فهرست مطالب

زیست فناوری گیاهان زراعی - پیاپی 25 (بهار 1398)

مجله زیست فناوری گیاهان زراعی
پیاپی 25 (بهار 1398)

  • تاریخ انتشار: 1398/02/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • زهرا امین فر، بابک ربیعی*، مسعود توحیدفر، محمدحسین میرجلیلی صفحات 1-17
    ایزوپرینوئیدها و مشتقات آن ها بزرگترین گروه از ترکیبات طبیعی در گیاهان هستند که از واحدهای پنج کربنه ایزوپرینیل فسفات ساخته می شوند. این واحدهای پنچ کربنه در گیاهان از طریق دو مسیر بیوسنتزی مجزا شامل مسیر موالونات (MVA) در سیتوپلاسم و مسیر متیل اریتریتول فسفات (MEP) در پلاستید، تولید می شوند. به منظور انجام متا-آنالیز ژن های دو مسیر MVA و MEP از داده های بیانی آزمایشات ریزآرایه در بافت های مختلف، مراحل نموی، تنش های زیستی و غیرزیستی در گیاه مدل آرابیدوپسیس استفاده شد. متا-آنالیز ترانسکریپتوم با استفاده از ابزار Genevestigator به عنوان یک بانک اطلاعاتی بزرگ شامل داده های ترانسکریپتوم مخازن GEO در NCBI و ArrayExpress در EBI، انجام گرفت. نتایج حاصل از متا-آنالیز نشان داد که به طور کلی رونویسی ژن های کد کننده آنزیم های دو مسیر MVA و MEP گیاهی با هم هماهنگ نیست و در بافت ها، مراحل رشدی و شرایط مختلف الگوی بیانی متفاوتی دارند. ژن های مسیر MVA بیشترین بیان را در ریشه و اندام های زایشی نشان می دهند، درحالی که ژن های مسیر MEP بیشتر در بافت های فتوسنتزی بیان می شوند. این نتایج می تواند به درک چگونگی تولید پیش سازهای ایزوپرینوئیدها از طریق دو مسیر با جایگاه متفاوت کمک کرده و همچنین سازماندهی شبکه های ژنی و تنظیم آن ها در شرایط، بافت ها و مراحل نموی مختلف را آشکار می سازد.
    کلیدواژگان: ایزوپرینوئیدها، ترانسکریپتوم، ریزآرایه، متا-آنالیز، Genevestigator
  • نگار باقری، مسعود احمدزاده*، غلامرضا صالحی جوزانی صفحات 19-33
    تلقیح توام ریزوباکتری های افزاینده رشد گیاه و عوامل کنترل زیستی آفات و بیماری ها، رویکردی در مدیریت سلامت و بهبود تولید و کیفیت محصولات کشاورزی می باشد. در این تحقیق به مطالعه اثرات متقابل دو سویه باکتریایی Bacillus amyloliquefaciens UTB96 و Azospirillum oryzae NBT506 در تحریک رشد گیاه گندم و بازدارندگی قارچ Fusarium graminearum (عامل بلایت خوشه و پوسیدگی طوقه گندم) در دو حالت کشت منفرد و هم کشتی پرداخته شد. نتایج نشان داد که باکتری ها در کشت منفرد و هم کشتی بخوبی از رشد قارچ بیماری زا به صورت مستقیم و با ترکیبات فرار جلوگیری کردند و این نتایج در شرایط اتاقک رشد هم مشاهده شد که هم کشتی دو سویه به شدت باعث افزایش شاخص های رشدی گیاه و کاهش خسارت و علائم بیماری نسبت به شاهد شد. بهترین تیمارهای باکتری ها در حالت محلول پاشی در سطح خاک بودند. در محلول پاشی سطح خاک با این عوامل میکروبی، طول ریشه 80-14 درصد، وزن تر ریشه 167-18 درصد، وزن خشک ریشه 110-4 درصد، طول ساقه 61-17 درصد، وزن تر ساقه 169-47 درصد و وزن خشک ساقه 90-4/0 درصد افزایش را نشان دادند همچنین درصد کاهش شاخص بیماری نیز 100- 62 درصد در تیمارهای مختلف برآورد شد. به طور کلی هم کشتی دو باکتری اثرات هم افزایی در افزایش رشد گندم و کاهش رشد قارچ بیمارگر نشان داد.
