فهرست مطالب

زیست فناوری گیاهان زراعی - پیاپی 36 (زمستان 1400)

مجله زیست فناوری گیاهان زراعی
پیاپی 36 (زمستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1401/01/27
  • تعداد عناوین: 7
|
  • علیرضا پی ریز، لیلا نژادصادقی*، دارویش نباتی احمدی صفحات 1-15

    microRNA (میکروارنا)، دسته ای از مولکول های کوچک و غیر کد کننده بوده که بیان ژن را در حیوانات و گیاهان تنظیم می کند. زنیان (Trachyspermum ammi)، گیاه شناخته شده ای از نظر خواص دارویی می باشد. تاکنون گزارشی از شناسایی میکروارنا برای گیاه دارویی زنیان در پایگاه داده mirbase ثبت نشده است. از این رو در مطالعه حاضر به منظور پیش بینی میکروارنا و ژن های هدف، از رویکرد محاسباتی مبتنی بر جستجوی همسانی از طریق الگوریتم Blastx در برابر پایگاه داده mirbase استفاده شد. پارامترهای درصد باز GC، حداقل انرژی آزاد تاخوردگی، شاخص حداقل انرژی آزاد تاخوردگی و ساختار ثانویه صورت گرفت و توالی های کاندید پیش ساز میکروارنا شناسایی شدند. به منظور بررسی بیان ژن های منتخب با استفاده از PCR time Real یک آزمایش در قالب طرح کاملا تصادفی در گلدان روی اکوتیپ اراک زنیان در سه سطح صفر، 12 و 24 ساعت پس از اعمال متیل جاسمونات صورت گرفت. در مجموع تعداد نه میکروارنای mi156، miR160، miR166، miR168، miR171، miR172، miR396، miR477 وmiR827 شناسایی شد. نتایج تخمینی نشان داد که آنها 931 ژن متعلق به چندین خانواده ژنی با عملکردهای بیولوژیکی متفاوت در زنیان را تنظیم می کنند. جاسمونات و مشتقات آن مولکول های سیگنال دهنده گیاهی هستند. از این رو، بیان miR160 و miR166 با تکنیک PCR time Real مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که pri-miR160 و pri-miR166 در پاسخ به تیمار متیل جاسمونات افزایش پیدا می کنند. این موضوع نشان می دهد که pri-miR160 و pri-miR166 با انتقال هورمون مرتبط است.

    کلیدواژگان: ترنسکریپتوم، زنیان، متیل جاسمونات، MicroRNA
  • مژده عرب، سید کمال کاظمی تبار*، سید حمیدرضا هاشمی پطرودی صفحات 17-31

    یکی از زیرخانواده های ژنی حسگرهای کلسیم، پروتیین های شبه کالسینیورین B (CBLs) بوده که به عنوان یک مولکول پیام رسان ثانویه در بسیاری از فرایندهای بیولوژیکی و عملکردهای مولکولی سلول های گیاهی نقش ایفا می کنند. در این تحقیق، بررسی گستره ژنومی زیرخانواده ژنی CBL در گیاه کنجد مورد بررسی قرار گرفت. تعداد نه ژن SiCBL در ژنوم کنجد شناسایی گردید که بر پایه روابط اورتولوگی با ژن های گیاه مدل آرابیدوپسیس، در قالب شش گروه پروتیینی SiCBL1، SiCBL2، SiCBL3، SiCBL4، SiCBL8 و SiCBL10 طبقه بندی شدند. وزن مولکولی پروتیین های SiCBL در محدوده 4/24 الی 9/37 کیلو دالتون، محدوده pH ایزوالکتریک اسیدی، شاخص ناپایداری 99/33 الی 46/47 درصد و شاخص آلیفاتیک 29/80 الی 89/106 و GRAVY در محدوده 420/0- الی 061/0 متغیر بود. پیش بینی تغییرات پس از ترجمه توالی پروتیینی CBL نشان داد موتیف پالمیتوییلاسیون در همه پروتیین های CBL گیاه کنجد مشاهده شد، در حالی که اکثر آنها فاقد موتیف میریستویلاسیون بودند. در بررسی ساختار ژنی، 11 درصد ژن های SiCBL دارای نه اگزون، 11 درصد دارای هشت اگزون و 77 درصد دارای هفت اگزون بودند. تجزیه و تحلیل الگوی RNA-seq زیرخانواده SiCBL تحت تیمار PEG نشان داد اگرچه اعضای این خانواده در دو رقم حساس و متحمل، الگوی بیان به نسبت مشابه ای داشتند ولی هر یک از اعضای این خانواده ژنی به دلیل انشقاق عملکردی، از الگوی بیان منحصربفردی برخوردار بودند. مطالعات تکمیلی بیان ژن های خانواده ژنی SiCBL و SiCIPK تحت تنش های غیر زیستی مختلف در تحقیقات آتی می تواند در درک مکانیسم تنظیمات بیان ژن های مرتبط با مسیر SOS مفید باشد.

