فهرست مطالب

زیست فناوری گیاهان زراعی - پیاپی 33 (بهار 1400)

مجله زیست فناوری گیاهان زراعی
پیاپی 33 (بهار 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/07/08
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مژده عرب، حمید نجفی زرینی، قربانعلی نعمت زاده، سید حمیدرضا هاشمی پطرودی* صفحات 1-19

    پروتئین کیناز وابسته به کلسیم (CPK) به عنوان عضوی از ابرخانواده کینازهای Ser/Thr، نقشی حیاتی در پاسخ و سازگاری به تنش دارد. گیاه هالوفیت، Aeluropus littoralis، به عنوان یک مدل ارزشمند برای بهبود منابع ژنتیکی گیاهان زراعی و تحقیقات ژنومیکس تنش مورد توجه می باشد. به منظور شناسایی خانواده ژنی CPK در گیاه آلوروپوس لیتورالیس (AlCPK)، از داده های ژنومی برای تجزیه و تحلیل روابط فیلوژنتیک، ساختار اگزون/ اینترون، سازماندهی موتیف ها/ دامنه ها و پیش بینی شبکه های برهم کنش پروتئین- پروتئین استفاده شد. 14 ژن AlCPK در این گیاه شناسایی شد که از همولوژی بالایی با نه ژن آرابیدوپسیس تالیانا برخوردار بودند. بررسی اعضای خانواده ژنی AlCPK در پایگاه های اختصاصی دمین نشان داد که همه ژن های مورد بررسی (به جز AlCPK29.2) با توجه به دارا بودن چند دمین EF-hand و Kinase به خانواده ژنی CPK تعلق دارند. پروتئین AlCPK29.2 دارای کمترین وزن مولکولی و شاخص آلیفاتیک، بیشترین شاخص ناپایداری و هیدروپاتی در بین پروتئین های مورد بررسی بوده است. تجزیه و تحلیل ساختار ژنی نشان داد که بیشتر AlCPKها (8/69 %) بیش از هفت اگزون برخوردارند. پروتئین AlCPK8 دارای دو موتیف میریستویلاسیون و دو موتیف پالمیتوییلاسیون بود، پروتئین CPK34.1 فاقد موتیف میریستویلاسیون و پالمیتوییلاسیون و پروتئین AlCPK5.1 دارای سه موتیف پالمیتوییلاسیون می باشد. بیان مقایسه ای 34 عضو خانواده ژنی AtCPK در پنج تنش غیرزنده نشان داد که اعضای خانواده ژنی در سطوح مختلف کنترل و تنش از بیان متفاوتی برخوردار بودند که می تواند دلیلی بر بیان بافت- اختصاصی و البته تنش- اختصاصی اعضای این خانواده باشد. ژن ABF4 به عنوان یکی از اجزای پیام رسان ABA، در بررسی تعاملات پروتئین-پروتئین اعضای خانواده AlCPK شناسایی گردید. نتایج این تحقیق می تواند در مطالعات بیان ژن های AlCIPK تحت تنش های غیرزیستی مختلف به منظور شناسایی عملکردها و سازکارهای پاسخ‎ به تنش سودمند باشد.

    کلیدواژگان: گستره ژنومی، حسگرهای کلسیم، CPK، شبکه ژن، کیناز
  • پریسا دریانی، فاطمه فرزانه پیرآلقر، ناصر زارع، زهرا سادات شبر*، رسول اصغری زکریا صفحات 21-34
    خانواده ی ژنی WRKY رمزکننده گروه بزرگی از عوامل رونویسی هستند که در تنظیم ژن های پاسخ دهنده به تنش های زیستی و غیرزیستی دخیل می باشند. برای گردآوری اعضاء این خانواده ژنی در برنج ژاپونیکا (Oryza sativa ssp. Japonica)، جستجوی چندگانه در پایگاه‏های اطلاعاتی مختلف مرتبط انجام شد. به منظور شناسایی اعضای جدید،tblastn بر اساس توالی‏های حفاظت‏شده‏ی خانواده ژنیWRKY برنج در پایگاه اطلاعاتی NCBI و جستجو بر اساس مدل مخفی مارکوف صورت گرفت. همردیف سازی توالی های پروتئینی با استفاده از نرم افزار ClustalW و آنالیز درخت فیلوژنتیکی با استفاده از نرم‏افزار MEGA10 انجام گردید. براساس نتایج به‏دست آمده، 165 عضو از خانواده‏ی ژنی WRKY در برنج یافت شد که 63 عضو جدید بودند. توالی های موجود بر مبنای تعداد دمین های WRKY و ساختار انگشت روی در سه گروه اصلی دسته بندی شدند. بر این اساس 21 پروتئین در گروه I، 53 پروتئین با ساختار انگشت روی Cx7Cx23HxC در گروه III و 82 پروتئین با ساختار انگشت روی Cx4-5Cx22-23HxH در گروه II قرار گرفتند. مکان هر ژن روی کروموزوم مشخص شد. گروه های مختلف خانواده ژنی WRKY بر روی کروموزوم های مختلف برنج توزیع شده اند. بیشترین تعداد ژن OsWRKY روی کروموزوم یک (32 عضو) قرار داشتند. به دنبال بررسی های تکمیلی و تعیین ژن های کاندید امیدبخش دخیل در تحمل به هر یک از تنش ها، می توان از آنها در راستای افزایش تحمل به تنش های مورد نظر و تامین امنیت غذایی با استفاده از راهکارهای مهندسی ژنتیک یا اصلاح مولکولی بهره برد.
    کلیدواژگان: آنالیز فیلوژنتیک، برنج، زیرگونه ژاپونیکا، WRKY، عوامل رونویسی
  • علیرضا نبی پور، رضا درویش زاده*، احمد صرافی صفحات 35-78

