگر چرخه جدیدی خواهند بود. هر بار تکرار چرخه، موجب بهینه‌سازی مدل شده و درک ما را از سامانه‌های زیستی افزایش می‌دهد. سرانجام چنین مدل‌هایی می‌تواند برای پیش‌بینی‌های زیستی و در نهایت بهبود صفات موردنظر در کشاورزی به کار رود.

دانشیار پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی تصریح کرد: قبل از عصر بیوانفورماتیک، آزمایش‌های زیست‌شناسی تنها از دو طریق - در محیط طبیعی  (in vivo) یا در محیط آزمایشگاهی(in vitro) - قابل انجام بود اما کم کم تحلیل داده های زیستی به وسیله رایانه یا شبیه سازی رایانه‌ای زیست‌شناسی بر روی چیپ‌های سیلیکونی (in silico) هم مطرح شد و به واقع ظهور بیوانفورماتیک، انقلابی در علوم زیستی ایجاد کرد. 

وی خاطرنشان کرد: استفاده از راهکارهای ژنتیکی مثل genome wide association studies   و quantitative trait mapping و اومیکس مثل RNA-sequencing اغلب می‌تواند تعداد زیادی از ژنهای نامزد بالقوه را شناسایی کند که ژنهای کلیدی در میان آنها مخفی هستند. از آنجایی که ارزیابی آزمایشگاهی تعداد بسیار زیادی ژن کاندیدا بسیار مشکل است، باید ژنهای نامزد ابتدا به صورت in silico  به طور کامل ارزیابی شوند و امیدبخش ترین آنها برای ارزیابی آزمایشگاهی معرفی شود تا احتمال موفقیت در کشف ارتباط ژنوتیپ و فنوتیپ تا حد زیادی افزایش یابد. 

شبر با بیان این که تایید آزمایشگاهی ژن‌های نامزد از آزمایشگاه به گلخانه و مزرعه مستلزم زمان و بودجه زیادی است و لذا اولویت بندی ژنها ضرورت دارد، تصریح کرد:  یک اولویت بندی سیستماتیک ژن‌های نامزد، براساس ساخت فرضیه‌هایی است که چگونگی ارتباط بین ژنوتیپ و فنوتیپ را توضیح می‌دهد. 

آنالیز QTL تخمین نواحی ژنتیکی متصل به صفات فنوتیپی کمی را امکان‌پذیر کرده و بین ژنومیکس و مزرعه ارتباط برقرار می‌کند. 

وی خاطرنشان کرد: با افزایش تعداد مطالعات QTL در حال انجام و گزارش شده، یک چالش جدید، شناسایی جایگاه‌های نامزد با کیفیت از طریق تلفیق اطلاعات مطالعات QTL مختلف می‌باشد. متا آنالیز ابزاری برای تجمیع خروجی مطالعات متنوع و پیشگویی دقیقتر موقعیت QTL به منظور استفاده حداکثری از منابع موجود است. به عبارت دیگر، متا آنالیز یک روش ترکیب داده‌ها از منابع مختلف در یک مطالعه واحد ، با بهره‌گیری از روش‌های آماری و جمع‌بندی مطالب به صورت منسجم، قابل اعتماد و مورد تایید استو تعیین مکان مشترک بین ژنها و QTLها است.

دانشیار پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی در ادامه بخشی از نتایج پژوهش‌های صورت گرفته در پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی با استفاده از رویکرد متاآنالیز تلفیقی را که در نشریات معتبر به چاپ رسیده است، تشریح کرد.

گفتنی است علاقه مندان می‌توانند برای کسب اطلاعات بیشتر به مقالات مرتبط زیر مراجعه کنند:

Parisa Daryani, Hadi Darzi Ramandi, Sara Dezhsetan, Raheleh Mirdar Mansuri, Ghasem Hosseini Salekdeh, Zahra-Sadat Shobbar (2021) Pinpointing genomic regions associated with root system architecture in rice through an integrative meta-analysis approach . Theoretical and Applied Genetics: 1-26. https://doi.org/10.1007/s00122-021-03953-5 (Q1, Impact Factor= 5.699 )

Raheleh Mirdar Mansuri, Zahra-Sadat Shobbar, Nadali Babaeian Jelodar, Mohammadreza Ghaffari, Seyed Mahdi Mohammadi, Parisa Daryani (2020) Salt tolerance involved candidate genes in rice: an integrative meta-analysis approach, BMC Plant Biology, 20 (1), 1-14 DOI: 10.1186/s12870-020-02679-8 (Q1, Impact Factor=