رنای غیرکدکننده نباتات: منابع ژنی صفات کشاورزی

رنای غیرکدکننده نباتات: منابع ژنی صفات کشاورزی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه کشاورزی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه 20 الی 100% رایگان مقالات ترجمه شده

1- قابلیت مطالعه رایگان 20 الی 100 درصدی مقالات 2- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر 3 فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی -- تذکر: برای استفاده گسترده تر کاربران گرامی از مقالات آماده ترجمه شده، قیمت خرید این مقالات بسیار کمتر از قیمت سفارش ترجمه می باشد.  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر -- مقالات آماده سفارش داده شده عرفا در زمان اندک یا حداکثر ظرف مدت چند ساعت به ایمیل شما ارسال خواهند شد. در صورت نیاز فوری از طریق اس ام اس اطلاع دهید.

رنای غیرکدکننده نباتات: منابع ژنی صفات کشاورزی

رنای غیرکدکننده نباتات: منابع ژنی صفات کشاورزی

رنای غیر کد کننده تنظیمی در نباتات: منابع بالقوه ژنی برای ارتقای صفات کشاورزی

چکیده

رناهای غیر کد کننده تنظیمی نباتات (ncRNAs) به عنوان تنظیم گرهای «رده بالای» مهم در زمینه شبکه تنظیم کننده ژن به شمار می آیند. آنها قابلیت مدولاسیون فرآیندهای مختلف بیولوژیکی را داشته و از توان پاسخگویی به محیط های پیرامونی خود از طریق تنظیم مستقیم ژن های هدف مرتبط، یعنی آن دسته از ژن های دخیل در فرایند رشد و بازده محصولات گیاهی از مرحله رو نویسی تا مرحله ترجمه، بهره مند می باشند. به واسطه اهمیت زراعی در ارتباط با ncRNAهای تنظیم کننده نباتات، آنها هم اکنون به عنوان اهداف بالقوه ای برای اصلاح مولکولی صفات ارتقاء یافته محصولات کشاورزی به شمار می آیند. در این مقاله، ما نسبت به بررسی اهمیت ncRNA های تنظیم کننده نباتات از نقطه نظر کشاورزی اقدام نموده و فرآیندهای اخیر در زمینه درک عملکردها و مکانیزم های مولکولی آنها در ارتباط با تنظیم ژن های هدف مرتبط را مورد بررسی قرار می دهیم. به علاوه، ما کاربرد روش های توالی سازی نسل بعد (NGS) در زمینه تحقیقات ncRNA در مبحث نباتات را عرضه داشته و استراتژی انتخابی را با استفاده از مجموعه های اطلاعاتی حاصل آمده از NGS و مواد از قبل موجود ژنتیکی مورد تحلیل و کنکاش قرار می دهیم.

کلمات کلیدی: رنای غیر کد کننده تنظیمی، رنای کوچک، رنای غیرتنظیمی بلند، توالی یابی نسل بعد، اصلاح مولکولی

رنای غیرکدکننده نباتات: منابع ژنی صفات کشاورزی

مقدمه

به واسطه تحقیقات متمرکز بر روی فرآیند اصلاح نباتات در طی دهه های گذشته، مشکلات بسیاری، در ارتباط با تأمین غذا و کیفیت آن حل شده اند. با این وجود، امنیت جهانی غذا همچنان به عنوان یک چالش بین المللی بر مبنای تغییرات اقلیمی و شرایط آب و هوایی، افزایش جمعیت بشر و بکارگیری غلات یا محصولات کشاورزی برای تولید بیواتانول یا سوخت های زیستی اتانولی در طی سالیان اخیر به شمار آمده است (Schmidhuber و Tubiello، 2007، Wheeler و von Braun). تکنیک های اصلاح نباتات سنتی به واسطه نیاز جهت استفاده گسترده از نیروی کار و دوره توسعه طولانی مدت قابلیت حل این چالش های نوظهور را ندارند. جهت تسریع ارتقای صفات مفید محصولات کشاورزی، دانشمندان علم اصلاح نباتات سعی در بکارگیری تکنیک های مهندسی ژنتیک در ارتباط با استراتژی اصلاحی خود نموده اند، موردی که هم اکنون تحت عنوان اصلاح مولکولی خوانده می شود. این استراتژی به طور گسترده ای جهت توسعه محصولات کشاورزی با صفات ارتقاء یافته بکار گرفته شده است. هدف مهندسی ژنتیک با توجه به اصلاح مولکولی ارتقای صفات مهم کشاورزی از طریق دستکاری توابع متناظر ژنی با استفاده از تکنیک های مرتبط شامل کلونینگ یا تکثیر غیرجنسی و فرآیند تبدیل و تغییر شکل می باشد. تاکنون، مهندسین علوم نباتات سعی در گسترش منابع موجود ژنی و مشخص سازی عملکردهای مولکولی در ارتباط با محصولات گیاهی و نباتات نموده اند.