    دانه های روغنی بی شک از راهبردی ترین محصولات کشاورزی هستند که تولید آن ها جزو نیازهای زیربنایی برای ایجاد امنیت غذایی هر جامعه محسوب می شود. آفتابگردان با نام علمی Helianthus annuus L. گیاهی یکساله، یک پایه، دولپه از تیره ی مرکبان (Composite) می باشد. این جنس دارای گونه های دیپلویید، تتراپلویید و هگزاپلویید است که آفتابگردان زراعی جزو گونه های دیپلویید با تعداد کروموزم پایه 17=x می باشد. آفتابگردان به طورعمده به خاطر روغن خوراکی آن کشت می شود. تنش های محیطی از قبیل خشکی، شوری، دمای غیرمعمول، مسمومیت با فلزات سنگین و تابش فرابنفش از تهدیدات جدی برای رشد، سوخت و ساز و بهره وری گیاهان می باشند. در سال های اخیر، پیشرفت های شگفت آور در زمینه های زیست فناوری، مهندسی ژنتیک و علوم کامپیوتر باعث شده است تا برنامه های به نژادی از سرعت، دقت و کارایی بسیار بالاتری نسبت به گذشته برخوردار باشند. تکنیک های جدید در صورتی که به طور مناسب در برنامه های به نژادی وارد شوند باعث افزایش چشم گیر سرعت و دقت این برنامه ها شده و می توانند هزینه ها را به میزان فوق العاده ای کاهش دهند. در این مقاله به طور مختصر ضمن اشاره به روش های به نژادی متداول، به روش های نوین و کاربرد آن ها در اصلاح آفتابگردان پرداخته می شود. در 10 سال اخیر علم ژنومیک اطلاعات ژنتیکی صفات کمی را توسعه داده و گزینش به کمک نشانگر تبدیل به یک ابزار کاربردی شده است.

    کلیدواژگان: گیاهان تراریخته، شناسایی QTL، مقاومت به بیماری، تحمل خشکی، همسانه سازی بر اساس نقشه
  • بهزاد نعیمی نظام آباد، فاختک طلیعی*، عباس بیابانی، حسین صبوری، معصومه خیرگو صفحات 79-96

    بیماری های قارچی برگ گندم از جمله مهم ترین عوامل کاهش عملکرد این محصول استراتژیک می باشند. بنابراین شناسایی منابع مقاومت به بیماری های مهم قارچی گندم از اهمیت بالایی برای افزایش عملکرد این محصول برخوردار است. به منظور شناسایی نشانگرهای حاوی اطلاعاتCBDP و SCoT برای بیماری‏های زنگ برگی، سفیدک پودری و سپتوریوز برگی، 63 ژنوتیپ گندم به صورت طرح اگمنت در ایستگاه تحقیقات کشاورزی عراقی محله(گرگان)، در سال زراعی 98-1397 کاشته شدند. ژنوتیپ‎ها با استفاده از تجزیه خوشه‎ای و براساس روش UPGMA به سه گروه دسته‎بندی شدند که این گروه ها به ترتیب 24، 17 و 22 عضو داشتند. از بین ژنوتیپ های مورد بررسی ژنوتیپ های شماره 49 و 60 مقاومت بالایی نسبت به هر سه بیماری نشان دادند. نتایج تجزیه ارتباط نشان داد که در مجموع از 16 جفت آغازگر به کار رفته، 99 آلل تکثیر شدند که از بین آنها 43 الل چندشکلی نشان دادند. بیشترین درصد چندشکلی مربوط به آغازگر نوع SCoT و کم ترین آن مربوط به آغازگر CBDP بود. و نشانگرهای SCoT11-2 و CBDP 10-2 با هر سه بیماری ارتباط معنی داری نشان دادند. همچنین نشانگر SCoT21-3 با دو بیماری سفیدک پودری و زنگ قهوه‏ای ارتباط معنی‎داری (05/0P