    کلیدواژگان: اثر هم افزایی، کنترل زیستی، هم کشتی، Bacillus amyloliquefaciens و Azospirillum oryzae
  • نیلوفر پیکاری، کتایون زمانی* صفحات 35-45
    ایجاد گیاهان تراریخته نیازمند پروموترهای جدید است. با ظهور فناوری های توالی یابی نسل نو و تولید انبوه داده های ژنومی برای گونه های مختلف گیاهان زراعی که با توسعه ابزارهای بیوانفورماتیکی همراه شده ، فرصت مناسبی برای شناسایی، جداسازی و بررسی ویژگی های پروموترهای جدید فراهم آمده است. به دلیل وجود ملاحظاتی در مورد استفاده از پروموترهای ویروسی در گیاهان تراریخته لزوم همسانه سازی و استفاده از پروموترهایی با منشا گیاهی احساس می شود. پروموترهای دائمی با منشا گیاهی معمولا دارای عناصر تنظیمی غیر اختصاصی بوده و به سادگی قابلیت بیشتری را در به کارگیری ماشین رونویسی سلول گیاهی برای رونویسی از ژن ها دارا هستند. بر اساس نحوه بیان ژن ها، پروموترها به سه دسته دائمی، القایی و ویژه بافت طبقه بندی می شوند. ژن های خانه دار بهترین و مهمترین منبع برای جداسازی پروموترهای دائمی هستند. در این پژوهش، بیان ژن گزارشگر بتا-گلوکورونیداز تحت کنترل پروموتر ژن پلی یوبی کوئیتین 10 نخود (Cicer ariethinum) در بافت های توتون بررسی شد. عملکرد CaUBQ10 در برگ ، ساقه و ریشه های گیاهان تراریخته پایدار توتون تایید شد که نشان می دهد CaUBQ10 یک پروموتر دائمی است و می تواند انتخاب مناسبی برای بیان بالای ژن های مورد نظر در کلیه مراحل زندگی گیاه باشد.
    کلیدواژگان: پروموتر دائمی، CaMV35S، پلی یوبی کوئیتین، نخود، ژن خانه دار
  • راضیه رحمتی، محمدعلی ابراهیمی*، حمید سبحانیان، سید قاسم حسینی سالکده، محمدرضا غفاری صفحات 47-57
    گیاه ادریسی (Hydrangea macrophylla) گیاهی است که رنگ گل های آن در حضور آلومینیوم از صورتی به آبی تغییر می کند. از این رو می تواند به عنوان یک گیاه مدل برای شناسایی شبکه های متابولیکی درگیر در تشکیل رنگ آبی مورد بررسی قرار گیرد. در این تحقیق آنالیز پروفایل متابولیت ها با استفاده از کروماتوگرافی یونی جفت شده با اسپکترومتری جرمی (IC-MS/MS) و کروماتوگرافی مایع در فشار بالا (UPLC) به منظور بررسی شبکه های تنظیمی بین متابولیت ها در زمان تغییر رنگ گل از صورتی به آبی، در حضور و عدم حضور آلومینیوم، در گیاه H. macrophylla انجام شد. تعیین پروفایل متابولیت ها منجر به به شناسایی 35 نوع متابولیت شامل 2 قند محلول، 4 قندفسفات، 2 قند نوکلئوتیده، 4 اسید آلی، 4 نوکلئوتید و 17 آمینواسید شد. همچنین یک تغییر هماهنگ در متابولیت های گلیگولیز یافت شد که نشانگر تغییر در شار متابولیت ها در یک مسیر بیوشمیایی در زمان تغییر رنگ بود. همچنین یک همبستگی بالا بین ترکیبات نیتروژن دار از قبیل گلوتامین، آسپارتات، گلوتامات، گلایسین و ترئونین وجود داشت که بیانگر نقش مهم متابولیسم نیتروژن در تشکیل رنگ آبی است. این یافته ها مطالعات جامع بر روی شبکه های تنظیمی تغییر رنگ در گل H. macrophylla را تسهیل خواهد کرد.
