فهرست مطالب

مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
سال چهاردهم شماره 1 (پیاپی 46، بهار 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/02/29
  • تعداد عناوین: 11
|
  • مهربانو کاظمی الموتی، زهرا قربانزاده، 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 1-20
    هدف

    اصلاح ساختار ریشه با جذب کارآمد آب و استفاده موثر از مواد مغذی مرتبط است و استقرار بهتر گیاه در خاک را فراهم می کند. مهندسی ژنتیک برای بهبود ساختار ریشه می تواند منجر به حفظ عملکرد بالاتر در شرایط خشکی شود. این پژوهش با هدف اصلاح ساختار ریشه برنج به منظور تحمل به خشکی و بهبود کارایی جذب عناصر غذایی انجام گرفت. برای این منظور انتقال همزمان ژن های Deeper Rooting1 یا DRO1 که در تنظیم زاویه رشد ریشه ها برای انطباق با شرایط خشکی نقش دارد و Phosphorus-Starvation Tolerance1 یا PSTOL1 که در افزایش جذب فسفر و بهبود ساختار ریشه موثر است، به گیاه برنج طراحی و اجرا شد.

    مواد و روش ها

    ژن های DRO1 و PSTOL1 برگرفته از ارقام وحشی برنج طی مراحلی به ترتیب تحت پیشبرنده مختص ریشه و پیشبرنده دایمی همسانه سازی و در ناحیه T-DNA حامل دوگانه اگروباکتریومی قرار داده شدند. سازه حاصل موسوم به pUhrDroPstol به اگروباکتریوم سویه EHA105 منتقل و برای انتقال ژن به برنج رقم هاشمی مورد استفاده قرار گرفت. پس از انجام مراحل انتقال ژن، گیاهان باززاشده 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 (PCR) مختص سازه و مختص ژن مورد تایید قرار گرفتند و رخدادهای مستقل مشخص شدند.

    نتایج

    در این پژوهش 12 رخداد احتمالی برنج تراریخته حاصل شد که 10 رخداد در آنالیز PCR حضور هر دو ژن OsDRO1 و OsPSTOL1 را نشان دادند. مقایسه فنوتیپ ریشه با گیاه شاهد تفاوت ظاهری در ساختار ریشه نشان داد. گیاهان تراریخته حاصل در گلخانه تراریخته پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی بذرگیری شدند و خلوص آنها با آنالیز مولکولی در نسل های T1 و T2 مشخص شد.

     نتیجه گیری

    در این تحقیق دو ژن کاندید موثر در تغییر ساختار ریشه و تحمل به خشکی با استفاده از مهندسی ژنتیک به برنج رقم هاشمی منتقل شد. تاکنون انتقال همزمان این دو ژن کاندید گزارش نشده است. گیاهان تراریخته حاصل سیستم ریشه ای بهتری را نسبت به گیاه شاهد نشان می دهند. سازه چند ژنی حاصل را می توان با هدف تغییر ساختار ریشه و تحمل به خشکی و بهبود کارایی جذب فسفر برای انتقال ژن به سایر گیاهان نیز مورد استفاده قرار داد. امید است تولید برنج تراریخته با بهبود کارایی استفاده از عناصر غذایی و با تغییر ساختار ریشه بتواند تحمل به خشکی و عملکرد را در این محصول مهم زراعی افزایش و سبب کاهش مصرف آب در کشت برنج شود.

    کلیدواژگان: انتقال ژن با سازه چند ژنی، برنج تراریخته، ژن Deeper Rooting1، ژن Phosphorus-Starvation Tolerance1
  • الهه احمدی، داود آزادفر*، مژگان کوثری، غلامرضا صالحی جوزانی، مسعود توحیدفر صفحات 21-46
    هدف

    در طی یک دهه گذشته حدود 30-20 درصد جنگلهای زاگرس با معضلی به نام زوال بلوط مواجه شده اند. تحقیق حاضر با هدف بررسی تنوع باکتریایی مناطق جنگلی سالم و زوال یافته از طریق مقایسه نتایج دو روش مبتنی بر کشت و مستقل از کشت طراحی و انجام شد.

