فهرست مطالب

زیست فناوری گیاهان زراعی - پیاپی 17 (بهار 1396)

مجله زیست فناوری گیاهان زراعی
پیاپی 17 (بهار 1396)

  • تاریخ انتشار: 1396/03/26
  • تعداد عناوین: 6
|
  • بتول صابرتنها، براتعلی فاخری، نفیسه مهدی نژاد، زهره علیزاده صفحات 1-13
    این پژوهش به منظور بررسی تاثیر تنش خشکی و نانو ذرات نقره بر بیان ژن بتاکاروتن هیدروکسیلاز (bch) و تولید کارتنوئید در گیاه زعفران انجام شد. آزمایش در دو سطح آبیاری نرمال و تنش خشکی کامل بر روی نه اکوتیپ زعفران در سه سطح، شاهد (آب مقطر)، 55 و 110 پی پی ام نانو ذرات نقره پیاده شد. این بررسی به صورت اسپیلت پلات فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی در دو تکرار در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه بیرجند و پژوهشکده زیست فناوری دانشگاه زابل انجام شد. بعد از تهیه نمونه های برگی از تمامی تیمار ها، استخراج RNA، ساخت cDNAو تعیین شیب دمایی، جهت بررسی الگوی بیان ژن از واکنش Real Time PCR استفاده شد. سپس داده ها با نرم افزارهای GenEX و SAS 9.2 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. اثرات اصلی تیمارهای اکوتیپ ، نانوذره نقره و تنش خشکی و اثرات متقابل آن ها برای بیان ژن bch و میزان کارتنوئید در سطح احتمال یک درصد معنی دار شد. حداکثر بیان ژن bch و مقدار کارتنوئید در سطح 55 پی پی ام نانوذره نقره تحت تنش خشکی در اکوتیپ قاین (به ترتیب 62/1478 و 37/21 میکروگرم بر گرم وزن تر) مشاهده شد. در نتیجه، تنش خشکی و نانوذره نقره تا سطح 55 پی پی ام موجب افزایش بیان ژن bch و میزان تولید کارتنوئید شده است.
    کلیدواژگان: زعفران، بتاکاروتن هیدروکسیلاز، نانو ذرات، Real Time PCR
  • معصومه فلاح زیارانی، مسعود توحیدفر، زهرا امینی فر صفحات 15-29
    مسیر بیوسنتز اسید چرب یکی از مسیرهای مهم در بدن اکثر موجودات (پروکاریوت ها و یوکاریوت ها) است که آنزیم Acyl carrier protein (ACP) نقش مهمی در مسیر بیوسنتز اسید چرب دارد. هدف از این مطالعه آنالیز in silico و فیلوژنتیکی ژن ACP است. با آنالیز های بیشتر مشخص شد که ژنACP در پروکاریوت ها دارای 4 اگزون و 3 اینترون و 2mRNA و در یوکاریوت ها دارای 13 اگزون، 12 اینترون و 9 mRNA است. این پروتئین در یوکاریوت های گیاهی دارای هدف گیری میتوکندریایی و در پروکاریوت به مناطقی غیر از میتوکندری هدف گیری می شود و جزو پروتئین های ترشحی نیز نمی باشد. نتایج همردیفی چندگانه با استفاده از T-coffee نشان داد که ژن ACP در بین گونه های باکتریایی محافظت شده تر از گونه های گیاهی می باشد. آنالیز فیلوژنتیکی پروتئین ACP در پروکاریوت ها مشخص کرد که به جز یک خوشه، در بقیه ی موارد باکتری های گرم مثبت در یک خوشه و باکتری های گرم منفی در خوشه ی دیگر قرار گرفتند. در یوکاریوت ها گونه های مختلف گیاهی به طور پراکنده در خوشه های مختلف قرار می گیرند و نتایج کلاستربندی در