DOI: https://doi.org/10.64013/bbasr.v2026i1.117
تاريخ النشر: 2026-02-17
المؤلف: SHUH SHERAZI وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات النباتات والميكروبات والمناعة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في الجين المرتبط بالمرض PR1 في *Pisum sativum*، مسلطة الضوء على دوره في المقاومة المكتسبة النظامية (SAR) وإشارات حمض الساليسيليك. حدد تحليل شامل للجينوم خمسة عشر جين PsPR1 تتميز بنطاق CAP (بروتينات إفرازية غنية بالسيستين، المستضد 5، والجين المرتبط بالمرض 1)، مما يؤكد تصنيفها ضمن عائلة PR1. كشفت الخصائص الفيزيائية والكيميائية عن اختلافات طفيفة في حجم البروتين والكتلة الجزيئية، بينما أشارت توقعات التوطين داخل الخلايا إلى استهداف خارجي سائد، مما يدعم الوظائف الواقية لبروتينات PR-1. أظهر التحليل النشوء والتطور توسعًا محددًا لسلالة جينات PR1 في عائلة Fabaceae، مما يشير إلى الحفاظ الوظيفي مع المتجانسات في *Arabidopsis thaliana*.
تظهر الدراسة أيضًا أن معظم جينات PsPR1 خالية من الإنترونات أو تحتوي على إنترون واحد، مما يسهل التنشيط السريع للتعبير الجيني أثناء الإجهاد. أشار تحليل Ka/Ks لزوج الجينات المكررة إلى وجود اختيار تطهيري قوي، مما يبرز الأهمية الفسيولوجية لهذه الجينات في آليات دفاع البازلاء. حدد تحليل المحفز العديد من العناصر التنظيمية المرتبطة بإشارات الهرمونات واستجابات الإجهاد، مما يشير إلى شبكات تنظيمية معقدة تحكم تعبير PsPR1. من الجدير بالذكر أن الجينات PsPR1.1 وPsPR1.3 وPsPR1.9 كانت مرتفعة بشكل ملحوظ تحت ضغط الحرارة، خاصة في الصنف المقاوم للحرارة Akra Chaitra. بشكل عام، توفر هذه الأبحاث رؤى حول الديناميات التطورية والأدوار الوظيفية لجينات PR-1، مقدمة أهدافًا محتملة لتعزيز مقاومة الإجهاد الحراري في البازلاء من خلال استراتيجيات التربية الجزيئية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الأهمية البيئية والزراعية لنبات البازلاء (Pisum sativum)، وهو عضو في عائلة Leguminosae المعروفة بقدراتها على تثبيت النيتروجين. تدعم هذه السمة أنظمة الزراعة ذات المدخلات المنخفضة وتضع البازلاء كمحاصيل أساسية للاستهلاك البشري وعلف الحيوانات، مع كون كندا المنتج الرائد عالميًا. تسلط الورقة الضوء أيضًا على تعقيد مناعة النباتات، التي تشمل آليتين رئيسيتين للدفاع: المناعة المعتمدة على التعرف على الأنماط (PRBI) والمناعة المستحثة بواسطة المؤثرات (ETI). تدعم هذه الآليات الجينات المرتبطة بالمرض (PR) التي تشفر بروتينات حيوية لتعزيز مقاومة النبات ضد مسببات الأمراض.
تتوسع الفقرة في دور بروتينات CAP، التي تم الحفاظ عليها تطوريًا وتشارك في عمليات بيولوجية متنوعة، بما في ذلك الدفاع المناعي. تستخدم الدراسة أدوات المعلوماتية الحيوية لتحليل تسلسلات بروتين PR-1، مع التركيز على الأنماط والمحاور البروتينية المحفوظة. بالإضافة إلى ذلك، تحقق الدراسة في العناصر التنظيمية المرتبطة (CREs) في مناطق المحفز لجينات PsPR1، كاشفة عن مجموعة غنية من الأنماط التنظيمية المرتبطة بالاستجابات الحيوية وغير الحيوية، وإشارات الهرمونات، واستجابات الإجهاد. تشير النتائج إلى أن جينات PR1 تشارك بنشاط في مسارات الإشارة، مع تحديد العديد من العناصر التنظيمية المستجيبة للهرمونات والإجهاد، مما يبرز دورها في آليات دفاع النبات.