    مواد و روش ها

    از بافت های مختلف درختان بلوط و خاک اطراف آنها در جنگل های مناطق مختلف استان ایلام نمونه برداری انجام شد. در روش مبتنی بر کشت با استفاده از روش های میکروبیولوژی و مولکولی، باکتری های موجود در نمونه ها جداسازی و شناسایی تا سطح جنس و گونه شناسایی شدند. به منظور مطالعه متاژنومیکس در روش مستقل از کشت، DNA میکروبی به طور مستقیم از نمونه ها استخراج و با آماده سازی کتابخانه متاژنومی با استفاده از آغازگرهای عمومی و نشانگر، تنوع باکتریایی با استفاده از پلتفرم Miseq کمپانی Illumina مورد بررسی قرار گرفت و در ادامه نتایج دو روش مورد مقایسه قرار گرفت.

    نتایج

    بر اساس روش مبتنی بر کشت، تنها 3 فیلوم شناسایی شد، در صورتیکه در روش متاژنومیکسی، تعداد 9416 OTU بدست آمد که به 12 فیلوم تقسیم بندی شدند. در هر دو روش 3 خانواده Bacillaceae، Enterobacteriacea و Xanthomonadaceae به عنوان خانواده های غالب مشاهده شدند. تنوع گونه ایی در یک نمونه (تنوع آلفا) در نمونه رایزوسفر و در مناطق ایوان و گله جار نسبت به سایر نمونه ها بیشتر بود که در روش مبتنی بر کشت نیز این دو منطقه از تنوع گونه ای بیشتر برخوردار بودند. تنوع گونه ایی در بین نمونه ها (تنوع بتا) در مناطق ایوان، گله جار، چوار، تنگ دالاب و ارغوان از نظر ترکیب گونه ای مشابه بودند. اما جامعه باکتریایی ساقه و برگ نسبت به سایر نمونه ها شباهت بیشتری داشتند و بالک و رایزوسفر هم از نظر ترکیب گونه ای شباهت بیشتری با یکدیگر داشتند.

    نتیجه گیری

    در روش متاژنومیکس جنس های با تنوع خیلی کم هم شناسایی می شود در صورتیکه در روش مبتنی بر کشت احتمال این موضوع ضعیف است. ضمنا در روش مستقل از کشت می توان تنوع آلفا و بتا را به شکل جامع تری بررسی کرد. در روش مبتنی بر کشت می توان جمعیت باکتریایی را تا سطح گونه شناسایی کرد در صورتیکه در روش مستقل از کشت معمولا تا سطح جنس شناسایی می شود. لذا پیشنهاد می شود در مطالعات بررسی جوامع میکروبی ترکیب دو روش مبتنی و مستقل از کشت همزمان استفاده شود.

    کلیدواژگان: باکتریوم، تنوع زیستی، زوال بلوط، فیلوژنی، متاژنوم
  • براتعلی زارعی یام، مرتضی خمیری*، علی موئدی، احد یامچی صفحات 47-66
    هدف

    در سالیان اخیر استفاده از باکتری های لاکتیک اسید و متابولیت های آنها برای کنترل فعالیت کپک ها مورد توجه زیادی قرار گرفته است. هدف از این تحقیق، جداسازی و شناسایی مولکولی باکتری های لاکتیک اسید با قابلیت ضد قارچی از خمیر ذرت، سورگوم و جو می باشد.

    روش

    خصوصیات ضدکپکی 68 جدایه باکتری، روماند باکتریایی و سلول حرارت دیده شان با اتوکلاو بر روی کپک های Aspergillus flavus ، Penicillium expansum  و Rhizopus coriniformis بررسی شد. همچنین خصوصیات ضدکپکی روماند تیمار شده با آنزیم های پپسین و پروتییناز K مورد آزمون قرار گرفت.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که درصد بازدارندگی سلول های زنده باکتریایی بر روی کپک های A. flavus، P. expansum و R. coriniformis به ترتیب بین 16- 0، 64/33 - 0 و 56/11 - 0 درصد بود. کمترین اثر ممانعت کنندگی سلول های زنده باکتریایی بر روی کپک R. coriniformis و بیشترین ممانعت کنندگی بر کپک P. expansum مشاهده شد. روماند بیشتر جدایه ها در محدوده فراوانی بین 0 تا 30 درصد بر روی کپکR. coriniformis اثر ممانعت کنندگی داشتند درحالی که این ممانعت از رشد بر روی کپک P. expansum  در محدوده فراوانی 100-90 درصد بود که نشان از حساس بودن این کپک به روماند اکثر جدایه ها داشت. در مورد اثر مهارکنندگی بر کپک های P. expansum و R. coriniformis ، بیشترین فراوانی جدایه ها در محدوده 100-91 درصد بود که حاکی از حساس تر بودن این دو گونه کپکی به سلول حرارت دیده اکثر جدایه های باکتریایی بود. در نهایت سه جدایه به عنوان جدایه های برتر انتخاب شدند که هر سه به عنوانLactobacillus plantarum  شناسایی شدند. روماند حاصل از این سه جدایه باکتریایی هنگام تیمار با پپسین فقط از رشد A. flavus ممانعت کردند و اثر مهارکنندگی بر دو کپک دیگر نداشتند.