از ابتدای شروع تحقیقات مربوط به اصلاح مولکولی، ژن های کدکننده ـ پروتئین در ارتباط با صفات کشاورزی هدفمند خاص در نظر گرفته شده اند که خود شامل متابولیسم مواد مغذی یا مقاومت در برابر حشره کش ها می باشد که به عنوان اهداف اصلی در ارتباط با اصلاح مولکولی و با توجه به توسعه محصولات کشاورزی با در نظرگیری صفات ارتقاء یافته آنها مورد بحث و تحقیق قرار گرفته اند (Bi و همکاران، 2009، Fuentes و همکاران، 2001، Yanagisawa و همکاران، 2004، Zhou و Luo، 2013). با این وجود، این موارد دارای محدودیت های اصلی در ارتباط با تأثیرگذاری بر روی صفات کشاورزی بر مبنای دستکاری ژن ها به صورت تکی می باشند، چرا که غالب صفات مرتبط، بر مبنای یک شبکه تنظیم کننده پیچیده و متشکل از ژن های متعدد، مشخص می شوند. با این وجود، گیاهان زراعی که در کشت زارها رشد می یابند غالباً با تنش های غیر منتظره ای رو به رو می شوند، که ممکن است سبب بروز وقفه در ارتباط با بیان صفات هدفمند خاص در این زمینه شود. جهت فایق آمدن بر این محدودیت ها، محققین بیشماری سعی در یافتن ژن های تنظیم کننده نظیر فاکتورهای رونویسی نموده اند که قابلیت تنظیم محدوده ای از صفات متعدد تأثیرگذار بر روی شبکه تنظیم کننده را داشته، و به علاوه بر روی RNAهای غیرکدکننده تنظیمی که به عنوان یک نقطه قابل توجه در زمینه مهندسی ژنی مطرح شده اند نیز تأثیرگذار هستند.

