کاربرد های small rna ها و مکانیسم خاموشی rna (rna silencing) در قارچ...

70
رد ب کار هایsmall RNA ی ش و م ا م خ س ی ن ها و مکاRNA (RNA silencing) ها ارچ در ق ش خ ب س م ش ود ع س م ر کت اد د ت س ا اده ر ب هد م ی اله ل ه و9 ارئ ری کت ی د ش لا ک ار ت ی م ش ی ل عا ت مه س ب

Upload: elmer-elliott

Post on 11-Jan-2016

250 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

ها و small RNA هایکاربرد RNA (RNAمکانیسم خاموشی

silencing)در قارچ ها

استاددکترمسعودشمسبخشارئهولیالهمهدیزاده

سمینار کالسی دکتری

تعالی بسمه

Page 2: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده
Page 3: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

3

Types of RNAs Produced in Cells

Types of RNAs Functions

mRNAs messenger RNAs, code for proteins

rRNAs comprise ribosomes

tRNAs adaptors between mRNA and amino acids in protein synthesis

snRNAs splicing of pre-mRNAs

snoRNAs process and chemically modify rRNAs

MicroRNAs translation and mRNA degradation

Other non-codingtelomere synthesis, protein transport

Page 4: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

Types of small RNA

Page 5: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده
Page 6: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

تقسیمبندیبراساسمنشاونحوهتشکیل

siRNA/RNAi – from exogenous dsRNA sources such as viruses

miRNA – endogenously transcribed by RNA Pol II (or III to a lesser extent)

piRNA – endogenously expressed somehow, but longer and not dependant on any known mechanism

Page 7: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

Gene Regulation

Promoters active

Gene hypermethylated in coding region

Transcriptional gene silencing (TGS) Posttranscriptional gene silencing (PTGS)

Promoters silenced

Genes hypermethylated

in promoter region

Page 8: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

خاموشی ژنPost-transcriptional gene silencing (PTGS)

RNA silencing Gene silencing RNA interference (RNAi) in animal Virus-induced gene silencing (VIGS) Quelling in fungi Cosuppression in plant Host induced gene silencing (HIGS)

Page 9: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده
Page 10: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده
Page 11: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

RNAi mechanism in C.elegans: basic schemeRNAi mechanism in C.elegans: basic scheme

less mRNA, less protein = gene silencing

Page 12: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

siRNA

Cell membrane

Cytosol

Endogeneous mRNA

RISC

RNA interference: siRNA

Page 13: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده
Page 14: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده
Page 15: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده
Page 16: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده
Page 17: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

Summary RNAi Pathway

IR-PTGS Inverted repeat transgene

aRNA

dsRNA

siRNA

qde3

qde1

qde2/RISC

S-PTGSsense transgene

dicer

mRNA degradation

Page 18: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

mRNA cleavage and degradation

transgenesNucleus

endogene

epigeneticmodifications

QDE3

DNA\DNA interaction

QDE3

aberrant ssRNA

mRNAAAA

RdRPactivity

QDE1

DCR2

dsRNA

siRNA

AAA

QDE2

RISC

DCR1 dicer

mRNA cleavage and degradation

Page 19: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده
Page 20: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده
Page 21: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

RNA Silencing Movement RNA silencing – Initiation in a few cells leads

progressively to the sequence-specific suppression of homologous sequences in neighboring cells

Spreading of silencing occurs through the plasmodesmata and results in cell-to-cell movement

Signal – Also spreads through the phloem system of the plants along with translocation of other metabolites

Page 22: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

Signal moves from cell to cell

Complete translocation – through the phloem

Results in uniform gene silencing

Page 23: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده
Page 24: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

1 ویدئو ویدئو 2ویدئو 3ویدئو 4ویدئو 5ویدئو 6ویدئو 7ویدئو 8ویدئو 9

ویدئو 10ویدئو 11ویدئو 12ویدئو 13

RNAویدئو های مربوط به خاموشی

Page 25: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

RNAانیمیشن های مربوط به خاموشی

1 انیمیشن

2 انیمیشن

3 انیمیشن

4 انیمیشن

5 انیمیشن

6 انیمیشن

7 انیمیشن

8 انیمیشن

9 انیمیشن

Page 26: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

Dicer Dicer is an endoribonuclease in the RNase III

family that cleaves double-stranded RNA (dsRNA) and pre-microRNA (miRNA) into short double-stranded RNA fragments called small interfering RNA (siRNA) about 20-25 nucleotides long, usually with a two-base overhang on the 3' end.