    نتیجه گیری

    نتایج این پژوهش نشان داد که امکان استفاده از باکتری L. plantarum   و روماند آن برای کنترل رشد کپک ها وجود دارد.

    کلیدواژگان: باکتری لاکتیک اسید، پپسین، سلول حرارت دیده، روماند فاقد سلول، فعالیت ضد کپکی
  • ثریا قربانی، علیرضا اطمینان*، ورهرام رشیدی، علیرضا پورابوقداره، لیا شوشتری صفحات 67-84
    هدف

    تنش شوری به عنوان یکی از مهم ترین تنش های غیر زیستی موثر بر کاهش تولید محصولات زراعی در دنیا شناخته می شود. یکی از مهم ترین استراتژی های مقابله با کاهش عملکرد در شرایط محیطی شور ایجاد واریته های متحمل به شوری است. از این رو، بررسی الگوی  بیان ژن های موثر در پاسخ به تنش شوری و مسیرهای بیوسنتزی می تواند در ایجاد ژنوتیپ های متحمل بسیار موثر باشد. هدف از این مطالعه مقایسه الگوی بیان ژن های HvSOS1، HvSOS3، HvNHX3 و HvHKT3 در برخی از ژنوتیپ های اصلاحی جو تحت تنش شوری بود.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش اثر تنش شوری بر تغییرات بیان ژن های HvSOS1، HvSOS3، HvNHX3 و HvHKT3 در شش ژنوتیپ اصلاحی جو به همراه رقم مهر (به عنوان شاهد) در دو تیمار عدم تنش (بدون کلرید سدیم) و تنش شوری با غلظت 200 میلی مولار کلرید سدیم مورد بررسی قرار گرفت. رقم و ژنوتیپ های مورد ارزیابی در شرایط کنترل شده گلخانه و در محیط کشت هیدروپونیک کشت و مورد بررسی قرار گرفتند. پس از پایان اعمال دوره تنش، نمونه برداری از گیاهچه ها انجام و میزان بیان نسبی هر یک از ژن های مورد نظر مورد سنجش قرار گرفت.

    نتایج

    بر اساس نتایج به دست آمده اختلاف معنی داری بین تیمارهای آزمایشی و ژنوتیپ ها از نظر بیان چهار ژن مورد نظر مشاهده شد. تیمار تنش شوری به طور معنی داری موجب افزایش بیان هر یک از ژن های HvSOS1، HvSOS3، HvNHX3 و HvHKT3 به میزان 76/14، 65/4، 4 و 4 برابر نسبت به تیمار عدم تنش شد. مقایسه الگوی بیان ژن ها در ژنوتیپ های مختلف نشان داد دو ژنوتیپ G3 و G6 نسبت به رقم شاهد و دیگر ژنوتیپ ها دارای بیشترین میزان رونوشت ژن های فوق بوده و به نظر می رسد دارای تحمل به تنش بالایی باشند. از دیگر نتایج به دست آمده از این پژوهش می توان به ارتباط بین ژن های HvHKT3 و HvSOS اشاره نمود، به طوری که این ژن ها در ژنوتیپ های متحمل دارای بیشترین میزان سطح رونوشت بودند.

    نتیجه گیری

    استنباط می شود که افزایش بیان ژن های بررسی شده قسمت مهمی از مکانیسم های تحمل به شوری بوده زیرا هر یک از آن ها نقش مهمی در مسیرهای پیام رسانی و جابجایی یون های سدیم در سلول های گیاهی دارند و ژنوتیپ G3 و G6 با داشتن چنین پتانسیلی می تواند به عنوان کاندیدهای مناسبی برای آزمایش های بعدی و استفاده به عنوان ارقام متحمل به شوری در نظر گرفته شوند.