یوکاریوت ها ربطی به گونه ی موجود ندارد. بعلاوه در بررسی همزمان پروتئین ACP در یوکاریوت ها و پروکاریوت ها مشخص شد که یوکاریوت ها و پروکاریوت ها در بعضی خوشه ها کنار همدیگر قرار می گیرند که ناشی از شباهت توالی این پروتئین در این گونه ها می باشد. مقایسه ساختار ثانویه پروتئین در یوکاریوت ها و پروکاریوت ها نشان داد که تعداد صفحات آلفا و بتا در پروکاریوت ها در مقایسه با یوکاریوت بیشتر است. مدل سازی سه بعدی این پروتئین در گندم (به عنوان نماینده یوکاریوت ها) و باکتری Clostridioides difficile 630 (به عنوان نماینده پروکاریوت ها) به روش همولوژی مدلینگ و با استفاده از پایگاه داده Swiss Model پس از انتخاب الگوی مناسب با میزان شباهت بالا که از پایگاه داده PDB استخراج شدند، انجام گرفت. جهت اعتبارسنجی ساختاری مدل ترسیم شده سه بعدی و آنالیز استرئوشیمیایی، نمودار راماچاندران ترسیم و زوایای دی هیدرال محاسبه شدند. نتایج ارزیابی کیفیت ساختاری نشان داد که مدل های پیشنهادی دارای کیفیت و پایداری مناسبی می باشند. مطالعه ساختار پروتئین می تواند به درک عملکرد پروتئین کمک کند و بررسی جزئیات ساختار آن می تواند در مطالعات جایگاه فعال پروتئین و داکینگ سودمند باشد.
    کلیدواژگان: تجزیه فیلوژنتیکی، ژن ACP، همردیفی، یوکاریوت، پروکاریوت
  • مریم پسندیده ارجمند، حبیب الله سمیع زاده لاهیجی، محمد محسن زاده گلفزانی صفحات 31-42
    خشکی یکی از مخرب ترین تنش های محیطی موثر بر فرآیندهای متابولیکی گیاه است. در تنش خشکی ژن های بسیاری از جمله ژن های مسیر تنفس نوری در گیاهان متاثر می شوند. در این مطالعه تاثیر تنش خشکی بر بیان نسبی ژن های پراکسی زومی GO Glycolate) oxidase) و HPR1 (Hydroxy pyruvate reductase) و ژن های میتوکندریایی GDC (Glycine decarboxylase) و SHMT (Serine hydroxy methyl transferase) دو ژنوتیپ حساس (Hayola308) و متحمل (SLM046) کلزا (Brassica napus) در شرایط تنش (قطع آبیاری قبل از مرحله گلدهی) و بدون تنش بررسی شد. نتایج حاصل از Real time-PCR نشان داد میزان بیان نسبی ژن GO در 48، 72 و 96 ساعت پس از تنش در ژنوتیپ Hayola308 بیش تر از ژنوتیپ SLM046 بود. بیش ترین میزان بیان نسبی ژن GDC در ژنوتیپ Hayola308 در 48 ساعت پس از تنش مشاهده شد و با افزایش زمان تنش کاهش یافت. بیان نسبی ژن SHMT در 24 ساعت پس از تنش در هر دو ژنوتیپ Hayola308 و SLM046 در بیش ترین حد خود بود و با افزایش زمان تنش در ژنوتیپ SLM046 به طور ناگهانی و در ژنوتیپ Hayola308 به طور تدریجی کاهش یافت. بیش ترین میزان بیان نسبی ژن HPR1 در 24 ساعت پس از تنش در ژنوتیپ SLM046 بود و سپس در 48 ساعت پس از تنش به شدت کاهش یافت. به نظر می رسد در ساعات ابتدایی تنش، تنفس نوری در ژنوتیپ SLM046 افزایش یافته بود و با تداوم تنش، بر خلاف ژنوتیپ Hayola308 نسبت به شرایط موجود سازگاری یافته و تنفس نوری را مهار کرده است.