Dicer contains two RNase III domains and one PAZ domain; the distance between these two regions of the molecule is determined by the length and angle of the connector helix and may influence the length of the siRNAs it produces

Page 27: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

Dicer

Double-stranded RNA triggers processed into siRNAs by enzyme RNAseIII family, specifically the Dicer family

Processive enzyme - no larger intermediates.

Dicer family proteins are ATP-dependent nucleases.

These proteins contain an amino-terminal helicase domain, dual RNAseIII domains in the carboxy- terminal segment, and dsRNA-binding motifs.

Page 28: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

Dicer

• They can also contain a PAZ domain, which is thought to be important for protein-protein interaction.

• Dicer homologs exist in many organisms including C. elegans, Drosphila, yeast and humans

• Loss of dicer: loss of silencing, processing in vitro

• Developmental consequence in Drosophila and C. elegans

Page 29: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده
Page 30: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

The Argonautes

Bind small RNA’s – direct localiztion Serve as the base for complexes Have the slicer activity that cleaves target mRNA

Page 31: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

RNA-Induced Silencing Complex, or RISC

A multiprotein complex that incorporates one strand of a

small interfering RNA (siRNA) or micro RNA (miRNA).

RISC uses the siRNA or miRNA as a template for

recognizing complementary mRNA.

When it finds a complementary strand, it activates RNase

and cleaves the RNA.

Page 32: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

RISC complex

RISC is a large (~500-kDa) RNA-multiprotein complex, which triggers mRNA degradation in response to siRNA

Some components have been defined by genetics, but

function is unknown, e.g.

1. – Unwinding of double-stranded siRNA (Helicase !?)

2. – Ribonuclease component cleaves mRNA

(Nuclease !?)

3. – Amplification of silencing signal (RNA-dependent

RNA Polymerase !?)

Cleaved mRNA is degraded by cellular exonucleases

Page 33: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

Roles of RNAi pathway in the cell

Protects against RNA virus infections, especially in plants and invertebrate animals

Maintains genome stability by keeping mobile elements silent

Represses protein synthesis and regulate the development of organisms

Keeps chromatin condensed and suppress transcription

Page 34: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

Applications

تراریخت ایجاد گیاهان

مقاوم )خصوصا ویروس ها(

تعیین فانکشن یک ژن )مثال در انتقال پیام

نقش دارد؟(

باال بردن کیفیت گیاهان )تولید گیاهی که

توکسین تولید نکند، خاموشی ژن ترکیبات

نامطلوب گیاهی

خاموشی ژن های گیاهی مورد نیاز آلودگی

ویروس

Page 35: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

Commercial Applications of RNA Silencing

Page 36: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

RNA Silencing in Plants-Applications

Page 37: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

Small RNAی کشف شده در هاقارچ ها

QDE-2-interacting small RNAs (qiRNAs)

از شده مشتق ای ان آر tRNA (tRNA-derived RNA fragmentsقطعات

(tRFs))

small RNAsهایشبهmiRNA (miRNA-like small RNAs (milRNAs))

siRNAs(هایمستقلازدایسرDicer-independent siRNAs (disiRNAs))

(آرانایهایکوتاهدرونزادEndogenous short RNAs (esRNAs))

(آرانایهایمداخلهگرکوچکSmall interfering RNAs (siRNAs))

(میکروآرانایهاMicroRNA (miRNAs))

Page 38: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

QDE-2-interacting small RNAs (qiRNAs)

،ونdتا کنqiRNA ط درdا فقdه N. crassa .ده اندdیف شdتوص qiRNA اdه

پdرایم 5 نوکلئوتیdد دارنdد و معمdوال دارای یوراسdیل در سdر 21تقریبdا

هdا بdر small RNA پdرایم می باشdند. این گdروه از 3و آدنین در انتهdای

اسddاس رشddته هddای سddنس و انddتی سddنس تکddرار هddای دی ان ای

ریبوزومی می باشند.