    کلیدواژگان: حسگرکلسیم، خانواده ژنی، کنجد، CBL، PEG
  • سحر قهرمانی قهرمانلو، رضا درویش زاده* صفحات 33-48

    ذرت بعد از گندم و برنج جزو سومین غله مهم در سراسر جهان بوده و یک دانه اصلی برای بسیاری از مردمان در آفریقا، آمریکای لاتین و آسیا به حساب می آید. اطلاع از نحوه عمل و میزان اثر ژن ها یکی از ضرورت ها جهت دست یابی به ارقام با بازدهی بالاست. در این راستا فن آوری نشان گرهای مولکولی نیاز به اطلاع از شجره ژنوتیپ ها جهت برآورد ماتریس خویشاوندی لازم برای برآورد ارزش های اصلاحی ژنوتیپ ها را برطرف نموده است. در این پژوهش، تعداد 97 ژنوتیپ ذرت در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با شش تکرار به لحاظ 17 صفات مختلف زراعی ارزیابی شدند. در آزمایش مولکولی پروفیل مولکولی ژنوتیپ ها با استفاده از 28 جفت ترکیب آغازگری چندشکلی در تکثیر بین رتروترنسپوزون ها (IRAP) و چندشکلی در تکثیر بین ریزماهواره و رتروترنسپوزون (REMAP) تهیه شد. ارزش اصلاحی ژنوتیپ ها در ارتباط با هر یک از صفات موردمطالعه به روش بهترین پیش بینی نا اریب خطی (BLUP) در قالب مدل خطی مخلوط (MLM) با بهره مندی از ماتریس خویشاوندی یا Kinship محاسبه شده بر اساس داده های مولکولی، برآورد شد. با در نظر گرفتن مجموع ارزش های اصلاحی برآورد شده برای صفات موردمطالعه، ژنوتیپ هایP3L11 ، P10L9، P9L6، P19L5 Kahia و (Paternal)OH43/1042 بالاترین رتبه را داشتند. ارزش اصلاحی مثبت نشان می دهد این ژنوتیپ ها بیش ترین توان در انتقال ارزش صفات به نسل بعد را دارند. ژنوتیپ P14L2 با دارا بودن ارزش اصلاحی مثبت و بالا برای صفات طول برگ، نسبت سطح برگ، وزن چوب بلال و شاخص سطح برگ و ژنوتیپ P16L6 Kahia با داشتن ارزش اصلاحی مثبت و بالا برای صفات ارتفاع بوته تا بلال، طول چوب بلال و وزن دانه در بوته می توانند به عنوان والدین مطلوب برای اصلاح این صفات در برنامه های به نژادی ذرت معرفی شوند.

    کلیدواژگان: ارزش اصلاحی، بهترین پیش بینی نااریب خطی، صفات کمی، ذرت، نشانگرهای مبتنی بر رتروترنسپوزون
  • زهرا قربانزاده، مهربانو کاظمی الموتی، لیلا پورهنگ، سید محمد موسوی پاکزاد، الهه معتمد، مونا ماپار، علی اکبر عبادی، محمدرضا غفاری، قاسم حسینی سالکده، بهزاد قره یاضی، مطهره محسن پور* صفحات 49-62

