Zeitschrift für Data Mining in Genomics & Proteomics

Abstrakt

Die potenzielle Rolle des Plastoms als Biomarker und Biosensor unter Verwendung der quantitativen Polymerase-Kettenreaktion in Echtzeit

Amita Pandey*, Shifa Chaudhary, Binu Bhat

Plastiden sind halbautonome eukaryotische Organellen, die spezifisch für Pflanzen sind und viele wichtige und entscheidende Funktionen erfüllen, darunter Photosynthese, Energieerzeugung, Entwicklung, Stresswahrnehmung, Lagerung, Blüte und Fruchtreife. Studien haben gezeigt, dass die Anzahl der Chloroplasten, eines Plastidensubtyps, durch biotische und abiotische Belastungen beeinflusst wird und die Plastomkopienzahl (PCN), zirkuläre DNA-Moleküle in den Plastiden, durch Entwicklungsstadium und Umweltreize reguliert wird. Diese Studie schlägt erstmals die Verwendung von PCN als Biomarker und Biosensor vor, basierend auf der Analyse von Echtzeit-qPCR-Daten, die über einen Zeitraum von zwei Jahren mithilfe plastid-tRNA-spezifischer Primer aus Blatt- und Faserproben von Baumwolle und Samenproben von Baumwolle, Reis, Sojabohnen, Mais und Sesam gewonnen wurden. PCN kann verwendet werden, weil PCN im Gegensatz zu Kern-DNA sowohl durch interne als auch durch externe Faktoren moduliert wird. Diese Methode erfordert keine Vorkenntnisse der Plastomsequenz, da die verwendeten Primer Universalprimer sind, die auf das Plastom aller Pflanzengattungen abzielen, PCN viel höher ist als das Kern-PCN und PCN schnell durch qPCR-Tests bestimmt werden kann. Die Analyse der mittleren Ct-Werte, der mittleren log PCN-Werte und des Bereichs der log PCN-Werte von Baumwollsamen und Rohbaumwolle, bei denen es sich um samenhaltige Baumwollproben handelt, ergab, dass die PCN der über einen Zeitraum von zwei Jahren verarbeiteten und aus verschiedenen Quellen gewonnenen Proben innerhalb der Gruppe höchst invariabel war und einen Unterschied von bis zu 4 Plastomen, d. h. log 0,58, zwischen verschiedenen Proben aufwies, was auf eine mögliche Verwendung von PCN als Biomarker zur Bestimmung von Pflanzengattungen hindeutet. Außerdem wurde bei gebrochenem, entspelztem Reis (RS) ein niedrigerer mittlerer PCN-Wert (log 2,9) und ein höherer PCN-Bereich (log 3,09) beobachtet, während bei mit Spelzen bedecktem Reis (RP) ein höherer mittlerer PCN-Wert (log 3,86) und ein niedrigerer PCN-Bereich (log 0,05) beobachtet wurden, wobei die Schale den Reissamen während der Verarbeitung und Lagerung nach der Ernte schützt. Dies legt nahe, dass PCN ein Indikator für die Samenqualität ist. Zur Unterstützung unserer Annahme, dass PCN durch abiotische Faktoren moduliert werden kann, wurden Reissamen mit hohen Temperaturen und Feuchtigkeit behandelt. Die hohen Temperaturen ausgesetzten Samen wiesen im Vergleich zu unbehandelten Samen höhere mittlere Ct-Werte auf, was auf einen Rückgang von PCN hindeutet. Abschließend kann PCN möglicherweise als Biomarker und Biosensor verwendet werden.