فهرست مطالب

زیست فناوری گیاهان زراعی - پیاپی 16 (زمستان 1395)

مجله زیست فناوری گیاهان زراعی
پیاپی 16 (زمستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/12/23
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مریم جمشیدنیا، سید کمال کاظمی تبار، کریستین لایندرمایر، حمید نجفی زرینی صفحات 1-12
    اخیرا بیان موقت ژن به منظور فراهم سازی روش های بسیار سریع ارزیابی بافت های گیاهی به عنوان یک منبع تولید پروتئین در مقایسه با روش وقت گیر و پرهزینه تراریختی پایدار گیاهان گسترش یافته است. مطالعه حاضر بیان موقت پروتئین HDA19 را در دو گونه از گیاه tobacco (Nicotiana tabacum وNicotiana bentamiana) نشان می دهد. برای این منظور پرایمرهای اختصاصی برای واکنش زنجیره ای پلی مراز طراحی و برای همسانه سازی ژن HDA19 در وکتور بیانی pB2GW7 به کار رفتند. سازه نوترکیب به Agrobacterium tumefaciens strain GV3101 انتقال یافت سپس برای تراریختی موقت گیاهان tobacco از طریق اگروباکتریوم استفاده شد. در نهایت وجود ژن هدف در لاین های تراریخت اگروباکتریوم از طریق کلونی PCR تایید گردید. از طرفی بیان پروتئین در لاین های تراریخت توسط روش دات بلات و الایزا تایید شد. اگرچه روش دات بلات و SDS-PAGE حاکی از تراریختی هر دو رقم بود ولی روش الایزا تولید پروتئین نوترکیب در گیاه تراریخت Nicotiana tabacum را تایید کرد که 400 میکروگرم در گرم وزن بافت تر برگ گیاه بود. با توجه به یافته های فوق این گیاه میزبان مناسبی برای تولید HDA19 نوترکیب، نماینده ای از پروتئین های هیستون داستیلاز، نسبت به Nicotiana bentamiana می باشد.
    کلیدواژگان: HDA19، Tobacco، پروتئین نوترکیب، Nicotiana tabacum، Nicotiana bentamiana
  • امین عابدی، رضا شیرزادیان خرم آباد، محمد مهدی سوهانی صفحات 13-29
    استریکتوسیدین سینتاز آنزیم کلیدی مسیر بیوسنتزی ایندول آلکالوئیدهای مونوترپنوئیدی است. پروتئین های داری دمین Str_synth در گیاهان، باکتر ی ها، حشرات و پستانداران شناسایی شده اند و به علت نامشخص بودن نقش کارکردی آن ها شبه استریکتوسیدین سینتاز نامیده می شوند. با تکمیل پروژه توالی یابی ژنوم آرابیدوپسیس و برنج، ژن های شبه استریکتوسیدین سینتاز در این گیاهان نیز شناسایی شد. با این حال اطلاعات کافی در مورد ساختار ژن، تاریخچه تکاملی، نحوه گسترش و نقش کارکردی خانواده ژنی SSL برنج وجود ندارد. در این مطالعه بر اساس آنالیزهای بیوانفورماتیکی 23 ژن SSL در ژنوم برنج شناسایی شد. آنالیز فیلوژنتیکی پروتئین های SSL برنج و آرابیدوپسیس مشخص کرد که این ژن ها در چهار گروه قرار می گیرند و مسیر تکاملی این خانواده در برنج و آرابیدوپسیس متفاوت است. ژن های OsSSL دارای صفر تا پنج اینترون بوده و در 10 کروموزوم از 12 کروموزوم برنج با تراکم متفاوت قرار داشته و مضاعف شدگی پشت سر هم عامل اصلی گسترش این خانواده ژنی است. آنالیز پیشبر نشان داد که چندین عنصر تنظیمی cis پاسخ به تنش ها و هورمون ها در ناحیه تنظیمی وجود دارد که نشان دهنده نقش این ژن ها در پاسخ به تنش ها می-باشد. آنالیز بیان ژن های OsSSL بر اساس داده های ریزآرایه نشان داد که تعداد اندکی از این ژن ها در بافت ها و نیز تنش های غیر زیستی بیان بالایی دارند. این مطالعه اولین گزارش در مورد خانواده ژنی SSL در برنج بوده و می تواند یک چهارچوب برای بررسی کارکردهای بیولوژیکی ژن های SSL در برنج و گیاهان دیگر فراهم می کند.