    کلیدواژگان: تنش خشکی، GDC، GO، HPR1، بررسی بیان ژن
  • آزاده قانعی، ناصر صفایی، رحیم مهرابی، فروغ سنجریان صفحات 43-54
    این تحقیق به منظور بررسی تاثیر سالیسیلیک اسید روی کاهش شدت بیماری سپتوریای برگی گندم (STB) در سه رقم تتراپلوئید و سه رقم هگزاپلوئید، در شرایط کنترل شده در مرحله گیاهچه ای انجام گرفت. گیاهچه های 10 روزه گندم ابتدا با سالیسیلیک اسید به غلظت های صفر (شاهد)، یک، دو و چهار میلی مولار با مه پاش دستی تیمار شدند. پس از گذشت 24 ساعت، گیاهچه ها با استفاده از سوسپانسیون اسپور قارچ به غلظت 107 اسپور بر میلی لیتر مایه زنی شدند. ارزیابی بیماری 21 روز پس از مایه زنی بر اساس تخمین درصد سطح برگی با لکه های بافت مرده حاوی پوشش پیکنیدی انجام گرفت. نتایج تجزیه واریانس داده ها نشان داد بین سطوح مختلف سالیسیلیک اسید از نظر کاهش شدت بیماری و تاثیر متقابل غلظت- رقم اختلاف معنی دار وجود دارد. به طوری که سالیسیلیک اسید درکاهش شدت بیماری در هر دو گروه ارقام تتراپلوئید و هگزاپلوئید موثر بوده و تیمار یک میلی مولار بیشترین تاثیر در کاهش شدت بیماری را نشان داد. در غلظت های دو و چهار میلی مولار کاهش شدت بیماری معنی دار بود اما میزان اثربخشی سالیسیلیک اسید در القاء مقاومت کمتر از غلظت یک میلی مولار بود. در مجموع این نتایج نشان داد که فعال کردن سیستم های دفاعی گیاه میزبان با استفاده از سالیسیلیک اسید می تواند نقش قابل توجهی در القاء مقاومت اکتسابی سیستمیک علیه بیماری سپتوریای برگی در گندم باشد.
    کلیدواژگان: Zymoseptoria tritici، سالیسیلیک اسید، بیماری سپتوریای برگی گندم
  • مریم مرتضایی فر، رضا فتوت، فرید شکاری، شهریار ساسانی صفحات 55-71
    شرایط محیطی منجر به ساخت ملکول های پیام رسان از جمله فیتوهورمون ها در گیاهان می گردد که وظایف مهمی بعنوان پیام رسان اولیه در مسیر ترارسانی و تنظیم فعالیت های سوخت و ساز سلول را بعهده دارند. هورمون جاسمونیک اسید با کنترل عامل های رونویسی در فرآیندهای نموی و پاسخ گیاهان به تنش های مختلف نقشی کلیدی ایفا می کند. با وجود مطالعات فراوان صورت گرفته، پاسخ گیاهان به این هورمون به طور کامل شناخته نشده است. در اینجا، داده های ریزآرایه مربوط به گیاه آرابیدوپسیس از پایگاه داده GEO برای آنالیز شبکه همبیانی مورد استفاده قرار گرفت. از تجزیه تحلیل آن ها با روش WGCNA (شبکه هم بیانی ژنی وزن دار)، 25 گروه ژنی (ماژول ) بدست آمد که پروفایل بیانی آنها در پاسخ به جاسمونیک اسید با یکدیگر دارای همبستگی معنی دار بالایی بود. برای بررسی معنی داربودن آماری هر ماژول از نظر زیستی از تجزیه و تحلیل هستی شناسی ژن استفاده شد. نتایج نشان داد که فرآیندهای زیادی از جمله فتوسنتز، مرگ برنامه ریزی شده سلول و پاسخ به تنش های مختلف به وسیله جاسمونات کنترل شدند. علاوه براین، تعداد زیادی عامل رونویسی، برای مثال 11 ژن از خانواده NAC و 12 ژن از خانواده bHLH، در تنظیم پاسخ های جاسمونیک اسید نقش داشتند و فرآیندهایی هم چون پاسخ به تنش های زیستی و غیر زیستی، نمو گل و پاسخ به نور را کنترل نمودند.