الطرق
في هذه الدراسة، قام الباحثون بإجراء تحديد شامل لجينات Pathogenesis-Related 1 (PR-1) في جينوم Pisum sativum. استخدموا قاعدة بيانات UniProt للحصول على تسلسلات بروتين PR-1 المميزة بنطاق CAP (بروتينات إفرازية غنية بالسيستين، المستضد 5، والجين المرتبط بالمرض 1). لتحديد الجينات المقابلة في P. sativum، تم إجراء بحث BLAST ضد الجينوم المرجعي المتاح في قاعدة بيانات Phytozome.
بعد تحليل BLAST، قام الباحثون بتصفية النتائج للاحتفاظ فقط ببروتينات PR-1 المرشحة غير المكررة، متجاهلين التسلسلات غير ذات الصلة. سمح هذا النهج المنهجي بإجراء فحص مركز لجينات PR-1، والتي تعتبر حيوية لفهم آليات دفاع النبات.
المناقشة
تقدم قسم المناقشة في ورقة البحث تحليلًا شاملاً لعائلة الجينات المرتبطة بالمرض 1 (PR-1) في *Pisum sativum*، مسلطة الضوء على النتائج الرئيسية من دراسات التعبير الجيني، والنشوء والتطور، والتحليل الهيكلي، والتحليل التطوري. كشفت دراسات التعبير الجيني أن مجموعة فرعية فقط من جينات PsPR1، وخاصة PsPR1.1 وPsPR1.3 وPsPR1.9، أظهرت تغييرات ملحوظة في التعبير المعتمد على المعالجة تحت ظروف الإجهاد، حيث أظهرت PsPR1.9 أقوى استجابة. يشير هذا إلى تباين وظيفي داخل عائلة الجينات، حيث من المحتمل أن تكون بعض الأعضاء معنية بآليات الإشارة الدفاعية المتخصصة، بينما قد تلعب أخرى أدوارًا في الدفاع الأساسي.
أشار التحليل النشوء والتطور إلى أن جينات PsPR1 موزعة عبر عدة فصائل، مع أدلة على توسعات محددة للسلالة داخل عائلة Fabaceae. وُجد أن الغالبية العظمى من جينات PsPR1 خالية من الإنترونات أو تحتوي على إنترون واحد، مما يشير إلى تنشيط سريع للتعبير الجيني أثناء الإجهاد. بالإضافة إلى ذلك، كشف تحليل الأنماط المحفوظة عن درجة عالية من الحفاظ الهيكلي، حيث تحتوي جميع البروتينات على نطاق CAP، مما يشير إلى الأهمية التطورية. كما حددت الدراسة اختيارًا تطهيريًا قويًا يؤثر على أزواج الجينات المكررة، مع إظهار رسم الخرائط الكروموسومية تجمع جينات PsPR1 بشكل أساسي على الكروموسوم 1، مما يدل على أحداث تكرار متتالية. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية جينات PsPR1 في تحمل الإجهاد والدفاع ضد مسببات الأمراض، مما يوفر أساسًا للتوصيف الوظيفي المستقبلي والتطبيقات المحتملة في التربية الجزيئية لخلق أصناف بازلاء مقاومة للإجهاد.
DOI: https://doi.org/10.64013/bbasr.v2026i1.117
Publication Date: 2026-02-17
Author(s): SHUH SHERAZI et al.
Primary Topic: Plant-Microbe Interactions and Immunity
Overview
The research investigates the pathogenesis-related gene PR1 in *Pisum sativum*, highlighting its role in systemic acquired resistance (SAR) and salicylic acid signaling. A genome-wide analysis identified fifteen PsPR1 genes characterized by the conserved CAP (Cysteine-rich secretory proteins, Antigen 5, and Pathogenesis-related 1) domain, confirming their classification within the PR1 family. The physicochemical properties revealed minor variations in protein size and molecular mass, while subcellular localization predictions indicated a predominant extracellular targeting, supporting the protective functions of PR-1 proteins. Phylogenetic analysis showed a lineage-specific expansion of PR1 genes in the Fabaceae family, suggesting functional conservation with homologs in *Arabidopsis thaliana*.
