مطالعه فیلوژنی مولکولی و ساختار پروتئین matk در سوسن چلچراغ (Lilium ledebourii [Baker] Boiss) - مرتضی شیخ اسدی; روح انگیز نادری; محسن کافی; محمد رضا فتاحی مقدم; علیرضا سلامی (Pizhūhish/hā-yi tulīd-i giyāhī)
سابقه و هدف: ژن کلروپلاستی matk یکی از بهترین ژن‌های بارکد گیاهی است و از مناسبترین ژن‌ها برای بررسی روابط فیلوژنتیکی و تکاملی در سطوح گونه تا خانواده معرفی شده است. جنس لیلیوم مهمترین جنس خانواده لیلیاسه با تقریباً 100 گونه است که چندین بار مورد طبقه‌بندی قرار گرفته است. طبقه‌بندی این خانواده همواره با مطالعات مورفولوژیکی، کاریولوژیکی و فیلوژنی پیگیری می‌شود. رویکردهای جدید فیلوژنی مولکولی باعث تغییراتی اساسی در این طبقه‌بندی شده است. سوسن چلچراغ از گونه‌های ارزشمند بومی ایران است که به شدت در معرض خطر انقراض قرار دارد. این گونه علی‌رغم ویژگی‌های ارزشمندی که دارد، تاکنون در هیچ مطالعه‌ای با سایر گونه‌های این خانواده از نظر جایگاه فیلوژنی مورد بررسی قرار نگرفته است. این پژوهش بـا بکارگیری توالی matk به بررسی جایگاه رده‌بندی و قرابت ژنتیکی سوسن چلچراغ بـا 41 گونه دیگر از این جنس پرداخته است.مواد و روش‌ها: استخراج DNA با استفاده از کیت Qiagen DNEasy انجام شد. بعد از تایید کیفیت و کمیت DNA، توالی‌یابی بصورت Real-Time (SMRT) با استفاده از پلتفرم نسل جدید PacBio انجام و توالی کامل ژن matK با استفاده از ابزراهای بیوانفورماتیک استخراج و در پایگاه اطلاعات ژنی NCBI به شماره دسترسی MN557236 ثبت شد. به‌منطور بررسی روابط فیلوژنتیک، توالی‌ matk 41 گونه دیگر لیلیوم از پایگاه اطلاعات ژنی بدست آمد. همه توالی‌ها با روش ClustalW و با استفاده از نرم‌افزار مگا 7 هم‌ردیف شدند. روش حداکثر درست‌نمایی جهت رسم درخت فیلوژنی بکار گرفته شد. فاصله ژنتیکی به روش K2P محاسبه شد. میزان حداکثر درست‌نمایی مرکب الگوی جایگزینی نوکلئوتیدی با استفاده از ماتریس جایگزینی برآورد شد. با استفاده ابزارهای تخصصیFFPred ، InterProScan، TargetP و Phyre2 ساختارهای ثانویهای از قبیل مارپیچ‌های α، پیچ‌های β و مارپیچ‌های تصادفی و ساختار سه بعدی پروتئین مورد بررسی قرار گرفت.یافته‌ها: طبق نتایج درخت فیلوژنی، لیلیوم‌ها به چهار خوشه A، B، C و D تقسیم شدند که گونه ایران در خوشه B قرار گرفت. بـر اسـاس توپولوژی فیلوژنی و همچنین بررسی فاصله ژنتیکی، سوسن چلچراغ بیشترین شباهت را با سه گونه‌ی Lilium pyrenaicum ، L. ciliatum و L. candidum با ارزش پایداری 97 % داشت. در بررسی بیوانفورماتیکی، در همردیفی این پروتئین درجه بالایی از حفاظت شدگی مشاهده شد. سوسن چلچراغ در جایگاه 271 دارای اسید آمینه آرژینین هست و از این نظر فقط با سه گونه L. pyrenaicum ، L. ciliatum و L. candidum مشابه بود. سایر گونه‌ها در این جایگاه دارای اسید آمینه لیزین بودند. تفاوت‌های زیادی در جایگاه‌های اسید‌آمینه‌ای مختلف از جمله در موقعیت‌های 317، 346، 363، 417 در گونه‌ها مشاهده شد. بررسی تشابه ساختار دوم توالی matk در سوسن چلچراغ نشان داد که این پروتئین دارای 233 اسیدآمینه در مارپیچ α(51/45 درصد)، 24 اسید آمینه در پیچ β (69/4 درصد) و 156 اسید آمینه در مارپیچ تصادفی (74/30 درصد) است.نتیجه‌گیری: پژوهش حاضر برای اولین بار این ژن را در سوسن چلچراغ مورد تجزیه و تحلیل قرار داد و سـاختار دو بعـدی و موقعیـت α هلـیکس‌هـا و صفحات β مشخص شد. همچنین مدل ساختار سوم این پروتئین برای نخستین بار ارائه شد. بـر اسـاس توپولوژی فیلوژنی و همچنین بررسی فاصله ژنتیکی، سوسن چلچراغ بیشترین شباهت را با سه گونه‌ی L. pyrenaicum ، L. ciliatum و L. candidum داشت. به طور کلی، در این تحقیق قرابت سوسن چلچراغ از نظر مولکولی (فیلوژنی، ساختار پروتئین) با دیگر گونه‌های لیلیوم بررسی شد.