همایش ملی احیای بوم‌شناختی بر پایه طبیعت با تاکید بر زنبورعسل

چکیده مقاله

زمینه: زنبور عسل (Apis mellifera) یکی از مهم‌ترین گرده‌افشان‌های اکوسیستم‌های طبیعی و کشاورزی است که نقش حیاتی در حفظ تنوع زیستی و افزایش تولیدات کشاورزی دارد. با این حال، افزایش دمای محیط و سایر تنش‌های ناشی از تغییرات اقلیمی می‌تواند عملکرد فیزیولوژیک و بقای کلنی‌های زنبور عسل را تحت تأثیر قرار دهد. استرس گرمایی اغلب با افزایش تولید گونه‌های فعال اکسیژن و بروز استرس اکسیداتیو همراه است که می‌تواند به آسیب پروتئین‌ها، لیپیدها و ساختارهای سلولی منجر شود. درک سازوکارهای مولکولی دخیل در پاسخ به این تنش‌ها برای شناسایی ژن‌های کلیدی و بهبود مقاومت زنبور عسل در برابر شرایط محیطی نامساعد اهمیت زیادی دارد. هدف: هدف از این پژوهش، تحلیل شبکه تعاملات پروتئینی ژن‌های مرتبط با پاسخ به استرس گرمایی و اکسیداتیو در زنبور عسل و شناسایی ژن‌های کلیدی و گره‌های رابط مؤثر در تنظیم پاسخ‌های سلولی به تنش‌های محیطی بود. روش پژوهش: در این مطالعه بیوانفورماتیکی، مجموعه‌ای از ژن‌های مرتبط با پاسخ به استرس شامل ژن‌های شوک حرارتی (Hsp70، Hsp90، Hsc70 4)، آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی (Sod1، Sod2، Cat، Gpx، GstD1، GstS1، Trxr1) و تنظیم‌کننده‌های مسیرهای سیگنالینگ و متابولیسم سلولی (Akt1، Tor، AMPK، FoxO، eIF1A) انتخاب شد. شبکه تعاملات پروتئینی این ژن‌ها با استفاده از پایگاه داده STRING و با در نظر گرفتن سطح اطمینان بالا ترسیم گردید. سپس ویژگی‌های توپولوژیکی شبکه از جمله میزان اتصال گره‌ها و شاخص‌های مرکزی برای شناسایی ژن‌های هاب و گره‌های کلیدی مورد بررسی قرار گرفت. یافته‌ها: تحلیل شبکه تعاملات پروتئینی نشان داد که پروتئین‌های مورد مطالعه یک شبکه متراکم با سازماندهی دو بخشی را تشکیل می‌دهند که شامل دو زیرشبکه عملکردی مجزا اما به‌هم‌پیوسته است. این دو ماژول توسط گره‌های استراتژیک به یکدیگر متصل شده‌اند و بیانگر تعامل نزدیک میان سیستم‌های سیگنالینگ سلولی و دفاع آنتی‌اکسیدانی در پاسخ به تنش‌های محیطی هستند. در بخش پاسخ‌ به شوک حرارتی و مسیرهای سیگنالینگ سلولی، ژن‌های Hsp90، Hsp70 و Hsc70 4 در کنار تنظیم‌کننده‌های مسیرهای متابولیک شامل Akt1، Tor، AMPK و FoxO خوشه‌ای عملکردی را تشکیل دادند. در این میان، Hsp90 به عنوان یک گره هاب اصلی با بیشترین میزان اتصال به مسیرهای Akt1 و Tor شناسایی شد که نشان‌دهنده ارتباط مستقیم میان پاسخ به استرس گرمایی و تنظیم رشد و متابولیسم انرژی در زنبور عسل است. حضور eIF1A نیز بیانگر ارتباط پاسخ استرس با تنظیم فرایند ترجمه پروتئین است. در بخش دفاع آنتی‌اکسیدانی، خوشه‌ای متراکم شامل Sod1، Sod2، Cat، Gpx، GstD1، GstS1 و Trxr1 مشاهده شد که در خنثی‌سازی گونه‌های فعال اکسیژن و کاهش آسیب‌های اکسیداتیو نقش دارند. همچنین Hsc70 4 و Sod1 به عنوان گره‌های کلیدی شبکه شناسایی شدند که وظیفه اتصال دو زیرشبکه پاسخ گرمایی و دفاع آنتی‌اکسیدانی را بر عهده دارند. بالا بودن شاخص بینابینی در این گره‌ها نشان می‌دهد که آن‌ها نقاط کلیدی در انتقال سیگنال‌های استرس و هماهنگی پاسخ‌های فیزیولوژیک کلنی هستند. نتیجه‌گیری: یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که پاسخ به استرس گرمایی در زنبور عسل حاصل تعامل هماهنگ میان مسیرهای سیگنالینگ سلولی، سیستم‌های محافظت پروتئینی و مکانیسم‌های دفاع آنتی‌اکسیدانی است. شناسایی ژن‌های کلیدی نظیر Hsp90، Hsc70 4 و Sod1 به عنوان گره‌های مهم شبکه می‌تواند مبنایی برای مطالعات عملکردی آینده و همچنین به عنوان نشانگرهای مولکولی بالقوه در برنامه‌های اصلاح‌نژادی جهت افزایش تحمل به تنش‌های محیطی در توده‌های زنبور عسل مورد استفاده قرار گیرد.

کلمات کلیدی:

کلمات کلیدی: استرس گرمایی، استرس اکسیداتیو، بیوانفورماتیک، زنبورعسل، شبکه تعاملات پروتئینی.