    بهبود ساختار ریشه منجر به افزایش عملکرد دانه و کیفیت بالاتر بذر می شود و این امر از طریق بهبود رشد گیاه، استقرار بهتر در خاک، جذب بیشتر آب و تغذیه و بیوسنتز اسیدهای آمینه و هورمون ها حاصل شده و باعث افزایش کارایی استفاده از مواد مغذی و تحمل تنش در گیاه می شود. خشکسالی یک چالش جدی در کشور است و بنابراین تولید محصولات متحمل به خشکی دارای اهمیت خواهد بود. در این پژوهش حضور ژن DRO1 (تغییر دهنده ساختار ریشه برنج) که در تغییر زاویه رشد ریشه نقش دارد در برنج رقم هاشمی بررسی و با توالی مشابه آن در برنج رقم Kinandang Patong مورد مقایسه قرار گرفت. سپس این ژن در کنار ژن OsCKX4 (موثر در بهبود ساختار ریشه) قرار داده شد. ژن های OsCKX4 و DRO1 برگرفته از ارقام خودرو برنج طی مراحلی به ترتیب تحت پیش برنده مختص ریشه و پیش برنده دایمی همسانه سازی و در ناحیه T-DNA حامل دوگانه اگروباکتریومی قرار داده شدند. سازه حاصل موسوم به pUhrCkDro به اگروباکتریوم سویه EHA105 منتقل و برای انتقال ژن به برنج رقم هاشمی مورداستفاده قرار گرفت. پس از انجام مراحل انتقال ژن، گیاهان باززا شده حاصل در محیط انتخابی حاوی 50 میلی گرم بر لیتر هیگرومایسین در مراحل مختلف کالوس زایی، باززایی و ریشه زایی زنده مانده و رشد کرده و به محلول یوشیدا و سپس به گلدان منتقل شدند. گیاهان تراریخته احتمالی توسط واکنش زنجیره ای پلیمراز تایید قرار و رخدادهای مستقل مشخص شدند. مقایسه فنوتیپ ریشه با گیاه شاهد تفاوت ظاهری در ساختار ریشه نشان داد. گیاهان تراریخته حاصل در گلخانه تراریخته پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی بذرگیری و در نسل های T1 و T2 تحت آزمون های مولکولی برای تشخیص رخدادهای خالص قرار گرفتند. با توجه به نتایج این پژوهش احتمالا سازه چند ژنی حاصل می تواند با هدف تغییر ساختار ریشه و تحمل به خشکی برای انتقال ژن به سایر گیاهان نیز موثر واقع شود. امید است تولید برنج تراریخته با ساختار ریشه قوی تر منجر به تحمل خشکی، کاهش مصرف آب و بهبود عملکرد در شرایط تنش خشکی شود.

    کلیدواژگان: انتقال چند ژنی، مهندسی معماری ریشه، DRO1، CKX4
  • منا فراجی هریس، محمدرضا واعظی کاخکی*، نسرین ملانیا، محمد آرمین صفحات 63-73

    تنش های غیر زیستی و کالوس زایی می توانند سبب افزایش ترکیبات فنلی شوند. هدف از این پژوهش افزایش مقدار فنل کل و فعالیت آنتی اکسیدانی در گیاه دارویی عدس الملک (Securigera securidaca) و کالوس های حاصل از آن به وسیله تنش فراصوت، در شرایط درون آزمایشگاهی بود. گیاهان در گلخانه رشد کردند. کالوس زایی با محیط کشت MS حاوی 2/2 میلی گرم بر لیتر آلفا نفتالیک استیک اسید و 8/8 میلی گرم از 6-بنزیل آمینو پورین انجام شد. تنش فراصوت بر روی گیاه اصلی به مدت 10، 20 و 30 دقیقه و در طی 15 روز، در شرایط درون آزمایشگاهی اعمال شد. تنش فراصوت بر روی کالوس به مدت 10 دقیقه و به مدت 15 روز صورت گرفت. نمونه ها در روزهای گوناگون (روز اول، پنجم، دهم و پانزدهم) جمع آوری شدند. سپس نمونه ها در آون خشک و عصاره اتانولی از آن ها تهیه شد. آزمون های تعیین مقدار فنل کل و فعالیت آنتی اکسیدانی به وسیله روش های Folin-Ciocalteu و Wu بر روی برگ های گیاه اصلی و کالوس آن انجام شد. نتایج نشان دادند بیشترین مقدار فنل کل در گیاه در تنش فراصوت، در روز اول و تیمار 30 دقیقه بود. در تمامی تیمارها، فعالیت آنتی اکسیدانی نسبت به نمونه شاهد کاهش یافته بود. بیشترین مقدار فنل کل در کالوس های در تیمار تنش فراصوت، در روز پانزدهم مشاهده شد. فعالیت آنتی اکسیدانی در کالوس های در تنش فراصوت نسبت به نمونه کنترل کاهش یافت؛ بنابراین می توان نتیجه گرفت که تنش فراصوت در نمونه های این آزمایش سبب افزایش مقدار فنل کل شد اما بر فعالیت آنتی اکسیدانی تاثیری نداشت. همچنین کالوس زایی و تنش فراصوت به طور هم زمان سبب افزایش مقدار فنل کل می گردد.