The study further reveals that most PsPR1 genes are intron-less or possess a single intron, facilitating rapid transcriptional activation during stress. Strong purifying selection was indicated by Ka/Ks analysis of duplicated gene pairs, underscoring the physiological significance of these genes in pea defense mechanisms. Promoter analysis identified numerous cis-regulatory elements associated with hormone signaling and stress responses, indicating complex regulatory networks governing PsPR1 expression. Notably, genes PsPR1.1, PsPR1.3, and PsPR1.9 were significantly upregulated under heat stress, particularly in the heat-tolerant cultivar Akra Chaitra. Overall, this research provides insights into the evolutionary dynamics and functional roles of PR-1 genes, presenting potential targets for enhancing heat stress resilience in pea through molecular breeding strategies.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the ecological and agricultural significance of the pea plant (Pisum sativum), a member of the Leguminosae family known for its nitrogen-fixing capabilities. This trait supports low-input agricultural systems and positions peas as essential crops for human consumption and animal feed, with Canada being the leading global producer. The paper also highlights the complexity of plant immunity, which involves two primary defense mechanisms: pattern recognition-based immunity (PRBI) and effector-triggered immunity (ETI). These mechanisms are supported by pathogenesis-related (PR) genes that encode proteins crucial for enhancing plant resistance against pathogens.
The section further elaborates on the role of CAP proteins, which are evolutionarily conserved and involved in various biological processes, including immune defense. The research employs bioinformatics tools to analyze PR-1 protein sequences, focusing on conserved motifs and protein domains. Additionally, the study investigates cis-regulatory elements (CREs) in the promoter regions of PsPR1 genes, revealing a rich array of regulatory motifs associated with biotic and abiotic responses, hormonal signaling, and stress responses. The findings indicate that PR1 genes are actively involved in signaling pathways, with numerous hormone-responsive and stress-responsive cis-elements identified, underscoring their role in plant defense mechanisms.
Methods
In this study, the researchers conducted a comprehensive identification of Pathogenesis-Related 1 (PR-1) genes in the genome of Pisum sativum. They utilized the UniProt database to obtain PR-1 protein sequences characterized by the conserved CAP (Cysteine-rich secretory proteins, Antigen 5, and Pathogenesis-related 1) domain. To identify corresponding genes in P. sativum, BLAST searches were performed against the reference genome available in the Phytozome database.
Following the BLAST analysis, the researchers filtered the results to retain only non-redundant candidate PR-1 proteins, discarding irrelevant sequences. This methodical approach allowed for a focused examination of PR-1 genes, which are critical for understanding plant defense mechanisms.
Discussion
The discussion section of the research paper provides a comprehensive analysis of the pathogenesis-related protein 1 (PR-1) gene family in *Pisum sativum*, highlighting key findings from gene expression, phylogenetic, structural, and evolutionary analyses. Gene expression studies revealed that only a subset of PsPR1 genes, particularly PsPR1.1, PsPR1.3, and PsPR1.9, exhibited significant treatment-dependent expression changes under stress conditions, with PsPR1.9 showing the strongest response. This suggests functional divergence within the gene family, where specific members are likely involved in specialized defense signaling mechanisms, while others may play roles in basal defense.
Phylogenetic analysis indicated that PsPR1 genes are distributed across multiple clades, with evidence of lineage-specific expansions within the Fabaceae family. The majority of PsPR1 genes were found to be intronless or contained a single intron, indicating rapid transcriptional activation during stress. Additionally, the analysis of conserved motifs revealed a high degree of structural conservation, with all proteins containing the CAP domain, suggesting evolutionary significance. The study also identified strong purifying selection acting on duplicated gene pairs, with chromosomal mapping showing a clustering of PsPR1 genes primarily on chromosome 1, indicative of tandem duplication events. Overall, the findings underscore the importance of PsPR1 genes in stress tolerance and pathogen defense, providing a foundation for future functional characterization and potential applications in molecular breeding for stress-resistant pea cultivars.