( هdای بیگانdآر ان ای هaberrant RNAs (aRNAs) یب دیdیله آسdه وسdب )

بdه کdار qiRNAان ای القdا شdده و بdه عنdوان پیش سdاز بdرای بیdوژنز

می باشddند، امddا QDE-2 همddراه بddا qiRNAگرفتddه می شddوند. اگرچddه

;Lee et al., 2009 و دایسر نیاز دارد )QDE-1، QDE-3بیوژنز شان فقط به

Li et al., 2010; Dang et al., 2011.)

Page 39: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

tRNAقطعات آر ان ای مشتق شده از (tRNA-derived RNA fragments (tRFs))

tRFها در یکی از مطالعات توالی یابی ( Deep Sequencing

Studies)شناسایی شدند ( Kawaji et al., 2008; Nunes et al., 2011;

J€ochl et al., 2008).

والdمعم tRF ا ازdا 5 هdرایم یdرایم 3 پdای پdه tRNAژن

40 تddddا 27منشddddا می گیرنddddد و دارای طddddول بین

نوکلئوتیddد می باشddند، علی رغم اینکddه در بddرخی از

نوکلئوتایddدی هم گddزارش 22ارگانیسddم هddا اعضddای

. (Kawaji et al., 2008; Nunes et al., 2011 )شده است

Page 40: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

small RNAs های شبه miRNA (miRNA-like small RNAs (milRNAs))

milRNA ار درdتین بdا نخسdه N. crassa هdدند و بdف شdکش نامیده شدند.miRNAs، milRNAsدلیل شباهت با

دازهdروه دارای انdا 19 این گdوان 25 تdه عنdد بdنوکلئوتی یdک کانسdکئونس چهdار مکانیسdم مشdخص بیdوژنزیس

small RNAمسdتلزم ترکیبdات متفdاوت اجdزای بیdوژنزیز RNase و یک QDE-2، exonuclease QIPشامل دایسرها،

III domain-containing protein MRPL3 .می باشد

ایdاده هdار پیش مdه همه ی چهdاگرچRNA ولdر طdاز نظ متغdیر می باشdند و از نdواحی بین ژنی نسdخه بdرداری

از مولکdول هdای آر ان ای سdنجاق milRNAsمی شdوند، )یوراسdیل( در انتهdای Uسdری منشdا می شdوند، دارای

پdرایم می باشdند و همdراه بdا پروتdئین آرگونdات می 5باشند.

ایddا، نقش هddاس دانش مddبر اسmilRNAs اکنونddت ( است نشده ;Lee et al., 2010; Li et al., 2010گزارش

Dang et al., 2011 .)

Page 41: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

siRNAs های مستقل از دایسر (Dicer-independent siRNAs (disiRNAs))

دdهماننmilRNAs ،اdه disiRNAs در فقdط هdا N. crassa

از دایسdر می بیوژنزشdان مسdتقل انdد و گdزارش شdده

باشد.

هdد کdنهاد می کنdیر پیشdات اخdتحقیقdsRNA دهdا شdمنش ،

لپ اور سdنس آنdتی و سdنس هdای ترانسdکریپت از

(overlapping sense and antisense transcripts ولdمولک احتمdاال ،)

ها می باشند. disiRNAsهای پیش نیاز برای

DisiRNAs دارای دارای 5 هdا و یوراسdیل هسdتند پdرایم

;Lee et al., 2010 نوکلئوتیدی می باشند )22اندازه متوسط

Li et al., 2010; Dang et al., 2011 .)