    کلیدواژگان: : تنش اولتراسونیک، تنش غیر زیستی، گیاهان دارویی، متابولیت های ثانویه
  • خسرو مفاخری*، مصطفی ولی زاده، سید ابوالقاسم محمدی صفحات 75-93

    تنش های غیر زنده به خصوص تنش کم آبی در گیاهان باعث ایجاد تنش اکسایشی و تولید گونه های فعال اکسیژن (ROS) و در نتیجه آسیب جدی به DNA، پروتیین و ساختار درونی گیاهان می شوند. گیاهان به منظور مقابله با این تنش ها دارای مکانیسم ها و سیستم های دفاع آنزیمی و غیر آنزیمی هستند. هم اکنون باتوجه به تغییرات اقلیمی، تنش کم آبی یکی از مشکلات اصلی تولید در بخش کشاورزی است. باتوجه به اهمیت مطالعات مولکولی و پاسخ های مولکولی و آنزیمی گیاهان تحت شرایط تنش های غیر زنده، بیان نسبی ژن های کاتالاز و DREB-2 با تکنیک واکنش زنجیره ای پلیمراز زمان واقعی (Real Time-PCR) و فعالیت آنزیمی کاتالاز در دو ژنوتیپ SC706 و SC260 ذرت تحت تنش کم آبی موردمطالعه قرار گرفته است. آزمایش در شرایط مزرعه ای و به صورت اسپلیت پلات در قالب طرح پایه بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار و در سه شرایط آبیاری نرمال، تنش ملایم و تنش شدید کم آبی اجرا شد. نتایج آنالیز بیان نسبی ژن ها اختلاف معنی داری بین تیمارها را نشان داد به صورتی که با افزایش شدت تنش کم آبی نسبت به آبیاری نرمال بر میزان فعالیت آنزیمی و بیان نسبی ژن های مورد بررسی افزوده شد. تحت تنش کم آبی شدید و ملایم نسبت به آبیاری نرمال ژن DREB-2 به ترتیب با 690 و 211 درصد بیشترین درصد افزایش را نشان دادند. در این مطالعه براساس فعالیت آنزیم کاتالاز و میزان بیان ژن های CAT، DREB-2 ژنوتیپ SC706 نسبت به SC260 از عملکرد بالاتر، رفتار فیزیولوژیکی-مولکولی مناسب تر و بیان بیشتر ژن ها برخوردار بودند که نشان دهنده تحمل بیشتر ژنوتیپ SC706 نسبت بهSC260 تحت شرایط تنش های اعمال شده در این بررسی می باشد که می توان از این نتایج در برنامه های به نژادی مولکولی ذرت بهره گرفت.

    کلیدواژگان: آنزیم آنتی اکسیدان کاتالاز، تنش کم آبی، بیان ژن های کاتالاز و DREB-2، ذرت
  • پریسا دریانی، هادی درزی رامندی، سارا دژستان*، زهرا سادات شبر صفحات 95-118