    کلیدواژگان: تنش های زیستی و غیر زیستی، گلدهی، فتوسنتز، مرگ برنامه ریزی شده سلول، زیست شناسی سامانه ها
  • علی اصغر صداقتی، سعیدرضا وصال، فرج الله شهریاری، عبدالرضا باقری صفحات 57-68
    کم آبی مهمترین تنش غیرزیستی است که تولید محصولات زراعی را در مناطق خشک و نیمه خشک دنیا و ایران محدود می کند. به منظور انجام مقایسات کنترل شده ابتدا پاسخ فیزیولوژیک دو ژنوتیپ متمایز MCC508 و MCC521 نخود به تنش کم آبی بررسی و سپس بیان دو ژن موثر در همان شرایط اندازه گیری شد. رطوبت نسبی برگ MCC508 به ویژه پس از 24 ساعت در حد معنی داری کمتر از MCC521 بود (05/0 ≥p). در MCC508 پایداری غشا ثبات بیشتری داشت به طوری که نشت الکترولیت و میزان تجمع مالون دی آلدئید (MDA) تقریبا ثابت بود. اما چهار روز تنش، باعث افزایش 2/1 برابری نسبت به شاهد شد. میزان تجمع پرولین چهار روز پس از تنش در MCC508 و MCC521 به ترتیب 8/16 و 4/9 میکرو مول بر گرم بافت تر برگ بود که نسبت به شاهد 1/5 و 8/3 برابر افزایش داشت. بیان نیمه کمی دو ژن Dehydrin1 و CapLEA-1 در ژنوتیپ متحمل MCC508 به ترتیب با 4 و 1/2 برابر نسبت به شاهد، افزایش معنی داری نشان داد (05/0 ≥p) و با ادامه روند تنش این افزایش ادامه داشت. بیان ژن CapLEA-1 در ژنوتیپ حساس تغییرات معنی داری نشان نداد، اما بیان ژن Dehydrin1 در ابتدا نسبت به شاهد 4/1 برابر افزایش و سپس با ادامه تنش کاهش یافت (05/0 ≥p). با توجه به نقش ژن هایDehydrin1 وCapLEA-1 در حفظ ساختار لیپیدها و غشای سلولی، پایداری تاخوردگی صحیح پروتئین ها و سم زدایی به نظر می رسد سطح بیان بالاتر و منظم تر این ژنها می تواند یکی از دلایل احتمالی تحمل بیشتر ژنوتیپ MCC508 نسبت به MCC521 در برابر تنش کم آبی باشد.
    کلیدواژگان: تنش کم آبی، نخود، CapLEA، 1 وDehydrin 1
|
  • Batool Sabertanha, Baratali Fakheri, Nafise Mahdinezhad, Zohre Alizade Pages 1-13
    This study aimed to investigate the effect of drought stress and silver nanoparticles on beta-carotene hydroxylase (bch) gene expression and carotenoid production in saffron. The experiment was implemented in two levels including normal irrigation and full drought stress on nine ecotypes of saffron in three levels: control (distilled water), 55 and 110 ppm of silver nanoparticles levels. This study was conducted in split plot factorial experiment based on randomized complete block design with two replications at research field of Birjand University and biotechnology institute of Zabol University.In order to examine gene expression pattern, after taking leaf samples from all treatments, RNA extraction, cDNA synthesis and determination of temperature gradient, Real time polymerase chain reaction (Real-Time PCR) was used. Then, Data were analyzed using EX and SAS 9.2 software. The main effects of treatments with nine ecotypes of saffron, silver nanoparticle and drought stress and their interaction effects for bch gene expression and amount of carotenoid were significant at 1% probability level. The maximum bch gene expression and the amount of carotenoid was observed in 55 ppm of silver nanoparticles under drought stress in Ghaen ecotype (1478.62 & 21.37 µg.g-1, respectively). Therefore, drought stress and silver Nanoparticles up to 55ppm increased bch gene expression and carotenoid production.