Page 42: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

Endogenous)داخلیآر ان ای های کوتاه short RNAs (esRNAs))

esRNAs ها در میسلیوم M. circinelloides .کشف شدند

کالس تdرین هdاesRNAsشایع از exonic-siRNAs اdمنش

گرفتنdد و بdه وسdلیه آر ان ای پلیمdراز وابسdته بdه آر ان

( و شdبه دایسdر RNA-dependent RNA polymerase 1 (RdRp1) )1ای

2( Dicer-like 2 (DCL2).تولید می شوند )

ایdکریپت هdذف ترانسdئول حdمسmRNA دdای کdیی ژن ه

کننده پروتئین می باشند.

وژنزیزdبیesRNAs واحیdا و نdپوزان هdده از ترانسdاد شdایج

نdیز بdه نظdر می رسdد بdه نیdاز DCL2 و RdRp1بین ژنی

(. Nicolas et al., 2010داشته باشد )

Page 43: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

Small interferingگر کوچک )تداخل آر ان ای های RNAs (siRNAs))

siRNAs ایdه مولکdول معمdوال هdا تdا 21 24 از مولکdول هdا پیش نوکلئوتیdدی مشdتق شdده

می باشdند، کdه در تعdداد زیdادی از dsRNAسdاز یوکdاریوت هdا شdامل قdارچ هdا توصdیف شdده انdد.

ل جفتdای مکمdکریپت هdته ترانسdک رشdدرون یمی شdوند و در ادامdه سdبب تشdکیل اس آی آر

( داخلی های ای -endogenous-siRNAs (endoان

siRNA) .می شود )

dsRNA الdرای مثdرون زاد بdاوی آر ان ای بdح transgene ادdایج سdبب ویروسdی ای ان آر یdا

siRNAs( های برون زاد exo-siRNAs .می شود )

Page 44: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

(MicroRNA (miRNAs)میکرو آر ان ای ها )

miRNAs د. اینdده انdیف شdانوران توصdان و جdادی در گیاهdیزان زیdه مdا بdه

small RNAs ایdا 21 هdای 25 تdدی از ژن هdنوکلئوتی miRNA ا میdداخلی منش

گیرند.

هdت کdده اسdخص شdمشmiRNA و وdد، نمdامل رشdا شdد هdا طیفی از فرآینdه

پاسdخ بdه اسdترس هdای غdیر زنdده و زنdده شdامل اینتراکشdن بین میزبdان و

(. Katiyar-Agarwal and Jin, 2010میکروب را تنظیم می کنند )

،اdم دانش اسdاس بdر وجdود، این هdا miRNAsبا قdارچ در متعdارف هdای

بdه وسdیله بdرداری انdد. بعdد از نسdخه )در بdرخی RNA Pol IIتوصdیف نشdده

(، مولکdول هdای آر ان ای تdک رشdته کdه ممکن اسdت تdا یdک کیلdو Pol IIIمdوارد

بdه پشdت خم شdده و سdاختار سdنجاق سdری تحت عنdوان بdاز طdول دارنdد

miRNA( اولیه primary miRNA (pri-miRNA) .را شکل می دهند )

،االتdرخی حdدر بpri-miRNAs انوادهdاد خdبب ایجdترونیک سdای پلی سیسdه

از )miRNAs می شود. miRNAهای متفاوتی اینترونی نواحی از intronic ها

regions( اdیرترون هdه مdک )Mirtrons وند و ازdده می شdنامی )pri-miRNAs اهdکوت

,.Kim et al., 2009; Kim, 2005; Winter et alتر تشکیل می شوند منشا می گیرند )

2009 .)

Page 45: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

و small RNAمطالعهروش های در قارچ هاRNAخاموشی

Page 46: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

و small RNAمطالعهروش های

در قارچ هاRNAخاموشی عملک:رددوژنک:دکنن:دهدایس:ردرژن:ومN. crassa ،

M. oryzaeوM. circinelloidesب:هوس:یلهغ:یرفع:ال( ژن اس:تgene knockoutک:ردن ش:ده شناس:ایی )

(Nicol_as et al., 2007; de Haro et al., 2009; Catalanotto et al., 2004; Kadotani et al., 2004.)