رناهای غیر کدکننده (ncRNAs) در حقیقت جزء عامل های رونویسی به شمار می آیند که سبب ایجاد هرگونه پپتیدهای کاربردی یا پروتئین ها نمی شوند. در عوض ایفای نقش بیولوژیکی به عنوان یک پروتئین، عملکرد آنها در سطح رونویسی RNA قابل توجه می باشد. این گروه های رونویسی خاص شامل نه تنها ncRNAهای ساختاری (tRNA, rRNA, snRNA, snoRNA و غیره) هستند بلکه همچنین در بردارنده “ncRNAهای تنظیمی” نیز می باشند. این ncRNAهای تنظیمی متشکل از گروه های متنوعی از RNAهای کوچک و RNAهای غیرکدکننده طولانی (lncRNAs) بوده و قابلیت تنظیم سطح بیان ژن های هدف از طریق مکانیزم های مولکولی مختلف را دارند (Quan و همکاران، 2015، Zhu و Wang، 2012). تحقیقات اخیر در زمینه ncRNAs تنظیمی در نباتات مشخص ساخته است که آنها عمدتاً به عنوان یک عامل اصلی تنظیم گر ایفای نقش می نمایند. آنها قابلیت تنظیم محدوده گسترده ای از شبکه های تنظیمی ژنی با استفاده از رگوله سازی یک زیر مجموعه خاصی از ژن های پایین دستی که به طور نزدیکی مرتبط با صفات محصولات کشاورزی می باشند، نظیر رسیدگی دانه، رشد گل ها، مقاومت در برابر عوامل بیماریزا و دیگر مقاومت های مربوط به تنش های غیرزنده را خواهند داشت (Bologna و Voinnet، 2014، Di و همکاران، 2014، Kim و Sung، 2012، Ruiz-Ferrer و Voinnet، 2009، Sunkar و همکاران، 2012، Zheng و Qu، 2015). برخی از کلاس های ncRNAs تنظیمی قابلیت کنترل خاص ژن هدف واحد را دارند، در حالی که دیگران نیز از قابلیت تنظیم ژن های متعدد در یک سطح گسترده ژنومی برخوردار می باشند که این کار را از طریق مکانیزم های مولکولی مختلف انجام می دهند. این یافته های جمعی مؤکد آن هستند که ncRNA تنظیمی را می توان به عنوان اهداف بالقوه برای اصلاح نباتات مولکولی نیز بکار گرفت (Liu و Chen، 2010، Zheng و Qu، 2015، Zhou و Luo، 2013). این احتمالات سبب می شود تا بسیاری از ویژگی های اصلاح نباتات مولکولی در ارتباط با مؤلفه های مربوط به ncRNAs تنظیمی با توجه به صفات کشاورزی آن در نظر گرفته شود (Zheng و Qu، 2015). در اینجا، ما نسبت به ارائه پیشرفت های اخیر در زمینه درک نقش صفات مربوط به کشاورزی ncRNAs تنظیمی اقدام نموده و تکنیک های مختلف بکار گرفته شده در زمینه شناسایی کاندیدهای ncRNA و استراتژی های مرتبط در زمینه کاربرد ncRNAs را مورد بررسی قرار می دهیم که قابلیت استفاده از آنها در زمینه توسعه گیاهان با توجه به ارتقای صفات آنها وجود خواهد داشت.

رنای غیرکدکننده نباتات: منابع ژنی صفات کشاورزی

رده بندی رناهای غیر کدکننده تنظیمی و نقش کاربردی آنها در گیاهان

رناهای تداخلی کوچک و میکرو رناهای گیاهی

مجموعه های متغیری از رناهای کوچک گیاهی شامل میکرورناها (miRNAs) و رناهای تداخلی کوچک (siRNAs) به عنوان ncRNA های تنظیمی به شمار می آیند که عمدتاً نقش یک سرکوب کننده در شبکه های تنظیمی را به عهده دارند. با وجود آنکه miRNAs و siRNAs از نقطه نظر اندازه دارای ویژگی های بسیار مشترکی هستند، عملکرد ساختاری و مولکولی، آنها دارای تفاوت هایی از نقطه نظر مسیرهای بیوژنی می باشد (Bologna و Voinnet، 2014). miRNA های استاندارد از ساختارهای سنجاق سری رونویس های استاندارد ـ واحدی تولید می شوند که بر مبنای ژن های واحدی کدگذاری گردیده اند که به طور شایع به 21 ـ nt ویژگی دوبل رنای کوچک از طریق عملکرد DCL1 تبدیل می گردند. در حالی که غالب siRNA ها از RNA های با قابلیت استاندارد دوبل حاصل می شوند که نشان دهنده تکامل تقریباً کاملی هستند، و DCL2, DCL3 و DCL4 نیز در فرآیند 22-nt, 24-nt و 21-nt مشارکت نموده و قابلیت شکل گیری دوبلکس های siRNA را دارند. در بسیاری از موارد بیوژن های siRNA، عوامل کمکی یا کوفاکتورهای دیگر شامل پلیمرازهای RNA ـ وابسته به ـ RNA 2 و 6 (RDR2, RDR6)، SUPPRESSOR OF GENE SILENCING 3 (SGS3)، و پلیمرازهای RNA وابسته ـ DNA خاص گیاهی IV و V نیز در این راستا قابل توجه می باشند (Bologna و Voinnet، 2014). پس از عملکرد DCLs، HUA ENHANCER 1 (HEN1) اقدام به انتقال گروه متیل به 2¢-OH بر روی دو پایانه 3¢ دوبلکس های کوچک RNA می نمایند، که سبب افزایش پایداری RNA های کوچک خواهد شد.