    کلیدواژگان: متابولیسم اولیه، تشکیل رنگ آبی، آلومینیوم، هیدرانژیا ماکروفیلا
  • رضا میر دریکوند*، سید سجاد سهرابی، سید محسن سهرابی، کامران سمیعی صفحات 59-74
    میکرو RNA ها (miRNAs) گروهی از مولکول های RNA کوچک و غیر کدکننده با طولی حدود 24-18 نوکلئوتید هستند که بیان ژن های هدف خود را در سطوح مختلف رونویسی و پس از رونویسی در گیاهان کنترل می کنند. میکرو RNA ها در فرآیندهای مختلفی مانند رشد و نمو، فرآیندهای زیستی، تکثیر سلولی و پاسخ به تنش ها در گیاهان نقش مهمی بازی می کنند. گشنیز زراعی با نام علمی (Coriandrum sativum L.) گیاهی از خانواده چتریان (Apiaceae) است که دارای کاربردهای غذایی و دارویی مختلفی است. ژنوم این گیاه تاکنون توالی یابی نشده است و هیچ گونه گزارشی از شناسایی میکرو RNA ها برای آن ثبت نشده است. مطالعه حاضر به منظور شناسایی میکرو RNA های محافظت شده بالقوه و ژن های هدف آن ها در ترنسکریپتوم گیاه گشنیز صورت گرفت. ابتدا ترنسکریپتوم بافت های بذر و برگ این گیاه سرهم بندی شد و رونوشت های غیر کد کننده به پروتئین شناسایی و به عنوان توالی های کاندید پیش ساز میکرو RNA در نظر گرفته شدند. در نهایت از بین توالی های کاندید سه میکرو RNA با نام های csa-miR162، csa-miR169 و csa-miR399 متعلق به سه خانواده محافظت شده میکرو RNA پس از اعمال فیلترهای سخت گیرانه شناسایی شد. میکرو RNAهای شناسایی شده دارای بیان متفاوتی در بافت های بذر و برگ بودند و نقش ژن های هدفشان در فرآیندهای مختلف زیستی نیز مورد تایید قرار گرفت. در مجموع با توجه به اینکه میکرو RNAهای شناسایی شده در مطالعه حاضر دارای نقش تنظیمی بر طیف وسیعی از شبکه های ژنی و فرآیندهای زیستی مختلف در گیاه گشنیز هستند، می توان از آن ها به عنوان ژن های کاندید در بهبود عملکرد کمی و کیفی و همچنین مقاومت به تنش های مختلف در این گیاه بهره برد.
    کلیدواژگان: ترنسکریپتوم، ساختار ثانویه، گیاه گشنیز، میکرو RNA، miRBase
  • سید حمیدرضا هاشمی پطرودی*، قربانعلی نعمت زاده، مارکوس کولمن صفحات 75-88
    یکی از راهبردهای متداول جهت پیش بینی عملکرد ژن ها، تجزیه و تحلیل گستره ژنومی و شناسایی خوشه های ارتولوگ و پارالوگ در گونه های مختلف می باشد. با توجه به اهمیت ژن های پارالوگ در سازگاری یک گونه به شرایط خاص محیطی، در این تحقیق شناسایی ژن های پارالوگ در گیاه هالوفیت آلوروپوس لیتورالیس مدنظر قرار گرفت. بدین منظور پروتئوم این گیاه با برخی از گیاهان تیره گندمیان نظیر برنج، چمن جاوری و سورگوم در گستره ژنومی مقایسه شد. بر مبنای آنالیز OrthoMCL، بررسی مقایسه ای تعداد 15916 ژن آلوروپوس با توالی پروتئوم دیگر گیاهان، منجر به شناسایی بیش از 10312 گروه ژنی اورتولوگ گردید که در همه گونه های مورد بررسی مشترک بوده، در حالیکه70 گروه ژنی پارالوگ به گیاه آلوروپوس اختصاص پیدا نمود. مستندسازی این خوشه ها بر مبنای ژن انتولوژی حاکی از کارکرد آنها در مسیرهای مهم زیستی نظیر فرایندهای سلولی، فرایندهای متابولیکی DNA، سازماندهی کروماتین، پاسخ به محرک های محیطی، رشد و چرخه سلولی بوده است. بررسی بزرگترین گروه این مجموعه، منجر به شناسایی خانواده ای از پلی پپتیدهای کوچک با اندازه 72-39 اسید آمینه به نام DEVIL (DVL) گردید. بررسی موتیف های این گروه ژنی نشان داد 3 موتیف مختلف با مجموع 10 جایگاه در این گروه پروتئینی وجود دارد. نمودار Heatmap بر مبنای آنالیز ترانسکریپتوم نشان داد، الگوی متنوعی از بیان ژن در خانواده ژنی DVL وجود داشته که گواهی بر بازآرایی وظایف این ژن ها در فرایندهای زیستی و کارکردهای مولکولی سلول می باشد. بررسی عملکردی پپتیدهای فیتوهورمونی AlDVL در مطالعات آتی می تواند به شناسایی نقش احتمالی آنها در مکانیسم های دخیل در تحمل به تنش خشکی و شوری سودمند باشد.