زی:ادی م:یزان ب:ه ه:ا ق:ارچ ژن:وم ب:ودن دس:ترس درشناس:اییژنه:ایک:دکنن:دهپروت:ئینه:ادرتع:دادزی:ادیازگون:هه:ایق:ارچیراتس:هیلک:ردهاس:ت.ب:رامث:ال،ازت:والیژنه:ایدایس:ریک:هب:هخ:وبیحف:اظتش:دهاس:ت،آرگون:ات،وآرانایپلیم:رازوابس:تهب:هآر

( ای هومول:وگRdRpان شناس:ایی ب:رای ت:وان می )هایآنهادرگونههایقارچیدیگراستفادهکرد.

Page 47: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

و small RNAمطالعهروش های در قارچ هاRNAخاموشی

ماازمزای:ایت:والیه:ایعم:ومیژن:وماس:تفادهای ان آر ب:رایخاموش:ی ه:ایی داده و ک:ردهه:ایی دومین و ک:ردیم اس:تخراج ق:ارچی ه:ای

(IPR005034(،دایس:ر)IPR003100ب:رایآرگون:ات)RdRpو )IPR007855)از اس:تفاده ب:ا InterPro

ژن:وم54(.دراینج:ام:ا1تش:ریحک:ردیم)ج:دولرابررس:یک:ردیموب:هم:یزانزی:ادیآنالیزه:ای

,Nakayashiki and Nguyenقبلیراوسعتدادیم)2008; Nakayashiki et al., 2006.)

Page 48: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

و small RNAمطالعهروش های

در قارچ هاRNAخاموشی تع:دادهومول:وگه:ایژنه:ایخاموش:یآرانایدرمی:انگون:ه

ه:ا ق:ارچ از زی:ادی تع:داد باش:د. متغ:یرمی ک:امال ق:ارچی ه:ایک:پیازه:رژنمیباش:ند،علیرغماینک:هب:رخی3ت:ا2دارای

مانن:::د ه:::ا گون:::ه وSchizosaccharomyces japonicasاز Schizosaccharomyces pombeمی دارا را ژن ه:ر از ک:پی ی:ک تنه:ا

باشند.

گون:هق:ارچیش:امل13عالوهب:راین،م:امش:اهدهک:ردیمک:هدرClavispora lusitaniae،S. cerevisiae،Ustilago maydis،Ashbya gossypii،Candida glabrata، Laccaria bicolor، Lachancea thermotolerans،Lodderomyces elongisporus، Malassezia globosa، Pichia guilliermondii،

Pichia pastoris،Yarrowia lipolyticaو Zygosaccharomyces rouxiiک:امال فاقدماشینخاموشیآرانایمیباشند.

Page 49: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده
Page 50: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

مطالعهروش های small RNA ودر قارچ ها RNA خاموشی

(استفادهازآغازگرهایدژنرهdegenerative PCR primersمیتواندبهشناساییژنهایشبه)

کمککند.RdRpدایسر،شبهآرگوناتیاشبهتوالیهایشناختهشدهدایسر،آرگونات،و

RdRpازگونههاییدارایارتباطنزدیکفیلوژنتیکیممکناست

پروبهایالیگونوکلئوتیدیمنطبقباconserved RNase IIIوdsRNA-binding domain of Dicer

proteinsممکناستبرایاسکرینکردنکتابخانههایدیانایقارچهایموردنظر

استفادهشود،خصوصااگرکتابخانههاییمانندBACs.هادردسترسمیباشند

Page 51: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

استفاده از سایر قارچ های برای مطالعه ماشین خاموشی ژن در قارچ های سخت کشت

ازUstilago hordeiی:کجانش:ینمناس:بب:رایمطالع:هماش:ینپروتئی:نیخاموش:یآرانایدردیگ:ربازیدیومیس:ته:اباش:د.