    آرایش سیستم ریشه و صفات مرتبط با آن برای جذب رطوبت از خاک های عمیق اهمیت زیادی دارند. اطلاعات مربوط به QTLهای مرتبط با آرایش سیستم ریشه ای برنج از مقالات و پایگاه داده های مرتبط جمع آوری شدند. متاآنالیز در سطح کل ژنوم روی این QTLها با استفاده از داده های 28 مطالعه مستقل مکان یابی QTL در 38 جمعیت مختلف برنج انجام شد. از میان 312 ناحیه QTL که روی نقشه ژنتیکی مرجع قرار گرفتند، 84 و 228 ناحیه QTL به ترتیب در شرایط عادی رطوبتی و تنش خشکی شناسایی شده بودند. پس از انتقال QTL ها روی نقشه توافقی، متاآنالیز QTL با به کارگیری نرم افزار BioMercator انجام شد. در مجموع تعداد 69 ناحیه MQTL معنی دار روی 12 کروموزوم برنج شناسایی شدند. نواحی MQTL شامل 5 تا 32 QTL اولیه و منعکس کننده QTLهای متعدد برای سه تا پنج صفت مرتبط با آرایش ریشه بودند. پس از بررسی فواصل اطمینان و تعداد QTLهای اولیه برای هر یک از نواحی MQTL، 23 ناحیه به عنوان مهم ترین نواحی MQTL گزینش و ژن های واقع در محدوده این MQTLها شناسایی شدند. از جمله ژن های کاندیدای دخیل در آرایش سیستم ریشه برنج که در نواحی MQTL قرار داشتند می توان به ژن هایی از خانواده های WRKY، ARF، IAA، EXPA، WOX، HOX، YUCCA، RHL و NAC اشاره کرد. جایگاه 60 MQTL با موقعیت SNPهای گزارش شده در مطالعات ارتباطی کل ژنوم (GWAS) برای صفات ریختی ریشه در برنج همپوشانی داشتند. ژن های منتخب امیدبخش و نواحی MQTL می توانند برای مهندسی ژنتیک و به نژادی مبتنی بر MQTL با هدف بهبود پتانسیل عملکرد، پایداری و کارایی در محیط های مواجه با کم آبی در برنج مورد استفاده قرار گیرند.

    کلیدواژگان: تنش خشکی، ژن های نامزد، نواحی MQTL، صفات ریختی ریشه، مطالعات ارتباطی کل ژنوم
|
  • Alireza Payriz, Leila Nejadsadeghi *, Daryoosh Nabati Ahmadi Pages 1-15

    MicroRNAs are main groups of small, non-coding molecules that regulate gene expression in animals and plants. Ajwain (Trachyspermum ammi) is plants known for their medicinal properties. To date, no miRNAs have beenidentified in T. ammi. Therefore, in the present study, a computational approach based on homology search through Blastx algorithm against mirbase database was used to predict miRNA and their target genes. The parameters of GC percentage, minimum folding free energy, minimum folding free energy index and secondary structure were determined and the sequences of miRNA precursor candidate were identified. In order to investigate the expression of selected genes using Real time PCR, an experiment was performed in a completely randomized design on the ajwain Arak ecotype at three levels of 0, 12 and 24 hours after methyl jasmonate application. A total of nine miRNAs including miR156, miR160, miR166, miR168, miR171, miR172, miR396, miR477 and miR827 were identified. It was estimated that they regulate 931 of T. ammi genes, which belong to several gene families with different biological functions. Jasmonate and its derivatives are plant signaling molecules. Therefore, miR160 and miR166 expression was evaluated by Real time PCR technique. The results showed that pri-miR160 and pri-miR166 was up-regulated in response to methyl jasmonate treatment, that indicated pri-miR160 and pri-miR166 were associated with hormone transfer.

    Keywords: Transcriptome Trachyspermum ammi, methyl jasmonate, MicroRNA
  • Mozhdeh Arab, Seyed Kamal Kazemitabar *, Seyyed Hamidreza Hashemi-Petroudi Pages 17-31

    Calcineurin B-like proteins (CBLs) are a subfamily of calcium sensors that play a role in various plant cell processes and molecular functions. In sesame (Sesamum indicum), in silico analysis of the CBL gene family was performed to identify CBL proteins involved in calcium signaling. Using their orthologic relationships with Arabidopsis homolog genes, the nine SiCBL genes were identified and subdivided into six groups: SiCBL1, SiCBL2, SiCBL3, SiCBL4, SiCBL8, SiCBL10. The molecular weight of SiCBL proteins ranged from 24.4 to 37.9 kDa, the Isoelectric acid pH range, the instability index ranged from 33.99 to 47.46 percent, the aliphatic index ranged from 80.29 to 10.89, and the GRAVY ranged from -0.420 to 0.061. Prediction of post-translational modifications revealed that palmitoylation motif was observed in all siCBL, however majority of them did not have myristoylaton motif. In term of gene structure, 11% of SiCBL genes had nine exons, 11% had eight exons and 77% had seven exons. The RNA-seq pattern of the SiCBL subfamily under PEG treatment revealed that, whereas members of this gene family had generally similar expression patterns in both susceptible and tolerant cultivars, due to functional Convergence, each member of this gene family had a distinct expression pattern. Future research on the expression of SiCBL and SiCIPK gene family genes under various abiotic conditions could aid in understanding the mechanism of expression control of SOS-related genes.