رناهای غیرکدکننده بلند گیاهی

LncRNAs به عنوان رونویس هایی به شمار می آیند که به طور کلی بزرگتر از 200-nt تلقی شده و دارای پروتئین اندک یا بدون در نظرگیری بالقوه وجود پروتئین های کدکننده می باشند. غالب lncRNA ها دارای ویژگی های مشابهی با mRNAs هستند. آنها عمدتاً به وسیله RNA Pol II، پیرایش شده، 5¢ ـ سرپوشانده و حتی غالباً در صورت عدم وجود کلیه موارد، در 3¢ انتها / سر رونویسی می شوند. علاوه بر RNA Pol II ـ حاصله lncRNAs، کلاس های دیگر lncRNAs رونویسی شده بر مبنای دو گونه رنای وابسته به پلیمرازهای رنا، RNA Pol IV و RNA Pol V، نیز در نظر گرفته می شوند که نقش مهمی را در خاموش سازی ژن رونویسی از طریق واسطه رنای ـ وابسته متیلاسیون رنا (RdDM) به عهده دارند. LncRNAs را همچنین می توان بر مبنای موقعیت های ژنومی طبقه بندی نمود که در ارتباط با ژن های کدکننده پروتئین، ncRNAs بین ژنی بلند، lncRNAs میانه ای، همپوشانی ـ حسی و رونویس های ضد حس طبیعی ـ cis (cis-NATs) می باشند.

ncRNAs تنظیمی و تنظیم صفات مختص محصولات کشاورزی

ncRNAs نباتی و صفات مربوط به بازده محصولات

بازده محصولات و ارتقای آن به عنوان هدف نهایی اصلاح محصولات مولکولی به شمار می آید. در این زمینه شاهد وجود صفات مختلف فیزیولوژیکی هستیم که بر روی بازده محصول تأثیرگذار هستند و مطالعات بسیاری مشخص ساختند که ncRNAs و ژن های هدف آنها در این صفات نقش دارند. یکی از معروفترین مطالعات انجام شده در این زمینه در ارتباط با مشخصه های خانواده فاکتور رونویسی SPL می باشد. فاکتور رونویسی SPL عمدتاً مسئول رشد برگ می باشد و به علاوه شامل تغییر فاز سبزینه و مدولاسیون معماری گیاهان است. مطالعات انجام شده در زمینه برنج مشخص ساختند که ضریب رونویسی SPL بر روی بازده محصول از طریق مدولاسیون پنجه زنی و چند خوشه ای ژن های مرتبط با فرآیند شاخه زنی، نظیر OsTB1 (Takeda و همکاران، 2003) و DEP1 (Huang و همکاران، 2009) تأثیرگذار هستند. دو گروه تحقیقاتی گزارش نمودند که جهش توالی پیوندی miR156-binding مرتبط با OsSPL14 سبب رفع سرکوب OsSPL14 شده و منجر به کاهش پنجه زنی و افزایش اولیه شاخه گردیده که خود منجر به حاصل آوردن میزان بیشتر برنج می شود، در حالی که افزایش بیان miR156 سبب کاهش محصول برنج می شود (Jiao و همکاران، 2010، Miura و همکاران، 2010).

ncRNAs گیاهی و نقش آن در تغذیه گیاهان

تغذیه مکفی به عنوان یک معیار حیاتی برای رشد گیاهان و بازده محصولات به شمار می آید. تاکنون، از طریق تأمین مقادیر زیاد کودهای شیمیایی شامل نیتروژن و فسفات، بازده محصولات و میوه ها به طور فزاینده ای افزایش یافته است. در عین حال، مواد مغذی باقیمانده که به وسیله گیاهان جذب نمی شوند به عنوان منبع اصلی آلایندگی خواب و آب به شمار می آیند. جهت حل این مشکلات با استفاده از دستکاری یا افزایش بازده محصول، بسیاری از دانشمندان اصلاح نباتات سعی در توسعه محصولات جدیدی می نمایند که مواد مغذی آن به طور کارآمد مصرف شده یا کارایی جذب آن قابل ارتقاء باشد، و برخی از ویژگی های ncRNAs نیز به نظر در ارتباط با مؤلفه های تعدیلی یا رگوله سازی آنها به شمار می آید.