    کلیدواژگان: آنالیز بیان، آنالیز فیلوژنتیکی، خانواده ژنی، مضاعف شدگی، مطالعات In Silico
  • معروف خلیلی، محمدرضا نقوی صفحات 31-44
    در این پژوهش، تجزیه پروتئوم از طریق الکتروفورز دوبعدی و رنگ-آمیزی آبی کوماسی برای دو رقم گندم بهاره شامل کویر به عنوان رقم متحمل و بهار به عنوان رقم حساس انجام شد. بعد از کمی کردن لکه-ها توسط نرم افزارSame spot progenesis ، تعداد 10 لکه پروتئینی مشترک تکرارپذیر دارای تفاوت معنی دار بین شرایط شاهد و تنش خشکی در دو رقم کویر و بهار تشخیص داده شد. با استفاده از طیف سنجی جرمی MALDI-TOF/TOFاز بین پروتئین های مشترک، نه لکه پروتئینی مشترک شناسایی و نوع فعالیت آنها و نحوه عمل این پروتئین ها در سلول مشخص شد. بر اساس نتایج بدست آمده پروتئین های دخیل در واکنش نوری (سه لکه پروتئینی شاملChlorophyll a-b binding protein 8، Cytochrome b6-f complex iron-sulfur subunit، chloroplasti و Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase CYP38) و چرخه کالوین (دو لکه پروتئینی شامل Fructose-1،6-bisphosphatase و ribulose-bisphosphate carboxylase small chain precursor) در هر دو رقم بیشترین گروه های عملکردی پروتئین و به عبارتی مهمترین پروتئین-های مشترک جهت حفظ کارایی گندم تحت شرایط تنش خشکی بودند. از آنجایی که این پروتئین ها در هر دو رقم متحمل و حساس تغییر بیان نشان دادند، بنظر می رسد که حساس ترین پروتئین ها در پاسخ به تنش خشکی در گندم بهاره باشند. در مجموع، نتایج این پژوهش نشان داد که حفظ کارایی فتوسنتز تحت تنش خشکی از اهمیت بالایی برخوردار است.
    کلیدواژگان: پاسخ مشترک پروتئینی، تنش خشکی، فتوسنتز، گندم
  • آتنا شادمهر، حسین رامشینی، مهرشاد زین العابدینی، مسعود پرویزی آلمانی، محمدرضا غفاری، علی ایزدی دربندی، مریم فارسی، محمود فولادوند صفحات 45-59
    با توجه به پتانسیل های موجود در گیاه نیشکر از لحاظ تولید انرژی و قند، بهترین راه برای استفاده از ظرفیت های موجود در گیاه نیشکر، بررسی تنوع ژنتیکی واریته های موجود جهت به کارگیری در برنامه های به نژادی می باشد. با مطالعه 30 جفت آغازگر ریزماهواره روی 160 واریته نیشکر، 169 آلل، با میانگین 6/5 آلل برای هر آغازگر حاصل شد. تعداد آلل موثر بین 06/1 برای مکان ژنی AP-SSR03 و 921/1 در مکان ژنی SMC119CG با میانگین 508/1 آلل برآورد شد. میزان محتوای چند شکلی آغازگرها بین 06/0 (برای جایگاه AP-SSR03) تا 5/0 (برای جایگاه SMC851MS) متغیر بود. تجزیه به مختصات اصلی (PCoA)، 