    Keywords: Calcium sensor, CBL, Gene family, PEG, Sesame
  • Sahar Ghahramani, Reza Darvishzadeh * Pages 33-48

    Maize is the third most important cereal after wheat and rice in the world and is a major seed source for many people in Africa, Latin America and Asia. Knowledge on function and extent of genes effect is one of the necessities to achieve high yielding cultivars. In this regard, molecular marker technology has eliminated the need to know the pedigree of genotypes for estimating the kinship matrix to evaluate genotypes breeding values. In this research, 97 genotypes of maize were evaluated in a randomized complete block design (RCBD) with 6 replications for agronomical traits. In the molecular experiment, the molecular profiles of the genotypes were prepared with 28 pairs of Inter-retro transposon amplified polymorphism (IRAP) and Retro transposon-microsatellite amplified polymorphism )REMAP( primers. Estimation the breeding valueofstudied traits in maize genotypes was done through the best linear unbiased prediction (BLUP) in the mixed linear model framewo rk by integrating molecular data based calculated kinship matrix. Considering the sum of estimated breeding values ranks for the studied traits, genotypes P3L11, P10L9, P9L6, P19L5 Kahia and (Paternal) OH43 / 1042 had the highest ranks. Positive breeding value shows that these genotypes have the greatest potential in transmitting the value of traits to the next generation. Genotype P14L2 with positive and high breeding value for leaf length, leaf area, cob weight and leaf area index and P16L6 Kahia with positive and high breeding value for plant height to cob height, cob length and grain weight in the plant, can be introduced as desirable parents to improve these traits in maize breeding programs.

    Keywords: Breeding value, Best liner unbiased prediction, Quantitative traits, Maize, retrotransposon-based molecular markers
  • Zahra Ghorbanzadeh, Mehrbano Kazemi Alamouti, Leila Pourhang, Seyyed Mohammad Mousavi Pakzad, Elahe Moatamed, Mona Mapar, Aliakbar Ebadi, Mohammad Reza Ghaffari, Ghasem Hosseini Salekdeh, Behzad Ghareyazie, Motahhareh Mohsenpour * Pages 49-62

    Improvement of the root architecture lead to higher grain yield and seed quality. This is achieved via improvement of the plant growth, better establishment in soil, higher absorption of water and nutrition resulting in the biosynthesis of the essential amino acids and hormones. It increases the efficiency of the nutrition usage and the stress tolerance. Drought conditions are a serious challenge in Iran; therefore, improving crop tolerance has a major importance. In this study, we investigate the presence of DRO1 gene, which is involved in the modification of the root growth angle, in rice cultivar Hashemi and compared to the Kinandang Patong cultivar. We further analyze the simultaneous presence of DRO1 and a second gene, OsCKX4, which is involved in the improvement of root structure. DRO1 and OsCKX4 are cloned together in a single construct under the control of the ubiquitin and the root specific promoters, respectively. The resulting construct, pUhrCkDro is transformed into the Agrobacterium tumefactions strain EHA105 and used for the gene transformation into Hashemi cultivar. Putative transgenic plants, survived on 50 mg. L−1 Hygromycin during tissue culture steps, are transplanted into the Yoshida solution and then into the pots until they set seeds. Construct specific and gene specific PCR analysis are used to confirm the transgenic plants. Transgenic plants show stronger root structure compared to the non-transgenic ones. Molecular analysis in the T1 and T2 generations leads to the homozygous events. The multi-genic construct used in this study, can be introduced into other crops for the aim of root structure improvement and drought tolerance. It is hoped that the production of transgenic rice with enhanced root structure results in improving drought tolerance, reducing water consumption and enhancing yield under drought stress conditions.

    Keywords: DRO1 gene, CKX4 gene, Multi-gene transformation, Root architecture
  • Mona Faraji Heriss, Mohammad Reza Vaezi Kakhki *, Nasrin Mollania, Mohammad Armin Pages 63-73