ncRNAs گیاهی و مدیریت تنش غیر زنده

رشد گیاهان در مزارع غالباً با تنش های غیربیوتیکی متعددی شامل خشکسالی، نمک، گرما، سرما و تنش های اکسایشی رو به رو می باشد و به علاوه گونه های RNA بیشمار کوچک به گیاهان کمک می نمایند تا قابلیت مقاومت یا تعدیل این شرایط تنش آفرین از طریق تغییرات انعطاف پذیر در سطوح بیان خود را داشته باشند. از طریق سطح درون زاد تنظیمی مرتبط با ncRNAs تنظیم گر در پاسخ به تنش های غیرزنده، آنها قابلیت تنظیم مؤلفه های بیان ژن های هدف خود که به طور نزدیکی در ارتباط با تنش های خاص یا متعدد می باشد را خواهند داشت.

ncRNAs گیاهی و مدیریت تنش زیستی

در پی تنش های زیستی نظیر آلودگی به وسیله ویروس های پاتوژن، باکتری ها و قارچ ها، گیاهان میزبان قابلیت شناسایی الگوهای مولکولی مرتبط با پاتوژن (PAMPs) خود را داشته و یا آنکه مولکول های اثر کننده از طریق پروتئین های گیرنده مختلف و سیستم آبشاری سیگنال، و فعالسازی پاسخ های دفاعی تحت عنوان مصونیت حاصله بر مبنای ـ PAMP (PTI) و مصونیت حاصله بر حسب اثر گذارها (ETI) قابلیت مواجهه با این ویژگی را خواهند داشت. در پاسخ های PTI و ETI برخی از گونه های ncRNA تنظیمی شامل فرآیند تعدیل این پاسخ ها می باشند (Park و Shin، 2015، Ruiz-Ferrer و Voinnet، 2009). از آنجایی که هیچ گونه گزارشات تعیین شده ای در خصوص lncRNAهای مرتبط با دفاع در برابر عوامل بیماریزا وجود ندارد، ما به طور مختصر برخی از RNA های کوچک دفاعی پاتوژن را ارائه نموده و متعاقباً سیستم آبشاری با واسطه رنای کوچک فرآیند تنظیم ژن مقاوم در برابر بیماری ها را تشریح می نماییم.

استراتژی هایی برای ارائه کاندیدهای رنای غیرکد کننده تنظیمی با استفاده از رویکردهای رونوشتگی و اطلاعات ژنوم مربوط به صفت

به واسطه اختراع و پیشرفت سریع تکنیک های توالی یابی نسل بعد (NGS)، تحلیل های گسترده ncRNAs شامل شناسایی ncRNA گسترده ژنومی و پروفایل بندی بیان در ارتباط با مراحل مختلف توسعه و شرایط تنش آفرین را می توان امروزه حاصل آورد. به علاوه، کاربرد فناوری NGS برای یکسری از موارد خاص فرایند ترانسکریپتومیک یا رونوشتگان شامل RNAs هدف و تخریب آن به وسیله خاموش سازی با واسطه رنای کوچک یا تعامل ـ پروتئین بر حسب ویژگی های مصونیت، می تواند سبب ارائه کاربرد مفید در زمینه آشکارسازی نقش تنظیمی ncRNAs گیاهی شود. با این وجود، انتخاب ncRNAs تنظیمی مرتبط و کاربرد آن از کاندیدهای بالقوه مختلف به عنوان یک ویژگی آسان و صرفاً بر حسب اطلاعات حاصل از ـ NGS تلقی نمی شود و نیاز به اعتبارسنجی تجربی و پالایش کاندیدهای بالقوه و به دنبال آن تصدیق ارتباط مستقیم بین کاندیدهای ncRNA تنظیمی و صفات کشاورزی هدف محسوس می باشد. در این فصل، ما نسبت به بحث پیرامون روش های مختلف NGS و رویکردهای تجربی که در زمینه ارائه ncRNAs تنظیمی کاندید بالقوه برای اصلاح مولکولی کارساز می باشد اقدام می نماییم.