6 گروه را مشخص نمود، به طوریکه سه مولفه اول 86/14 درصد از واریانس کل را توجیه می نمایند. تجزیه خوشه ایبا روش مبتنی بر فاصله Neihbour-Joining و تجزیه ساختار جمعیت با روش مبتنی بر مدل Bayesian انجام شد. بهترین تعداد زیر جمعیت 6 عدد شناسایی شد، که در اکثر زیرجمعیت ها افرد بر اساس مناطق جغرافیایی از یکدیگر تفکیک نشدند. نتایج گروه بندی حاصل از روش مبتنی بر مدل Bayesian، ارتباط فیلوژنی و تجزیه به مختصات اصلی با هم مطابقت زیادی نشان دادند. نتایج واریانس ژنتیکی نشان داد که تنوع افراد درون جمعیت ها بیشتر از تنوع بین جمعیت ها می باشد. بنابراین در برنامه های اصلاحی نیشکر به منظور انتخاب والدین مناسب، انتخاب درون جمعیت ها می تواند انجام شود. اطلاعات به دست آمده در مطالعه حاضر، در برنامه های به نژادی به منظور حفاظت و مدیریت چنین مجموعه ژنتیکی با ارزشی در جهت کشت نیشکر برای استفاده از قند و انژی زیستی، مفید می باشد.
    کلیدواژگان: تجزیه خوشه ای، ساختار جمعیت، محتوای اطلاعات چند شکل، نشانگر ریزماهواره
  • امین آزادی، محسن مردی، اسلام مجیدی، سید ابوالقاسم محمدی، فواد مرادی صفحات 61-73
    تاکنون QTL های زیادی برای عملکرد و اجزای آن در گندم نان در شرایط نرمال شناسایی شده است. به منظور شناسایی QTL های مرتبط با غلظت سدیم و پتاسیم در گندم نان تحت شرایط تنش شوری، از جمعیت 186 لاین اینبرد نوترکیب حاصل از تلاقی دو والد سوپرهد 2 و روشن استفاده شد. اعمال تیمارهای تنش شوری با استفاده از سیستم هیدروپونیک و در داخل گلخانه صورت پذیرفت. شرایط نرمال (10 میلی مولار NaCl) و تنش شوری (150 میلی مولار NaCl) در نظر گرفته شد و اعمال تنش به صورت مرحله ای صورت پذیرفت. نقشه ژنتیکی شامل 428 نشانگر دارت و 23 نشانگر ریز ماهواره بود. سه QTL برای هر یک از صفات غلظت سدیم و پتاسیم و یک QTL برای نسبت پتاسیم به سدیم بر روی کروموزوم هایA 4، B2، B3، B7 وD2 با استفاده از روش مکان یابی فاصله ای مرکب شناسایی گردید. QNa.abrii-3B، با LOD برابر 9/5، در حدود 3/8 درصد از تغییرات واریانس فنوتیپی غلظت سدیم را در شرایط تنش شوری توجیه می کرد و نشانگر gwm247 لینکاژ شدید با این QTL نشان داد. همچنین دو QTL برای غلظت سدیم بر روی کروموزوم های B2 و D2 شناسایی شدند و QNa.abrii-2D حدود 2/9 درصد واریانس فنوتیپی این صفت را در شرایط تنش شوری توجیه می کرد. با ادامه تحقیقات در آینده، احتمال شناسایی QNa.abrii-2B و QNa.abrii-2D به عنوان گروه دو همیولوگی در گندم، در کنار ژن Nax1 وجود دارد.