    Keywords: Saffron, Beta-carotene hydroxylase, Nanoparticles, Real Time PCR
  • Masoumeh Fallah Ziarani, Masoud Tohidfar, Zahra Aminfar Pages 15-29
    The biosynthesis pathway of fatty acids is one of the important pathways in the body of most organisms that an enzyme Acyl carrier protein (ACP) plays an important role in it. The purpose of this study is phylogenetic and in silico analysis of gene ACP. More analysis indicate that ACP gene has 4 exons, 3 introns and and 2 mRNA in prokaryotes and 13 exons, 12 introns and 9 mRNA in eukaryotes. This protein has target mitochondrial in plant eukaryotes and non-mitochondrial target in prokaryotes and it is not also included of secreted proteins. The results of multiple alignments by T-Coffee server showed that the ACP genes between bacterial species are more protected than plant species. Phylogenetic analysis of ACP proteins in prokaryotes is revealed that except for a cluster, in other case Gram-positive bacteria are in one cluster and gram-negative bacteria are in another cluster. In eukaryotes, different plant species are scattered in different clusters. These results indicated that clustering in eukaryotes are not relate to species. In addition, the study of ACP proteins in eukaryotes and prokaryotes revealed that both eukaryotes and prokaryotes are placed together in some clusters that is due to the similarities of sequences in species. Comparison of the secondary structure of the protein in eukaryotes and prokaryotes showed that the number of alpha and beta sheets in prokaryotes are more than of eukaryotes. Three-dimensional modeling of this protein was done by homology modeling using Swiss Model database in wheat (as representative of eukaryotic) and bacteria Clostridioides difficile 630 (as represented prokaryotes). The best templates were extracted with high similarity from PDB database. To validation of modeled structure and esterochemical analysis, Ramachandran plot was drawn and dihydral angles were calculated. Structural quality evaluation results showed that the proposed models are good quality and stability. The study of protein structure may help to understand protein function and the details of its structure can be useful in studies of the active site of the protein and docking.
    Keywords: phylogenetic analysis, ACP gene, alighnment, eukaryote, prokaryot
  • Maryam Pasandide Arjmand, Habibollah Samizadeh Lahiji, Mohammad Mohsenzadeh Golfazani Pages 31-42
    Drought is one of the most devastating environmental stresses that adversely affect plant metabolic processes. Many plant genes such as photorespiration ones are involve in response to drought stress. In the present study, the effects of drought stress on the expression level of two peroxisomal (Hydroxy pyruvate reductase (HPR1) and Glycolate oxidase (GO)) and two mitochondrial (Serine hydroxy methyl transferase (SHMT) and Glycine decarboxylase (GDC)) genes were studied in susceptible (Hayola308) and tolerant (SLM046) genotypes of canola (Brassica napus) under stress (irrigation cut at flowering stage) and non-stress conditions. The result of real time-PCR showed that in Hyola308 genotype the expression level of GO gene at 48, 72 and 96 hours after stress was higher than SLM046 genotype. In Hyola308 genotype, the highest expression level of GDC gene observed at 48 hours of stress and then decreased. The highest relative expression level of SHMT gene in both Hyola308 and SLM046 genotypes detected at 24 hours after stress and then in SLM046 genotype, its level decreased at 48 hours after stress, while in Hyola308 genotype, its expression declined over the time of exposure to stress. SLM046 genotype showed highest amount of HPR1 expression level at 48 hours after stress. It seems that the expression of photorespiration genes in SLM046 genotype increased at the initial times of exposure to stress and with continue the stress, it showed more adaptation to stress and control the photorespiration unlike Hyola308.