    کلیدواژگان: گندم، بیماری های برگی، نشانگرهای CBDP و SCoT
  • مهدیه شجاعی، راضیه سرآبادانی* صفحات 97-110

    التهاب، پاسخ طبیعی سیستم ایمنی بدن در برابر آسیب یا بیماری به عنوان یک مکانیسم دفاعی، در بدن است. سیستم ایمنی بدن سلول های آسیب دیده، محرک ها و پاتوژن ها را شناسایی کرده و روند بهبودی را آغاز می کند که این روند ممکن است باعث بروز التهاب در بدن شود. گاهی اوقات التهاب طولانی مدت و پاسخ های ایمنی بیش از حد معمول، باعث بروز عوارض و آسیب های بیشتر و بروز بیماری های مزمن می شود. در این پژوهش عصاره Brassica oleracea استخراج و وجود سولفورافان با روش GC-MSو MTTدر آن تایید شد. میزان سمیت عصاره استخراج شده بر لاین های سلولی، رد شد، بر بیان ژن های STAT3 و NF-KB موثر در مسیر التهاب سیستم ایمنی مورد بررسی قرار گرفت. از دو ژن GAPDH و β-actin به عنوان ژن های کنترل داخلی، در لاین سلولی عصبی 1321N1 و لاین سلولی HFF به عنوان سلول نرمال استفاده شد. سلول ها با دو میلی گرم از عصاره به مدت سه روز تیمار شدند و تغییرات سیستم ایمنی نیز در بیان ژن ها، مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که سولفورافان باعث کاهش بیان ژن های NF-KB و STAT3 شد و هر دو ژن از مهم ترین واسطه های التهاب می باشند. بر اساس نتایج بدست آمده در این پژوهش، استفاده از ماده موثره سولفورافان می تواند در کاهش علل ایجاد مشکلات بیماران دارای التهاب سیستم ایمنی موثر باشد.

    کلیدواژگان: کلم بروکلی، سولفورافان، التهاب سیستم ایمنی، NF-KB، STAT3
  • زهرا حاجی برات، عباس سعیدی*، احمد موسی پور گرجی، مهرشاد زین العابدینی، محمدرضا غفاری، رحیم احمدوند صفحات 111-129

    ویروس های Potato virus Y (PVY) و Potato virus X (PVX) از مهم ترین عوامل آلوده کننده سیب زمینی هستند که باعث کاهش عملکرد و کیفیت غده می شوند. در این مطالعه، آزمایشی برای بررسی تاثیر ویروس های مذکور بر عملکرد غده و سطح مقاومت 33 ژنوتیپ سیب زمینی در کرج انجام شد. آزمایش به صورت طرح کاملا تصادفی در قالب فاکتوریل می باشد و در دو سطح ویروس در سه تکرار اجرا شد. نتایج نشان داد که آلودگی ویروسی تاثیر معنی داری بر میانگین عملکرد غده، عملکرد بذری (اندازه غده 35-55 میلی متر)، عملکرد خوراکی (اندازه غده بزرگتر از55 میلی متر) و عملکرد غیرقابل فروش (اندازه غده کوچک تر از 35 میلی متر) دارد. براساس تجزیه خوشه ایی ویروس PVY، خوشه هفتم بیشترین ژنوتیپ های مقاوم به ویروس PVY به لحاظ میانگین جذب نوری و میانگین عملکرد در نظر گرفته شد و درحالی که خوشه ششم دارای ژنوتیپ های حساس به ویروس PVY شناسایی شدند. بر مبنای تجزیه خوشه ای ویروسPVX، خوشه اول بیشترین ژنوتیپ های مقاوم به لحاظ میانگین عملکرد و جذب نوری درنظرگرفته شد و خوشه سوم دارای بیشترین ژنوتیپ های حساس به ویروس PVX هستند. نتایج این مطالعه نشان داد که ژنوتیپ G23 با میانگین جذب نوری 01/0 و 032/0 و میانگین عملکرد 1/4 کیلوگرم بر متر مربع، به ترتیب ژنوتیپ مقاوم به PVY و PVX می باشد. انتخاب همزمان ژنوتیپ ها با عملکرد بالا و مقاوم در برابر هر دو ویروس به تسریع در برنامه های اصلاح سیب زمینی کمک می کند.