siRNAs 25راب:::هGUS hairpin RNAsاینق:::ارچق:::ادراس:::تراخ:اموشکن:دGUSنوکلئوتی:دیتب:دیلکن:دوترانس:کریپته:ای

(Laurie et al., 2008.)موت:انته:ایU. hordei(ک:هدارایی:کح:ذفdeletionمیباش:ند)

میتوانن:دب:رایتوص:یفعملک:ردژنه:ایم:وردنظ:رازگون:هه:ایاس:تفادهش:وند.functional complementationنزدی:کخ:ودب:راس:اس

اینروشب:هط:ورم:وفقیتآم:یزیب:رایتوص:یفژنه:ایژنه::ایپروت::ئینکین::ازآسکومیس::ته::اوبازیدیومیس::ته::ادر

جایگزینهایقارچیقابلکشتاستفادهشدهاست.(اآرافORF)Bka1قارچBlumeria graminis f. sp. Hordei (Blumeria

graminis f. sp. hordei Bka1 ORF)ب:هط:ورم:وثریبیم:اریزاییوب::ازM. oryzaeق::ارچDcpkAتکمی::لاپرس::وریومرادرموت::انت

Bindslev et al., 2001گرداندهاست)

Page 52: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

از بافت های گیاهی آلوده small RNAsجداسازی به قارچ ها

تکنی:که:ایمناس:بیب:رایجداس:ازیبیم:ارگرازب:افته:ایگی:اهیآل:ودهبای:د

بهکارگرفتهشود:

(ری:زتجزی:هب:هکم:کل:یزرLaser micro dissection (LM)درچن:دیننمون:هب:رای)

شناس:اییترانس:کریپتومخصوص:اهم:راهب:اب:افته:ایآل:ودهب:اق:ارچه:اب:رای

ب:رای وColletotrichum graminicolaمث:ال Melampsora larici-populinaاس:تفاده

شدهاست

مانن:د خ:اص ق:ارچی ه:ای س:لول گ:رفتن ب:رای ن:یز دیگ:ری ه:ای روش

آم:ادهس:ازی ب:رای اس:تفاده و آل:ودهش:ده گی:اهی ه:ای ازس:لول هاس:توریوم

اس:تفادهک:ردP. triticinaمانن:دکتابخان:ههوس:ترویومیق:ارچcDNAکتابخان:هه:ای

(Catanzariti et al., 2011; Song et al., 2011.)

ب:رایجداس:ازی ب:اsmall RNAsاس:تراتژی ف:یزیکیهم:راه ب:هط:ور ییک:ه

میباش:ندک:هازخ:الصس:ازیب:راس:اسN. crassa(درQDE-2پروت:ئینارگون:ات)

(.Lee et al., 2009خصوصیاتایمنولوژیکیاستفادهمیکند)

Page 53: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

خاتمهبحثباتعدادیسوال

اdوان از آیdرای می تdی آر ان ای بdاهش خاموشdوع کdتن؟ استفاده کردژنتیکی قارچ های بیمارگر گیاهی

وانdا می تdاز آی siRNAs ایdول هdا مولکdنوعی یdای مصdهdsRNA اریdوتروف اجبdای بیdارچ هdتکاری قdرای دسdب

؟کردمهم استفاده

اdآیsmall RNAs اهی میdارگر گیdای بیمdارچ هdای قdه ژنهddای در post-transcriptionallyتواننddد بddه صddورت

؟اختالل ایجاد کننددفاعی میزبان

ی ازddاهی جمعیت خاصddاریزای گیddای بیمddارچ هddا قddآیsmall RNAs اریزاییdه بیمdط بdای مرتبdاختار هdرا در س

ماننdد اپرسdوریوم هdا یdا هاسdتوریوم هdا را تولیdد می در طی وقdایع قبdل و بعdد از small RNAs و آیdا کننdد

نفوذ نقش دارند یا خیر؟

Page 54: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

The End

Page 55: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

P-Bodies

Page 56: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

RISC RNA-induced silencing complex dsRNA double-stranded RNA RNAi RNA interference siRNA small interfering RNA miRNA microRNA piRNA PIWI-interacting RNA scnRNA small scan RNA RNP ribonucleoprotein P-bodies processing bodies.