رنای غیرکدکننده نباتات: منابع ژنی صفات کشاورزی

شناسایی و کاربرد عملی رناهای غیرکد کننده تنظیمی از طریق فناوری های مختلف NGS

توالی یابی رنای کوچک (small RNA-Seq) و توالی یابی تخریبگان

RNA-Seq کوچک هم اکنون به عنوان روش های تجربی قدرتمند مکرراً استفاده شده برای شناسایی گسترده ژنومی و پروفایل بندی بیان گونه های رنای کوچک در گیاهان به شمار می آید (شکل 2 الف). غالب اطلاعات مربوط به miRNA گیاهی و رنای کوچک شامل بکارگیری RNA-Seq کوچک جهت مشخص سازی ویژگی های miRNAs در گیاهان غیرمدلی، و شناسایی مرحله پیشرفت یا گونه های رنای کوچک تنظیم شده خاص بر حسب تنش می باشند (Sima و همکاران، 2015، Singh و همکاران، 2014). دو روش تجربی محتمل در ارتباط با ایجاد مجموعه اطلاعاتی RNA-Seq کوچک وجود دارد. کتابخانه توالی یابی ساختاری (1) با استفاده از مجموع ابزار رنای کوچک که به طور مستقیم از بافت ها یا مجموع RNAs حاصل آمده است (شکل 2 الف)، یا (2) با استفاده از مجموع رنای کوچک با پیوند ـ AGO مهیا شده به وسیله ایمنی رسوبی ـ AGO فراهم آمده است (Wu و همکاران، 2009) (شکل 2 ب).

توالی یابی رنا و توالی یابی رنای خاص ـ رشته ای

فرآیند توالی یابی رنا با ویژگی های کامل آن یکی از تکنیک های قدرتمند برای درک کل پدیده رونوشتگان می باشد. با کمک رویکرد محاسباتی، مقادیر زیادی از داده ها از RNA-Seq حاصل آمده و قابلیت تحلیل و استفاده از این اکتشاف گسترده ژنومی در ارتباط با پروفایل های جدید رونویسی، ایزوفرم ها و مشخصه های مرتبط در شرایط مختلف بافتی و موارد دیگر وجود دارد (Di و همکاران، 2014، Muthusamy و همکاران، 2015، Rinn و Chang، 2012، Zhang و همکاران، 2014). در طی کاربرد روش NGS در ارتباط با فرایند رونوشتگی، برخی از ویژگی های ارتقاء یافته در زمینه روش های RNA-Seq ارائه شده اند.

پروفایل بندی انتهای ـ 5¢-/3¢ گستره رونوشتگان

با وجود آنکه مجموعه رونویسی را می توان به طور تقریبی بر مبنای پروفایل بندی انتهای ـ 5¢-/3¢ مشخص نمود لازم است تا این فرآیند قابلیت ارائه اطلاعات بیشتر فراتر از ناحیه رونویسی و مدل های آن را داشته باشد (شکل g، f2). در مورد lncRNAs و pri-miRNAs، شناسایی مناطق آغازین دقیق رونویسی (TSSs) همچنان به عنوان مشکل به واسطه فراوانی lncRNAs و pri-miRNAs در سلول ها به شمار می آید. عدم وجود اطلاعات TSSs سبب مشکل سازی پیش بینی نواحی پروموتر می شود، که به عنوان یک اطلاعات با ارزش برای مطالعه lncRNAs یا ژن های miRNA تک کلاستر شده / خوشه بندی شده به شمار می آید، و کاربرد آنها در زمینه اصلاح مولکولی نیز از جمله موارد مدنظر در این مبحث تلقی می شود. روش پروفایل بندی انتهای ـ 5¢ برای رونوشتگان می تواند اطلاعات باارزش را در خصوص TSSs مربوط به lncRNAs و pri-miRNAs فراهم آورد.

شناسایی و پالایش کاندیدهای رنای غیر کد کننده با استفاده از منابع ژنتیکی و ژنومی گیاهان در ارتباط با صفات و ویژگی های کشاورزی