    کلیدواژگان: الایزا، خوشه، ژنوتیپ، مقاومت، حساسیت
|
  • Mozhdeh Arab, Hamid Najafi Zarrini, Ghorbanali Nematzadeh, Seyyed Hamidreza Hashemi-Petroudi * Pages 1-19

    Calcium-dependent protein kinase (CPK), as a member of Ser/Thr kinases superfamily, plays a vital role in responding and adapting to biotic and abiotic stresses. The halophyte plant, Aeluropus littoralis, has been considered an attractive model to improve genetic resources of crops and plant stress genomic research. In order to identify the A. littoralis CPK gene family, the whole genome sequences were used to analyze the phylogenetic relationships, exon/intron structure, protein motif/domain organization and the prediction of protein-protein interaction networks. Fourteen AlCPK genes were identified in A. littoralis that were homologous to nine Arabidopsis thaliana CPK genes. The protein domain analysis of AlCPK showed that all studied genes belong to the CPK family due to having several EF-hand (except for AlCPK29.2, which does not have an EF-hand domain) and Kinase domains. AlCPK29.2 protein had the lowest molecular weight and aliphatic index, the highest instability index and gravy among the studied proteins. Gene structure analysis showed that most of AlCPKs (69.8%) have more than seven exons. Besides, AlCPK8 protein was predicted with two N-myristoylation and two palmitoylation motifs, while CPK34.1 protein lacked N-myristoylation, and palmitoylation motif and AlCPK5.1 protein had three palmitoylation motifs. Transcriptome analysis of 34 members of the AtCPK gene family in five abiotic stresses showed that AtCPK genes had diverse expression at different treatments, which could be evidence for AtCPK tissue/ stress-specific expression. The ABF4 gene was identified as one of the components of ABA signaling in AlCPK protein-protein interactions. The findings of this research can be used to classify the roles and pathways of the stress response by studying AlCIPK gene expression under different abiotic stresses.

    Keywords: Genomic-wide analysis, calcium sensors, CDPK, Gene network, kinases
  • Parisa Daryani, Fatemeh Farzaneh Piralger, Nasser Zare, Zahra-Sadat Shobbar *, Rasool Asghari Zakaria Pages 21-34
    WRKY gene family encodes a large group of transcription factors regulating biotic and abiotic stress-responsive genes. In order to identify the WRKY gene family members in rice (Oryza sativa ssp. japonica), multiple searches were done in the related databases. Rice WRKY-conserved sequences were used as the templates for tBLASTN searches in datasets for finding new members. An HMM profile of WRKY domain was also used to find WRKY gene family. Multiple sequence alignment was done using clustalW software, and phylogenetic trees were drawn using MEGA10 software based on a neighbour-joining method with a 1000 repeats bootstrap index. According to the results, 165 members of the WRKY gene family were found in rice, of which 63 were new members. Sequences were divided into three main groups based on the number of WRKY domains and the structure of zinc-finger motifs. Conclusively, there were 21 proteins with two WRKY conserved domains in group I, 53 proteins with one WRKY conserved domain and Cx7Cx23HxC zinc-finger motif in group III and 82 proteins with one WRKY conserved domain and Cx4-5Cx22-23HxH zinc-finger motif in group II. The chromosomal location of OsWRKYs was detected on the rice genome. The different groups were distributed on various chromosomes. The greatest number of OsWRKY genes (32 members) were located on chromosome 1. Following complementary research and identification of promising candidate genes involved in tolerance to each stress, they can be used to increase tolerance to the desired stresses and provide food security using genetic engineering or molecular breeding approaches.
    Keywords: Oryza sativa, Japonica subspecies, Phylogenetic Analysis, Transcription factors, WRKY
  • Alireza Nabipour, Reza Darvishzadeh *, Ahmad Sarrafi Pages 35-78

    Oilseeds are undoubtedly one of the most strategic agricultural products; their production is of basic needs for food security in any society. Sunflower with the scientific name of Helianthus annuus L. is an annual, monoecy, dicotyledonous plant that belongs to composite family. This genus consists diploid, tetraploid and hexaploid species, and common sunflower is a diploid species with a base chromosome number of x=17. Sunflower is grown mainly for its edible oil. Environmental stresses such as drought, salinity, unusual temperatures, heavy metal and UV radiation are serious threats to plant growth, metabolism and productivity. In recent years, astonishing advances in biotechnology, genetic engineering, and computer science have made breeding programs much faster, more accurate, and more efficient than ever before. New techniques, if properly incorporated into breeding programs, can dramatically increase the speed and accuracy of these programs and can reduce costs by an extraordinary amount. In this article, while briefly referring to conventional breeding methods, new methods and their application in sunflower breeding are discussed. In the last 10 years, the science of genomic has expanded the genetic information of quantitative traits, and marker assisted selection has become a practical tool.