Page 57: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده
Page 58: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

What is RNA interference /PTGS?

dsRNA needs to be directed against an exon, not an intron in order to be effective

homology of the dsRNA and the target gene/mRNA is required

targeted mRNA is lost (degraded) after RNAi

the effect is non-stoichiometric; small amounts of dsRNA can wipe out an excess of mRNA (pointing to an enzymatic mechanism)

ssRNA does not work as well as dsRNA

Page 59: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

double-stranded RNAs are produced by:

– transcription of inverted repeats

– viral replication

– transcription of RNA by RNA-dependent RNA-

polymerases (RdRP)

double-stranded RNA triggers cleavage of

homologous mRNA

PTGS-defective plants are more sensitive to infection

by RNA viruses

in RNAi defective nematodes, transposons are much

more active

Page 60: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده
Page 61: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

RNAi vector for T. reesei

trpC T

benomyl

pIR

XmaI

XmaI XmaIintron

The inverted repeat is placed under the control of a quinic acid inducible promoter

dsRNA

945nt350nt

5’end

3’end

qa-2p

Page 62: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

Gene silencing in plants.

p 35S GFPLB RBPFGintron

Transcription

GFP PFGintronCAP

Poly A

Poly A

PFG

GFPCAP

DICER

RISC

DICER

p 35S GFPLB RB

Translation

GFPCAP

Poly A

Transcription

Fluorescence

gene silencingmRNA degradation

CAP

Poly A

No Fluorescence

GFPCAP

Poly ARISC

Page 63: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

1.a. Gene silencing of transiently expressed sequences.

Nb

p 35S GFPLB RB

p 35S GFPLB RBPFGintron

p 35S GFPLB RB

UV

Page 64: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

1.b. Triggering gene silencing of established transgene by transient expression.

GFP

UV

p 35S GFPLB RBPFGintron

Page 65: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

1.c. Virus-induced gene silencing (VIGS)

pTRV2CPp 35SLB RBRZPDS

Nt

Agroinfiltration PTGS PDS

Nt Nt

Sistemic PTGS

pTRV1

MPp 35SLB RB16K RZRpRd

Page 66: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

2. Systemic gene silencing.

Sistemic PTGS

GFP

Agroinfiltration

UV

GFP

PTGS GFP

GFP

p 35S GFPLB RBPFGintron

Page 67: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

3.a. Suppressing gene silencing of transiently expressed sequences.

UV

Nb

p 35S GFPLB RB p 35S GFPLB RB

p 35S GFPLB RB

p 35S HcProLB RB

p 35S GFPLB RBPFGintron

p 35S GFPLB RBPFGintron

Page 68: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

3.b. Silencing of trangenes or endogenous genes cannot be established in the presence of silencing suppressor.

p 35S HcProLB RB

GFP

UV

p 35S GFPLB RBPFGintronp 35S GFPLB RBPFGintron

Page 69: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

3.c. Suppression of gene silencing mediated by virus infection.

Plant silenced for the Magnesium chelatase

gene.

Plant silenced for the Magnesium chelatase

gene.

PVY infection.

Page 70: کاربرد های small RNA ها و مکانیسم خاموشی RNA (RNA silencing) در قارچ ها استاد دکتر مسعود شمس بخش ارئه ولی اله مهدیزاده

Technological Applications of RNAi

Antiviral therapy e.g. knockdown of host receptors for HIV; silencing of hepatitis A and B genes

Biotechnologye.g. engineering of food plants that produce lower levels of natural plant toxins.

Experimental applications of RNAi

Genome-scale screens, driven by genome sequence data

Useful for the analysis of signal transduction pathways, and obtain a global understanding of biological processes