    کلیدواژگان: آلوروپوس لیتورالیس، هالوفیت، پلی پپتیدهای کوچک، فیتوهورمون، DEVIL
|
  • Zahra Aminfar, Babak Rabiei *, Masoud Tohidfar, Mohammad Hossein Mirjalili Pages 1-17
    Isoprenoids and their derivatives represent the largest group of natural compounds in plants that are biosynthesized from isoprenyl diphosphate C5 units. These C5 units generated by two distinctive biosynthetic pathways in plants including mevalonate (MVA) pathway in the cytoplasm and methylerthritol phosphate (MEP) pathway in plastids. To perform a meta-analysis of two pathways of MVA and MEP, expression data of the microarray experiments in different tissues, developmental stages, biotic and abiotic stresses were used in Arabidopsis thaliana as a model plant. The transcriptom meta-analysis was carried out using Genevestigator as a large database containing transcriptomics data of GEO in NCBI and ArrayExpress in EBI. The results of the meta-analysis showed that the transcription of genes encoding the enzymes of MVA and MEP pathway did not coordinate and they had different expression patterns in developmental stages, various tissues and conditions. MVA pathway genes show the highest expression in the roots and reproductive organs, while the MEP pathway genes are expressed in photosynthetic tissues. The results obtained here can help to understand how the underlying pathway gene networks are organized and regulated in different conditions, tissues and developmental stages.
    Keywords: Genevestigator, Isoprenoids, Meta-analysis, Microarray, Transcriptome
  • Negar Bagheri, Masoud Ahmadzadeh *, Gholamreza Salehi Jouzani Pages 19-33
    Co-inoculation of plant growth promoting bacteria and biological control agents, is a strategy to improve health, yield and quality of crop production. The objective of the present study was to evaluate interactions of two bacterial strains, Bacillus amyloliquefaciens UTB96 and Azospirillum oryzae NBT506, on growth promotion of wheat and control of the causal agent of Fusarium head blight, Fusarium graminearum. The results showed that single and co-culture of these strains inhibit mycelium growth of F. graminearum by direct inhibition and volatile organic compounds. In germinator assays, different wheat growth features were increased and disease index was decreased. Results showed that co-inoculation or single application of the bacteria in the soil significantly enhanced root length (14-80%), root fresh weight (18-167%), root dry weight (4-110%,), shoot length (17-61%), shoot fresh weight (47-169%) and shoot dry weight (up to 90%). In addition, a significant decrease in disease index (62-100%) was observed in different single and co-culture treatments. In conclusion, the studied two bacterial strains showed synergistic effects on wheat growth promotion and fungal growth inhibition.
    Keywords: Azospirillum oryzae, Bacillus amyloliquefaciens, Biological control, Interaction, Synergistic effect
  • Niloufar Peykari, Katayoun Zamani * Pages 35-45
    Producing transgenic plants need new promoters. Due to the advent of next generation sequencing technologies and the production of massive genomic data for various crop plant species paralleled by the development of bioinformatics tools, there is an opportunity ‎to identify, isolate and characterize new promoters. Because of public concern about using viral promoters, there is a need for cloning and using plant promoters in transgenic food crops. Native plant constitutive promoters may be composed of non-specific elements that are simply more efficient at protein recruitment for transcription. Promoters are classified as inducible, constitutive and tissue specific according to the nature of gene expression they regulate. Housekeeping genes are the best and most important sources for isolating the constitutive promoters. In this study, -Glucoronidase reporter gene expression mediated by a polyubiquitin promoter (CaUBQ10) from chickpea (Cicer ariethinum) was analyzed in tobacco tissues. The functionality of the CaUBQ10 was confirmed in leaves, stems, and roots of stably transformed tobacco plants and suggested that the CaUBQ10 is a constitutive promoter and may provide a valuable choice for high-level expression of target genes during the life cycle of a plant.