    Keywords: Drought stress, GDC, GO, HPR1, Investigation of genes expression
  • Azadeh Ghaneie, Naser Safaie, Rahim Mehrabi, Forough Sanjarian Pages 43-54
    This study was carried out to evaluate the effect of salicylic acid on the reduction of disease severity of septoria tritici blotch (STB) in three tetraploeid and three hexaploeid wheat cultivars, under controlled conditions at seedling stage. The 10-day-old seedlings were initially treated with 0 (control), 1, 2 and 4 mM of salicylic acid with a handy sprayer. After 24 hrs, the seedlings were inoculated with fungal spore suspensions adjusted at 107 sopres/ml. The disease progress was evaluated 21 days post inoculation based on visual estimation of the percentage of leaf area with necrotic lesions bearing pycnidia. The results showed that there were significant differences on the reduction of disease severity among different concentrations of applied salicylic acid as well as among cultivar/ concentration interactions. In addition, the results showed that application of salicylic acid reduced disease severity of both tetraploid and hexaploid wheat cultivars and 1 mM salicylic acid was the most effective concentration on the reduction of disease severity. Although, the disease severity was significantly reduced by application of 2 and 4 mM salicylic acid, the effectiveness of these concentrations was less than application of 1mM. Overall, these results revealed that activation of plant defense systems through application of salicylic acid could play a significant role in systemic acquired resistance against STB disease.
    Keywords: Zymoseptoria tritici, salicylic acid, Septoria leaf blotch
  • Maryam Mortezaeefar, Reza Fotovat, Farid Shekari, Shahryar Sasani Pages 55-71
    Environmental conditions lead to biosynthesis of signaling molecules including phytohormones in plants which have important functions as primary messengers in signal transduction and regulating cell metabolism. Jasmonic acid hormone by controlling the transcription factors can play key roles in response to various stresses and developmental processes in plants. Despite numerous studies, plant responses to the hormone are not completely understood. Here, microarray data of Arabidopsis from GEO database was used for analysis of co-expression network. WGCNA (Weighted Gene Co-expression Network Analysis) analysis determines 25 gene groups (modules) that their expression profiles correlated highly significant with each other in response to jasmonic acid. Gene ontology was utilized to investigate each module for statistical significance. This analysis indicated that jasmonic acid controls many processes including photosynthesis, cell programmed death, and response to various stresses. In addition, many of transcription factors such as 11 genes of NAC family and 12 genes of bHLH family play roles in the regulation of jasmonic acid responses and adjust processes including response to biotic and abiotic stresses, flower development and response to light.
    Keywords: biotic, abiotic stress, flowering, photosynthesis, programming cell death, system biology
  • Aliasghar Sedaghati, Saeedreza Vessal, Farajallah Shahriari, Abdoreza Bagheri Pages 57-68
    Water deficit is the most important abiotic stress limiting crop productivity in most arid and semi-arid areas of the world and Iran. In order to achieve precise experimental comparisons, the response of chickpea genotypes MCC508 and MCC 521 to water deficit was evaluated and then expression of the genes assessed under the same stress situation. Decreasing trend of Relative Water Content (RWC) was significantly less in MCC508 compared with MCC521, especially after 24 hours (p≤0.05). Membrane Stability Index (MSI) was also higher in MCC508 whereas electrolyte leakage and Malondialdehyde (MDA) accumulation were almost stable but increased 1.2-fold relative to control after four days stress. Proline was accumulated up to 16.8 and 9.4 µ mol g-1FW in MCC508 and MCC521 after 4 days, which indicated an increase of 5.1 and 3.8 fold related to the control, respectively. Semi-quantification gene expression analysis for Dehydrin1and CapLEA-1 showed different response to water deficit for each genotype. Both of these genes up-regulated in tolerant genotype MCC508 with the amount of 4 and 2.1 fold compared to their respective control (p≤0.05) so that the up-regulation trend steadily continued under the stress situation. However, CapLEA-1 expression was not significantly regulated in the sensetive genotype; instead, Dehydrin1regulation was significantly evident as much as 1.4 fold increase and then decreased (p≤0.05). It, therefore, seems that stable, high up-regulation of Dehydrin1and CapLEA-1 genes and their function (stability of lipids and cell memebrane, correct protein folding and detoxificaton) might be a possible reason for high tolerancy response to water deficit in MCC508 compared to MCC521.
    Keywords: chickpea, CapLEA-1, Dehydrin 1, water deficit stress