    Abiotic stress and callus formation can increase total phenolic content and antioxidant activity. The aim of this study was to increase the amount of total phenol and antioxidant activity in Securigera securidaca L. and its calli by ultrasonic stress in vitro conditions. The plants were grown in the greenhouse. Callus formation was performed with MS culture medium containing α-naphthalene acetic acid (2.2 mg/L) and 6-Benzylaminopurine (8.8 mg/L). Ultrasonic stress was applied to the main plants for 10, 20 and 30 minutes in 15 days in vitro conditions; in addition, the ultrasonic stress was applied to the calli for 10 minutes at the same time. The samples were collected on the first, fifth, tenth and fifteenth days. The samples were then dried in an oven, then their ethanolic extract was prepared. Total phenol content and antioxidant activity tests were performed by Folin-Ciocalteu and Wu methods respectively on the leaves of the main plant and its calli. The results showed that the amount of total phenol in the 30 minutes on the first day of ultrasonic treatment is higher than the control. In all treatments, antioxidant activity was reduced compared to the control sample. The highest amount of phenol was observed in calli in ultrasonic stress treatment on the 15th day. Antioxidant activity was reduced in calli under ultrasonic stress compared to the control sample. Therefore, it can be concluded that ultrasonic stress in the samples of this experiment increased the amount of phenolic but did not affect the antioxidant activity. Callus formation and ultrasonic stress also increase total phenol content simultaneously.

    Keywords: Abiotic Stress, medicine plants, secondary metabolism, ultrasonic stress
  • Khosro Mafakheri *, Mostafa Valizadeh, Seyed Abolghasem Mohammadi Pages 75-93

    Abiotic stresses, especially water deficit stress in plants, cause oxidative stress and as a result, they produce reactive oxygen species (ROS) and cause serious damage to the DNA, protein and internal structure of plants. Plants have enzymatic and non-enzymatic defense mechanisms and systems to deal with these stresses. Currently due to climate changes, Water deficit stress is one of the problems of agricultural production. Given the importance of molecular studies and molecular and enzymatic responses of plants under abiotic stress conditions, therefore, relative expression of catalase and DREB-2 genes were studied by RT-PCR and catalase enzymatic activity were studied in SC706 and SC260 genotypes. The experiment was performed as a split plot based on a randomized complete block design with three replications and three irrigation conditions of (normal irrigation, intermediate stress and severe water deficit stress) under field condition. Results of relative expression analysis of genes showed a significant difference between the treatments so that by increasing the intensity of water stress compared to normal irrigation, the amount of enzyme activity and relative expression of the studied genes were increased. Under severe and intermediate water deficit stress, compared to normal irrigation, DREB-2 gene showed the highest increase with 690 and 211% respectively. In this study, based on the activity of catalase enzyme and the expression of CAT genes, DREB2 of SC706 genotype had higher performance than SC260, more appropriate physiological-molecular behavior and more expression of genes, which indicates more tolerance of SC706 genotype than SC260. The stress conditions applied in this study are the results that can be used in molecular breeding programs of maize.

    Keywords: Antioxidant Enzymes, water deficit stress, Gene expression, Maize
  • Parisa Daryani, Hadi Darzi Ramandi, Sara Dezhsetan *, Zahra-Sadat Shobbar Pages 95-118

    The root system architecture and the related traits are important factors for moisture uptake from deep soils. Information on QTLs controlling rice root system architecture was collected from the related papers and databases. A genome-wide meta-analysis was conducted on the QTLs using data from 28 independent QTL mapping studies in 38 different rice populations. Among the 312 QTL regions that were mapped on the reference genetic map, 84 and 228 QTL regions were identified under normal moisture conditions and drought stress, respectively. After projection and displaying the QTLs on the reference consensus map, the meta-QTL analysis was performed using BioMercator software version 4.2. A total of 69 significant MQTLs regions were detected on the 12 rice chromosomes. The identified meta-QTL regions included 5-32 initial QTLs and reflecting multiple QTLs for 3-5 traits associated with root architecture. After evaluating the confidence intervals and the number of initial QTLs for each meta-QTL region, 23 meta-QTL regions were selected as the most important ones and the genes located in the MQTL regions were identified. WRKY, ARF, IAA, EXPA, WOX, HOX, YUCCA, RHL and NAC were among the important candidate genes involved in rice root system architecture, which were located in the MQTL regions. Interestingly, 60 MQTLs were co-located with SNP peak positions reported in rice genome-wide association studies (GWAS) for root morphological traits. The promising candidate genes and MQTLs can be used for genetic engineering and MQTL-assisted breeding of root traits to improve yield potential, stability and efficiency in water deficit environments for rice.

    Keywords: Candidate genes, Drought stress, MQTL regions, Root morphological traits, GWAS