    Keywords: CaMV35S, polyubiquitin, Cicer ariethinum, housekeeping gene
  • Razieh Rahmati, Mohammad Ali Ebrahimi *, Hamid Sobhanian, Ghasem Hosseini Salekdeh, Mohammad Reza Ghaffari Pages 47-57
    Hydrangea macrophylla is a plant that its blooms turn from pink to blue in the presence of aluminum (Al) and thereby could be considered as a model plant for studying blue color formation. In this study, the metabolite profiling analysis has been performed using ion chromatography coupled to mass spectrometry (IC-MS/MS) and Ultra Performance Liquid Chromatography (UPLC) to investigate the regulatory connected network among metabolites during color turning from pink to blue in full bloom of H. macrophylla in the presence and absence of aluminum. The metabolite profiles resulted in identification of 35 metabolites including two soluble sugars, six sugar phosphates, two sugar nucleotides, four organic acids, four nucleotides and 17 amino acids. Further, a coordinated change was found in glycolytic metabolites showing changes in flux through a pathway during color formation. Moreover, there was a strong correlation among nitrogenous compounds including glutamine, aspartate, glutamate, glycine and threonine indicating the important role of nitrogen metabolism during blue color formation. These findings will facilitate comprehensive research on the regulatory networks of color change in full bloom in H. macrophylla.
    Keywords: Primary metabolism, blue color formation, aluminum, Hydrangea macrophylla
  • Reza Mir Drikvand *, Seyyed Sajad Sohrabi, Seyyed Mohsen Sohrabi, Kamran Samiei Pages 59-74
    MicroRNAs (miRNAs) are a class of small and noncoding RNAs with length of 18-24 nucleotides that control the expression of target genes at the transcriptional and post-transcriptional levels in plants. The miRNAs play an important role in different processes such as growth and development, cell proliferation and response to stresses in plants. Coriander or Coriandrum sativum L. is a plant of Apiaceae family with different nutritional and pharmaceutical applications. Up to now, the genome of this plant has not been sequenced and there is no report of miRNAs identification has been recorded for it. The present study was performed to identify the conserved miRNAs and their target genes in transcriptome of coriander plant. Firstly, Transcriptome of seed and leaf tissues was assembled and non-coding transcripts were identified and considered as miRNA precursor. Finally, among candidate sequences, three miRNAs named csa-miR162, csa-miR169 and csa-miR399 belong to three conserved families were identified after strict filtering. Identified miRNAs showed differential expression between seed and leaf tissues and also role of their target genes in different biological processes was confirmed. In general, given the regulatory roles of identified miRNAs on broad spectrum of gene networks and biological processes of coriander plant in the present study, these miRNAs can be used as candidate genes to improve qualitative and quantitative yield and resistance to different stresses in this plant.
    Keywords: Coriander plant, miRBase, miRNA, Secondary Structure, Transcriptome
  • Seyyed Hamidreza Hashemi, Petroudi *, Ghorbanali Nematzadeh, Markus Kuhlmann Pages 75-88
    Genome-wide identification of orthologs and paralogs gene clusters across different species is considered as a common strategy for predicting gene function. Regarding to importance role of species-specific paralog genes in adaptation to specific environmental stresses, identification of paralog genes in the Aeluropus littoralis, halophyte plant, was considered in this study. For this purpose, the proteome data of four species including A. littoralis, Oryza sativa, Brachypodium distachyon and Sorghum bicolor was compared genome-widely. Based on OrthoMCL analysis, by comparing of 15916 protein sequences of A. littoralis to proteome of other species, 10312 orthologs gene cluster were identified that shared in all given species while 70 unique paralog gene clusters were devoted to A. littoralis. Gene ontology annotation of these paralog clusters showed that they are involved in key biological processes such as cellular processes, metabolic DNA processes, chromatin organization, response to environmental stimuli and cell growth and cycle. The study of the largest cluster of this set led to the identification of a family of small polypeptides (72-39 aa) that is called DEVIL (DVL). Analysis of A. littoralis transcriptome data in a Heatmap display a divergence in gene expression patterns of DVL gene family that could be an evident for their sub‐functionalization in biological processes and molecular functions of the cell. Functional analysis of AlDVL peptide hormones (phytohormones) could be useful for identifying their potential role in the mechanisms involved in drought and salinity tolerance.
    Keywords: Aeluropus littoralis, halophytes, small polypeptides, phytohormone, DEVIL