با وجود آنکه NGS و تحلیل سیلیکوی آن ارائه دهنده اطلاعات مفید و دقیقی می باشند، شامل الگوهای بیان زمانی و فضایی و کاربردهای مربوط به کاندیدهای ncRNA تنظیمی، تعیین این موضوع که آیا این کاندیدهای ncRNA از کاربردپذیری واقعی برخوردار هستند، و همچنین آنها را می توان به صورت مستقیم جهت دستکاری صفات کشاورزی، جهت کمک به نتایج حاصله صرفاً بر مبنای NGS، بکار گرفت از جمله مشکلات مطرح شده می باشد. به واسطه این دلایل، برخی از نقاط کلیدی تجربی را می بایست بر مبنای کاربردهای تنظیمی ncRNA درک نمود و ارتباطی را بین این کاربردها با صفات خاص کشاورزی در نظر گرفت. در چنین مواردی، منابع ژنتیکی و ژنومیک گیاهان که قبلاً مشخص شده اند شامل پلی مورفیسم نوکلئوتید واحد (SNPs)، ویژگی های مربوط به جایگاه صفات کمی (QTL)، یا کتابخانه های جهشی را می توان جهت درک کاربرد تنظیمی ncRNAs و ارتباط بین ncRNAs و صفات کشاورزی بکار گرفت.

رنای غیرکدکننده نباتات: منابع ژنی صفات کشاورزی

نتیجه گیری و رویکردهای آتی

امروزه، ncRNAs تنظیمی به عنوان یک ویژگی مهم و یک ماده جدید مهندسی ژنتیک در ارتباط با ارتقای صفات محصولات کشاورزی به واسطه اهمیت فیزیولوژی آن به عنوان یک فاکتور تنظیمی سطح بالا به شمار آمده که دارای تأثیر مهمی بر روی توسعه فیزیولوژی گیاهان مخصوصاً صفات کشاورزی آنها می باشد. با این حال، تنها بخش کوچکی از ncRNAs تنظیمی گیاهی و نقش آن مشخص شده است و ویژگی های دیگر ncRNAs تنظیمی همچنان ناشناخته باقی مانده است. به علاوه، توسعه تکنیک مولکولی برای دستکاری دقیق ncRNA های تنظیمی همچنان به عنوان یک موردی به شمار می آید که نیازمند پیشرفت می باشد.

در مورد miRNAs، فراوانی ژنتیکی و گوناگونی کاربردی اعضای miRNA در یک خانواده سبب می شود تا فرآیند مشخص سازی ویژگی های توزیعی در ارتباط با صفات خاص تنظیمی آنها مشکل گردد. همانگونه که در بالا ذکر شد، خانواده های miRNA همانند miR169 متشکل از مجموعه بزرگی از اعضای miRNA می باشند و بیان برخی از اعضای miR169 به صورت متفاوت در پاسخ به وضعیت های فیزیولوژیکی مختلف تعدیل شده است (Liang و همکاران، 2012). به علاوه، این موضوع نیز به نظر می رسد که یک عضو miRNA در یک خانواده دارای مشخصه های خاصی بر روی یک یا دو ژن هدف در یک شرایط خاص می باشد، با این حال غالب اعضا به نظر قابلیت تنظیم ژن هدف یکسان را خواهند داشت (Li و همکاران، 2008). اعضای کاندید برای مهندسی افزایش بیان miRNA را می بایست به طور دقیقی با استفاده از استراتژی های سیستماتیک در زمینه پروفایل بندی بیان کلی آنها و ویژگی های کاربردی در یک سطح ژن هدف واحد / عضو miRNA انتخاب نمود.

بیان متفاوت پیش ماده های miRNA بر روی محصولات هدف، که دارای توالی های پیش ماده miRNA در ژنوم خود نیستند، به عنوان یک راهکار جایگزین مهندسی مبتنی بر ـ miRNA به شمار می آید. تحقیقات اخیر مشخص ساخته اند که چنین بیان پیش ماده های miRNA مختلف در یک گیاه سبب فنوتیپ های متفاوتی می شود، حتی در صورتی که آن پیش ماده ها قابلیت ایجاد توالی های miRNA بالغ متفاوت را داشته باشند (Aung و همکاران، 2015، Silva و همکاران، 2014، Zhang و همکاران، 2011ج). با وجود مکانیزم کارای مربوط به این استراتژی ها که قابلیت مشخص سازی بررسی های آتی را فراهم می آورند، این گزارشات معرف آن هستند که ارتقای محصولات کشاورزی از طریق افزایش بیان پیش ماده های miRNA غیرمتجانس که حاصل آمده از گیاهان دیگر هستند سبب گسترش گوناگونی استراتژی مهندسی گیاهی بر مبنای ـ miRNA می شوند.

