شناسایی ژن‌های کاندیدای گلوتاتیون اس ترانسفراز (GST) در سن گندم، Eurygaster integriceps Put. (Hem.: Scutelleridae)، با آنالیز کل ترانسکریپتوم

نوع مقاله: مقاله کامل، فارسی

نویسندگان

1 1-گروه گیاه‌پزشکی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران 2-بخش زیست‌شناسی سامانه‌ها، پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

2 بخش زیست‌شناسی سامانه‌ها، پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

3 گروه گیاه‌پزشکی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران

چکیده

ژن‌های گلوتاتیون اس ترانسفراز (GST) صفات حیاتی برای متابولیسم سموم مختلف را کنترل می‌کنند که شامل سامانه‌های دفاعی گیاه میزبان و محیط (حشره‌کش‌ها)، که حشره با آن روبرو می‌شود، می‌باشند. سن گندم، مهم‌ترین آفت مزارع گندم و جو در خاورمیانه است که امنیت غذایی را تهدید می‌کند. در این مطالعه با استفاده از توالی یابی RNA، امکان پویش در سطح ترانسکریپتوم برای شناسایی، بررسی ساختار و عملکرد خانواده‌های مختلف ژنی در سن گندم فراهم شد. برای اولین بار با استفاده از آنالیزهای بیوانفورماتیک 43 ژن کاندیدای GST در سن گندم شناسایی شد. آنالیزهای فیلوژنی نشان داد این ژن‌ها در پنج دسته GST سیتوزولی (دلتا، تتا، زتا، امگا، سیگما) و GST میکروزومی طبقه‌بندی می‌شوند. زیرگروه سیگما با 22 ژن کاندیدا، بزرگ‌ترین زیرگروه و GST میکروزومی با یک ژن کوچک‌ترین گروه شناسایی شد. با توجه به نقش این ژن­ها در میانکش بین حشره، سموم و محیط، نتایج این تحقیق می‌تواند نقشه راه تحقیقاتی در زمینه مقاومت به سموم را فراهم و برای برنامه کاربردی کنترل سن گندم در آینده مورداستفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Identification of candidate Glutathione S-transferase (GST) genes in Sunn pest, Eurygaster integriceps Put. (Hem.: Scutelleridae), using RNA-seq analysis

نویسندگان [English]

  • Mehdi Dastranj 1
  • Mohammad Reza Ghaffari 2
  • Alireza Bandani 3
  • Ghasem Hossein salekdeh 2
1 1-Department of Plant Protection, University of Tehran, Karaj, Iran 2- Systems Biology Department, Agricultural biotechnology Research Institute of Iran, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
2 Systems Biology Department, Agricultural biotechnology Research Institute of Iran, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
3 -Department of Plant Protection, University of Tehran, Karaj, Iran
چکیده [English]

Glutathione S-transferase (GST) genes control vital traits for metabolism of the variety of toxins that expose insects to the environment (insecticide) or plant defense systems. Sunn pest is the most important pest of wheat and barley in the Middle East where it threats food security throughout the region. Sequencing the sunn pest's RNA provides an opportunity to identify the structure and function of the different gene families. To our knowledge, this is the first study to identify 43 GST candidate genes in sunn pest using bioinformatics tools. The identified candidate genes clustered in 5 cytosolic GST (Delta, Theta, Zeta, Omega, and Sigma) and Microsomal GST using phylogenetic analysis. The Sigma subclass was identified as the biggest subclass with 22 candidate genes, while microsomal GST  found to be the smallest group with one candidate gene. Given the role of GST in the interactions among the insect, toxins, and environment, our results facilitate future investigations on insecticide resistance and their utilization in pest management programs against sunn pest. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Glutathione S-transferase
  • Eurygaster integriceps
  • resistance
  • Transcriptome
  • RNA-seq

Claudianos, C., Ranson, H., Johnson, R.M., Biswas, S., Schuler, M.A., Berenbaum, M.R., Feyereisen, R. & Oakeshott, J.G. (2006) A deficit of detoxification enzymes: Pesticide sensitivity and environmental response in the honeybee. Insect Molecular Biology15, 615–636.

Critchley, B.R. (1998) Literature review of sunn pest Eurygaster integriceps Put. (Hemiptera, Scutelleridae). Crop Protection 17, 271–287.

Ding, Y., Ortelli, F., Rossiter, L.C., Hemingway, J. & Ranson, H. (2003) The Anopheles gambiae glutathione transferase supergene family: annotation, phylogeny and expression profiles. BMC Genomics 4, 35.

Fang, S. 2012. Insect glutathione Stransferase: a review of comparative genomic studies and response to xenobiotics. Bulletin of Insectology 65, 265–271.

Haas, B.J., Papanicolaou, A., Yassour, M., Grabherr, M., Blood, P.D., Bowden, J., Couger, M.B., Eccles, D., Li, B., Lieber, M., Macmanes, M.D., Ott, M., Orvis, J., Pochet, N., Strozzi, F., Weeks, N., Westerman, R., William, T., Dewey, C.N., Henschel, R., Leduc, R.D., Friedman, N. & Regev, A. (2013). De novo transcript sequence reconstruction from RNA-seq using the Trinity platform for reference generation and analysis. Nature Protocol 8, 1494–1512.