    کلیدواژگان: QTL، غلظت سدیم، غلظت پتاسیم، گندم نان، تنش شوری
  • اشکبوس امینی، حبیب الله قزوینی، رضا امیرنیا صفحات 75-89
    به منظور بررسی تنوع آللی نشانگرهای ریزماهواره مرتبط با نواحی QTLهای دخیل در تحمل به شوری و ارتباط این نشانگرها با عملکرد تحت شرایط نرمال و تنش شوری در گندم های ایرانی، تعداد 25 ژنوتیپ گندم نان (شامل ارقام و لاین های بومی و اصلاح شده متحمل تا حساس) با استفاده از 45 جفت آغازگر ریزماهواره مرتبط با شوری مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج مقایسه میانگین عملکرد دانه در هر دو شرایط محیطی حاکی از وجود اختلاف معنی دار بین ژنوتیپ ها بود. در شرایط تنش ژنوتیپ های شماره 25 (Pishtaz/Karchia) و 16 (Sissons/3/ Alvd//Aldan/Ias58) به ترتیب بیشترین و کمترین عملکرد دانه را نشان دادند. بر اساس میانگین عملکرد دانه (در شرایط تنش و بدون تنش) و شاخص های تحمل و حساسیت به تنش ژنوتیپ ها به گروه های متحمل، نیمه متحمل و حساس تقسیم شدند. بر اساس نتایج ارزیابی مولکولی از بین 45 نشانگر SSR مورد استفاده، تعداد 27 نشانگر، الگوی نواربندی چندشکل (پلی مورف) نشان دادند. در این نشانگرها در مجموع 95 آلل مشاهده شد که 89 آلل دارای چندشکلی بودند به طوریکه تعداد آلل برای هر آغازگر از دو تا هفت آلل متغیر و میانگین تعداد آلل 52/3 برای هر جفت نشانگر بود. محتوای اطلاعات چندشکلی (PIC) برای نشانگرهای مختلف از 077/0 تا 454/0 با میانگین 258/0 و میزان شاخص نشانگر (MI) از 15/0 تا 19/1 با میانگین 79/0 بود. تجزیه خوشه ایبر اساس داده های مولکولی، ضمن هم خوانی نسبی با نتایج حاصله از ارزیابی مزرعه-ای به خوبی توانست ژنوتیپ های متحمل و حساس را از هم تفکیک نماید و با گروه بندی بر اساس تجزیه به بردارهای اصلی با استفاده از نشانگرهای مولکولی نیز مطابقت زیادی داشت. نتایج حاصله نشان داد که نشانگرهایgwm291، gpw345، wmc249، barc353.1، cfa2170.2، gwm339 و wmc326 به طور نسبی از PIC و MI بیشتری برخوردار بوده و در نتیجه از قدرت تفکیک بالاتری در مقایسه با سایر آغازگرها برخوردار می باشند و می توانند به عنوان نشانگرهای مفید جهت بررسی تنوع ژنتیکی و برنامه های به نژادی برای تنش شوری استفاده شوند.
    کلیدواژگان: تنوع آللی، نشانگرهای SSR، تنش شوری و گندم
|
  • Maryam Jamshidnia, Sayed Kamal Kazemitabar, Christian Lindermayr, Hamid Najafi Zarini Pages 1-12
    Recently, transient gene expression has been developed to provide a more rapid means of assessing plant tissues as a protein production platform without the labor-intensive and time-consuming process of generating stably transformed transgenic plants. This study reports the expression of HDA19 gene in two species of tobacco plants (Nicotiana tabacum and Nicotiana bentamiana) by means of transient transformation. Specific primers were designed and used for PCR amplification and cloning of HDA19 gene in the plant expression vector pB2GW7. The recombinant construct was transferred into Agrobacterium tumefaciens strain GV3101, and was used for Agrobacterium mediated transformation of tobacco plants. The presence of the desired gene in transgenic lines was confirmed through colony PCR. The expression of the protein in transgenic lines was confirmed by immune-dot blot assay and ELISA. Although the transformation of the two species was confirmed by immune-dot blot assay and SDS-PAGE, recombinant protein production in Nicotiana tabacum plants was confirmed by ELISA and it was estimated 400 µg per gram wet weight of tobacco leaves. According to the results, this species is the appropriate host for the production of recombinant HDA19, one of the histone deacetylases, rather than Nicotiana bentamiana.