    Keywords: Disease resistance, Drought tolerance, map based cloning, QTL mapping, Transgenic plants
  • Behzad Naeimi Nezamabad, Fakhtak Taliei *, Abbas Biabani, Hossein Sabouri, Masume Kheirgu Pages 79-96

    Fungal leaf diseases are the most destructive factors to wheat (Triticum aestivum L.) yield. Therefore, identification of resistance sources to important fungal diseases is a great importance to increase wheat yield. In order to identify informative CBDP and SCoT markers for leaf rust, powdery mildew and septoria leaf blotch disease, 63 wheat genotypes were planted through the augment design in agricultural research station of Araghimahaleh (Gorgan) during 2018-19. Clustering based on UPGMA, put the genotypes into 3 groups with 24, 17 and 22 individuals. Among the studied genotypes, genotypes No. 49 and 60 showed highest resistance to all three diseases. Association analysis showed that from 16 CBDP and SCoT primers, 99 bands produced in total, which 43 bands were polymorph. The maximum percent of polymorphism belonged to SCoT primers and the minimum polymorphism belonged to CBDP. SCoT11-2, CBDP 10-2 was shown significant correlation with all three diseases. SCoT21-3 was also significantly (P

    Keywords: Wheat, Leaf diseases, CBDP, SCoT markers
  • Mahdieh Shojaee, Razieh Sarabadani * Pages 97-110

    Inflammation is a natural response of the body’s immune system to disease, protecting the body in the form of a defensive mechanism. The immune system identifies the damaged body cells, stimuli, and pathogens to trigger the healing process – a mechanism that can engage the body with inflammation. In some cases, too long inflammation and excessive immune responses led to side effects and damages that dominate their benefits, leading to chronic inflammation and then engagement with different diseases. In the present research, effect of the broccoli sprouts extract on the expression of the NF-κB and STAT3 genes affecting the inflammatory response pathway of immune system was investigated. Results of gas chromatography – mass spectroscopy (GC-MS) and MTT assay confirmed the presence of the sulforaphane in the extract while rejecting their toxicity to cell lines. Moreover, the GAPDH and β-actin genes were used as internal control genes in the 1321N1 neural cell line, with the HFF cell line used as normal cell. The cells were treated with 2 mg of the extract for 3 days, during which time the changes in the immune system in terms of the genes expressions were monitored. The results showed that the sulforaphane attenuate the expressions of the NF-κB and STAT3 genes as two of the most important inflammatory mediating genes. It seems that the use of sulforaphane as active ingredient can effectively attenuate the cause of the disorders faced by the patients with immune system inflammation.

    Keywords: broccoli, sulforaphane, immune system inflammation, NF-&kappa, STAT3
  • Zahra Hajibarat, Abbas Saidi *, Ahmad Mosuapour Gorji, Mehrshad Zeinalabedini, Mohammad Reza Ghaffari, Rahim Ahmadvand Pages 111-129

    Potato virus Y (PVY) and Potato virus X (PVX) are the most important potato-infecting agent causing yield loss and tuber quality reduction. In this study, an experiment was conducted in Karaj, Iran, to investigate the effects of mentioned viruses on the yield and resistance level of 33 potato genotypes. The experiment was performed based on randomized complete design in factorial format under two levels viruses with three replications. The results revealed that the viral infection had a significant impact on mean yield, seed yield (tuber size 35-55), ware yield (tuber size > 55 mm), and non-marketable yield (tuber size< 35). Based on cluster analysis for PVY, cluster VII was considered maximum resistant genotypes to PVY in terms mean absorption and yield, while cluster VI was identified susceptible genotypes in to PVY. According to cluster analysis of PVX virus, cluster I was considered highest resistant genotypes in terms mean absorption and yield and cluster III were maximum susceptible genotypes to PVX infection. Results of this study showed that genotype G23 with a mean-absorption of 0.01 and 0.032 for PVY and PVX, respectively, and mean yield of 4.1 kg/m2 was considered as a highly resistant genotype to both viruses. The concurrent selection of genotypes for high yield and resistant to both viruses (PVX and PVY) can facilitate potato breeding programs.

    Keywords: ELISA, Cluster, Genotype, Resistance, Susceptible