Hayes, J.D., Flanagan, J.U. & Jowsey, I.R. (2005). Glutathione Transferases. Annual Review of Pharmacology Toxicology 51–88.

Hewes, R.S. & Taghert, P.H. (2001) Neuropeptides and neuropeptide receptors in the Drosophila melanogaster genome. Genome Research 11, 1126–1142.

Hsu, J.C., Chien, T.Y., Hu, C.C., Chen, M.J.M., Wu, W.J., Feng, H.T., Haymer, D.S. & Chen, C.Y. (2012) Discovery of genes related to insecticide resistance in Bactrocera dorsalis by functional genomic analysis of a De novo assembled transcriptome. PLoS One 7.

Iranipour, S., Kharrazi Pakdel, A. & Radjabi, G. (2010) Life history parameters of the Sunn pest, Eurygaster integriceps, held at four constant temperatures. Journal of Insect Science 10, 1–9.

Karatolos, N., Pauchet, Y., Wilkinson, P., Chauhan, R., Denholm, I., Gorman, K., Nelson, D.R., Bass, C., Richard, H. & Williamson, M.S. (2011) Pyrosequencing the transcriptome of the greenhouse whitefly, Trialeurodes vaporariorum reveals multiple transcripts encoding insecticide targets and detoxifying enzymes. BMC Genomics 12, 56.

Li, X., Zhang, X., Zhang, J., Zhang, X., Starkey, S.R. & Zhu, K.Y. (2009) Identification and characterization of eleven glutathione S-transferase genes from the aquatic midge Chironomus tentans (Diptera: Chironomidae). Insect Biochemistry and Molecular Biology 39, 745–754.

Oakeshott, J.G., Johnson, R.M., Berenbaum, M.R., Ranson, H., Cristino, A.S. & Claudianos, C. (2010) Metabolic enzymes associated with xenobiotic and chemosensory responses in Nasonia vitripennis. Insect Molecular Biology 19, 147–163.

Qin, G., Jia, M., Liu, T., Xuan, T., Yan Zhu, K., Guo, Y., Ma, E. & Zhang, J. (2011). Identification and characterisation of ten glutathione S-transferase genes from oriental migratory locust, Locusta migratoria manilensis (Meyen). Pest Management Science 67, 697–704.

Ramsey, J.S., Rider, D.S., Walsh, T.K., De Vos, M., Gordon, K.H.J., Ponnala, L., MacMil, S.L., Roe, B.A. & Jander, G. (2010) Comparative analysis of detoxification enzymes in Acyrthosiphon pisum and Myzus persicae. Insect Molecular Biology 19, 155–164.

Ranson, H., Claudianos, C., Ortelli, F., Abgrall, C., Hemingway, J., Sharakhova, M. V, Unger, M.F., Collins, F.H. & Feyereisen, R. (2002) Evolution of supergene families associated with insecticide resistance. Science 298, 179–81.

Ranson, H., Rossiter, L., Ortelli, F., Jensen, B., Wang, X., Roth, C.W., Collins, F.H. & Hemingway, J. (2001) Identification of a novel class of insect glutathione S-transferases involved in resistance to DDT in the malaria vector Anopheles gambiae. The Biochemical journal 359, 295–304.

Richards, S., Gibbs, R. a, Weinstock, G.M., Brown, S.J., Denell, R., Beeman, R.W. & Gibbs, R. (2008) The genome of the model beetle and pest Tribolium castaneum. Nature 452, 949–55.

Samra, A.I., Kamita, S.G., Yao, H.W., Cornel, A.J. & Hammock, B.D. (2012) Cloning and characterization of two glutathione S-transferases from pyrethroid-resistant Culex pipiens. Pest Management Science 68, 764–772.

Shi, H., Pei, L., Gu, S., Zhu, S., Wang, Y., Zhang, Y. & Li, B. (2012) Glutathione Stransferase (GST) genes in the red flour beetle, Tribolium castaneum, and comparative analysis with five additional insects. Genomics 100, 327–335.

Sievers, F., Wilm, A., Dineen, D., Gibson, T.J., Karplus, K., Li, W., Lopez, R., McWilliam, H., Remmert, M., Söding, J., Thompson, J.D. & Higgins, D.G. (2011) Fast, scalable generation of high-quality protein multiple sequence alignments using Clustal Omega. Molecular Systems Biology 7, 539.

Toba, G. & Aigaki, T. (2000) Disruption of the Microsomal glutathione S-transferase-like gene reduces life span of Drosophila melanogaster. Gene 253, 179–187.

Yamamoto, K., Teshiba, S., Shigeoka, Y., Aso, Y., Banno, Y., Fujiki, T. & Katakura, Y. (2011) Characterization of an omega-class glutathione S-transferase in the stress response of the silkmoth. Insect Molecular Biology 20, 379–386.

Yandamuri, R.C., Gautam, R., Darkoh, C., Dareddy, V., El-bouhssini, M. & Clack, B.A. (2014) Cloning, Expression, Sequence Analysis and Homology Modeling of the Prolyl Endoprotease from Eurygaster integriceps Puton. Insects 762–782.