    Keywords: KEYWORDS: HDA19, Tobacco, Recombinant protein, Nicotiana tabacum, Nicotiana bentamiana
  • Amin Abedi, Reza Shirzadian-Khorramabad, Mohammad Mehdi Sohani Pages 13-29
    Strictosidine synthase is a key enzyme in the monoterpenoid indole alkaloids biosynthesis pathway. Proteins with Str_synth domain have been identified in plants, bacteria, insects and even mammalians and called Strictosidine synthase-like due to unknown functional roles. With the Arabidopsis and rice genome sequence completed, SSL genes were also identified in these plants. However, little is known about evolutionary path, gene structure, expansion and function of SSL family in rice. In this study, through bioinformatic analysis, a total of 23 SSL genes were identified in rice genome. A phylogenetic analysis of the SSL genes in rice and Arabidopsis clarified that these genes could be divided into four different groups and the evolutionary paths are different in rice and Arabidopsis. The OsSSL genes contained zero to five introns and were distributed across 10 out of 12 chromosomes at different densities and tandem duplication was a major cause in expanding this family. Promoter analysis showed the presence of several cis-regulatory elements related to stress and hormone response in regulatory region, indicating probable their role in stress response. Microarray-based expression analysis of OsSSL genes indicated that a few number of these genes were widely expressed in various tissues and also in response to some abiotic stresses. This study is the first report about SSL gene family in rice and provides a framework for further analysis of the biological functions of SSL genes in either rice or other crops.
    Keywords: Expression Analysis, Gene Family, in silico Study, Phylogenetic Analysis
  • Marouf Khalili, Mohammad Reza Naghavi Pages 31-44
    In this research, proteome analysis was done by two-dimensional electrophoresis and stainig by Commassie brilliant blue method for two cultivars of Kavir as tolerant and Bahar as susceptible was done. After of be quantitative spots with Same spot progenesis software, 10 common protein spots with significant difference between control and drought stress conditions in the Kavir and Bahar was diagnosed. Using MALDI-TOF/TOF mass spectrometry of common proteins, nine common protein spots were identified and the type of activity and mode of action of these proteins in the cells was determined. Based on the results, proteins involved in light reactions of photosynthesis (three protein spots Chlorophyll ab binding protein 8, chloroplastic, Cytochrome b6-f complex iron-sulfur subunit, chloroplasti and Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase CYP38, chloroplastic) and Calvin cycle (two protein spots include Fructose-1,6-bisphosphatase, chloroplastic and ribulose-bisphosphate carboxylase small chain precursor) in both cultivars were the greatest functional groups and in other words, the most important common proteins for maintain of efficiency under drought stress were. Since these proteins in both tolerant and susceptible cultivars showed changes in expression, seems to be the most sensitive proteins in response to drought stress in wheat. In other words, these results show that it is important to maintain the efficiency of photosynthesis under drought stress.
    Keywords: Drought stress, photosynthesis, responsive common protein, wheat
  • Atena Shadmehr, Hossein Ramshini, Mehrshad Zinalabedini, Masoud Parvizi Almani, Mohammadreza Ghaffari, Aali Izadi Darbandi, Maryam Farsi Pages 45-59
    Considering the potential of sugarcane in terms of energy and sugar production the study of genetic diversity is the best way to use available genetic germplasm for breeding programs in this plant. Thirty microsatellite primer pairs were used to screen 160 varieties. In total 169 alleles were recorded with an average of 5.6 alleles per locus. The number of effective alleles per locus was ranged from 1.06 (locus AP-SSR03) to 1.921 (locus SMC119CG) with an average of 1.508. The PIC value was variable ranging from 0.06 (for AP-SSR03) to 0.5 (for SMC851MS). The principal coordinate analysis (PCoA) revealed six groups, so that the first three axes explained 15.20% of cumulative variation altogether. Clustering analysis was done using Neihbour-Joining algorithm and population structure analysis was performed using Bayesian method. The best number of sub-populations was identified as six. The grouping of genotypes in the sub-populations was not in consistent with their geographic origins. The grouping obtained from Bayesian method, phylogenetic relatedness analysis results and principal coordinates analysis grouping showed good agreement with each other. Analysis of molecular variance revealed that variation within subgroups was significantly higher than that of among subgroups. So it will be better to do selection within populations in order to select suitable parents in sugarcane breeding programs. The knowledge obtained in this study would be useful for breeding programs to improve the conservation and management of this valuable genetic resource to meet the demand of sugarcane cultivation for sugar and bioenergy production.