محدوده های فنی روش های دستکاری ـ miRNA را نیز می بایست ارتقاء داد. تعداد محدودی از روش ها جهت سرکوب تابع miRNA وجود دارند (Gupta، 2015)، و از آنجایی که کلیه این تکنیک ها بر مبنای ویژگی های تکمیلی توالی بین miRNAs هدف و مولکول های سرکوب می باشند، آن دسته از مولکول ها با قابلیت سرکوب تقریباً کلیه اعضای خانواده miRNA را نیز می بایست از این نظر مورد توجه قرار داد. چنین موردی سبب دفع سرکوب غالب خانواده ژن هدف شده و منجر به تغییرات ناخواسته فیزیولوژیکی می گردند. با وجود آنکه استراتژی های سرکوب ـ miRNA از قبل توسعه یافته همچنان کارآمد و مفید تلقی می شوند، روش های کارآمدتری را می بایست توسعه و ارتقاء داد تا قابلیت کنترل مقدار درون زاد یک miRNA در یک سطح ژن واحد miRNA فراهم شود. در خلال سالیان اخیر، رویکردهای جهشی ژنی هدفمند با واسطه ـ CRISPR/Cas9 در گیاهان در ارتباط با مهندسی نباتات عرضه شده اند (Fan و همکاران، 2015، Mao و همکاران، 2013، Miao و همکاران، 2013، Xie و Yang، 3013)، و این رویکردها را می توان به عنوان ابزارهای توانمند در زمینه ایجاد جهش های مختل شده ـ miRNA واحد در نظر داشت.

LncRNAs که در هر یک از قالب های RNAs یا پپتیدهای کوتاه عمل می نماید و بر مبنای ترجمه ORFs در داخل lncRNA حاصل شده است را نیز می بایست به عنوان یک مؤلفه جدی در نظر گرفت، چرا که غالب lncRNAs بر مبنای روش های بیوفرماتیک مبتنی بر ـ RNA-Seq مشخص می گردند که دارای تغییراتی در ارتباط با ترجمه در بخش کوچک یا پپتیدهای کوتاه در یک شرایط خاص هستند. اخیراً، این موضوع گزارش شده است که رونویسی miRNA اولیه miR171b سبب ایجاد پپتیدهای تنظیمی کاربردی بیولوژیکی در Med icago truncatula می شود (Lauressergues و همکاران، 2015). به علاوه، دو ORFs کوتاه بر روی MtENOD40 نیز قابلیت ترجمه در پپتیدها را داشته و هر دوی پپتیدها و lncRNA به عنوان ویژگی های ضروری در فرآیند گره زایی زود هنگام مناسب ریشه به شمار می آید (Sousa و همکاران، 2001). این گزارشات مشخص می سازند که بسیاری از ncRNAs تنظیمی دارای توالی های ORF بالقوه هستند که احتمال ترجمه آنها به پپتیدهای کاربردی وجود دارد، و هر دو ویژگی رنا و پپتید نقش مهمی را به صورت مستقل و هماهنگ بازی می نمایند. محققین می بایست قابلیت بررسی این احتمالات به هنگام بکارگیری lncRNAs با قابلیت تحمل ـ ORE در ارتباط با مهندسی محصولات را داشته باشند.

در آینده، ncRNAهای تنظیمی به طور بیشتری در فرآیند اصلاح محصولات مولکولی بکار گرفته می شوند تا قابلیت حاصل آوردن بازده سطح بالا و بدون تنش محصولات کشاورزی به وجود آید. با وجود آنکه بسیاری از چالش ها را می بایست حل نمود، کاربرد مناسب ncRNAs تنظیمی در ارتباط با اصلاح محصولات مولکولی سبب ارتقای ظرفیت ما در ارتباط با مشکل عدم تأمین آتی غذای جهانی می شود. بنابراین، تمرکز بر روی این ویژگی ها با توجه به ظرفیت ncRNAهای تنظیمی و کاربرد سیستماتیک آنها در ارتباط با استراتژی اصلاح نباتات را می توان به عنوان یک ویژگی با ارزش در خصوص ارتقای محصولات کشاورزی در نظر گرفت.

رنای غیرکدکننده نباتات: منابع ژنی صفات کشاورزی