    Keywords: Cluster analysis, population structure, Polymorphic information content, Microsatelite markers
  • Amin Azadi, Mohsen Mardi, Eslam Majidi Harvan, Seyed Abolghasem Mohammadi, Foad Moradi Pages 61-73
    So far, many quantitative trait loci (QTLs) have been detected for yield and its components in wheat under normal conditions. In order to identify QTLs associated with concentrations of sodium and potassium in bread wheat under salt stress conditions, a population consisted of 186 recombinant inbred lines from a cross between Roshan ×SuperHead#2 were evaluated. Salinity treatments were performed using a hydroponic system in a greenhouse. Normal conditions (10 mM NaCl) and salinity (150 mM NaCl) were considered and stress was conducted in stages. The molecular genetic map of the population consisted of 23 simple sequence repeat (SSR) and 428 diversity arrays technology (DArT) markers. Three QTLs for each of sodium and potassium concentration traits and a QTL for potassium to sodium ratio were detected on chromosomes 4A, 2B, 3B, 7B and 2D using composite interval mapping approach. The QNa.abrii-3B, with a LOD score of 5.9, explained 8.3 % of the phenotypic variation for sodium concentration under salt stress conditions and gwm247 marker showed a strong linkage with this QTL. In addition, two novel QTLs for sodium concentration were detected on chromosomes 2B and 2D and QNa.abrii-2D explained 9.2 % of the phenotypic variation for this trait under salt stress conditions. Proceed with future researches, there is probability of identifying QNa.abrii-2B and QNa.abrii-2D as two homoeologous group in wheat, beside Nax1 gene.
    Keywords: QTL, sodium concentration, potassium concentration, bread wheat, Salt stress
  • Ashkboos Amini, Habibollah Gazvini, Reza Amirnia Pages 75-89
    In order to evaluate allelic diversity of microsatellite markers in QTL regions associated with salinity tolerance and to assess relatedness of these markers with yield performance of Iranian wheats under normal and salt stress conditions, twenty-five wheat genotypes (comprising tolerant and sensitive Iranian landraces, commercial cultivars and breeding lines), were studied using 45 microsatellite primers. Results of yield mean comparison showed that there were significant differences among genotypes in both environmental conditions. Under stress conditions, genotypes no 25 (Pishtaz/Karchia) and 16 (Sissons/3/Alvd//Aldan/Ias58) had the highest and lowest grain yields, respectively. Based on grain yield mean under both stress and non-stress conditions as well as tolerance and susceptibility indices, the genotypes were classified into tolerant, moderately tolerant and sensitive groups. From 45 microsatellite primer pairs used, 27 markers were polymorphic. In total, these markers generated 95 alleles, from which 89 alleles were polymorphic, possessing 2-7 alleles with the average of 3.52 alleles per locus. The polymorphic information content (PIC) varied from 0.077 to 0.454 with the average of 0.258 and the Marker Index (MI) ranged from 0.151 to 1.19 with the average of 0.79 for different primers. Cluster analysis based on molecular data, could completely separate sensitive and tolerant genotypes and relatively was concordant with grouping of genotypes based on field results. Principal coordinate analysis (PCOA), mostly confirmed the results of cluster analysis. Results of molecular data demonstrated that SSR markers: gwm291, gpw345, wmc249, barc353.1, cfa2170.2, gwm339 and wmc326 had higher PIC & MI values and can be considered as suitable microsatellite markers to assess the genetic diversity among the wheat genotypes in salinity stress breeding programs.
    Keywords: Allelic diversity, microsatellites, salinity stress, wheat