    کلیدواژگان: سیستم هیدورپونیک، ترنسکریپتوم، فاکتورهای رونویسی، ژن های تحمل
  • زهرا عربی، علاءالدین کردنائیج*، محمدحسین عظیمی، مریم کریمی علویجه صفحات 85-100
    هدف

    هدف از پژوهش حاضر، ارزیابی تنوع ژنتیکی 23 ژنوتیپ گیاه زینتی فریزیا (Freesia hybrida) شامل شش ژنوتیپ والدینی و 17 دورگF1   حاصل از تلاقی آنها، با استفاده از 10 آغازگر ISSR به منظور بهره برداری از این تنوع در برنامه های به نژادی این گیاه بوده است.

    مواد و روش ها

    پس از استخراج DNA از برگ های تازه و تکثیر نواحی نشانگری در دستگاه PCR و تفکیک قطعات نشانگری بر روی ژل الکتروفورز، نوارها نمره دهی شدند و بر اساس ماتریس داده های صفر و یک، پارامترهای نشانگری شامل تعداد لوکوس های چند شکل، محتوای اطلاعات چندشکلی، نسبت چندگانه موثر، شاخص قدرت تفکیک، شاخص نشانگری و شاخص های تنوع ژنتیکی شامل تعداد مشاهده شده و تعداد موثر آلل ها، شاخص تنوع ژنی نی و شاخص اطلاعات شانون مبتنی بر داده های نشانگر ISSR محاسبه شدند. تجزیه به مولفه های اصلی بر اساس ضریب تشابه جاکارد با الگوریتم UPGMA و تجزیه خوشه ای با استفاده از از ضرایب دایس به روش گروه بندی وارد انجام شد.

    نتایج

    از مجموع 110 مکان ژنی تکثیر یافته برای 10 نشانگر ISSR، متوسط درصد چندشکلی برابر با 7/94 درصد در میان ژنوتیپ های تحت بررسی برآورد شد. نشانگر IS-HB11 بیشترین تعداد مکان ژنی چندشکل (12)، نسبت چندگانه موثر (39/7)، شاخص قدرت تفکیک (83/7) و شاخص نشانگری (67/2) را به خود اختصاص داد. تجزیه خوشه ای، ژنوتیپ ها را به چهار گروه تفکیک و تجزیه به مولفه های اصلی درستی این گروه بندی را تایید کرد.

    نتیجه گیری

    اندازه نسبتا بالای شاخص محتوای اطلاعات چندشکلی (368/0)، نشان داد که نشانگرهای به کار رفته در این پژوهش از اطلاعات ژنتیکی مناسب از لحاظ  تعداد آلل های شناسایی شده و نیز توزیع فراوانی مناسب در ژنوم گیاه فریزیا برخوردار بوده و کارایی بالای خود را در تفکیک ژنوتیپ ها نشان دادند. همچنین بر اساس شاخص های تنوع ژنی برآورد شده، بین والدین و دورگ های حاصل از تلاقی آن ها اختلاف معنی داری مشاهده نشد. با وجود این، سطح تنوع ژنتیکی موجود قابل قبول بوده و می توان از این تنوع در برنامه های به نژادی فریزیا بهره برداری نمود.

    کلیدواژگان: تجزیه به مولفه های اصلی، تجزیه خوشه ای، تنوع ژنی، شاخص نشانگری
  • حسین محمدی، حسین مرادی شهربابک*، امیر طاهری یگانه صفحات 101-116
    هدف

    صفات تولیدمثل (مخصوصا تعداد بره متولد شده در هر زایش) یکی از مهم ترین صفات مهم اقتصادی در سیستم های پرورش گوسفند می باشد. پژوهش حاضر با هدف شناسایی مناطق ژنی، ژن های کاندیدا و مسیرهای زیستی موثر بر تعداد بره متولد شده میش نژاد زندی بر اساس آنالیز غنی سازی مجموعه های ژنی بوده است.

    مواد و روش ها

    بدین منظور، میش های با باروری بالا با حداقل یک رکورد دوقلوزایی و میش های دیگر با تنها رکورد های تک قلوزا با استفاده از آرایه های 50K گوسفندی تعیین ژنوتیپ شدند. آنالیز پویش کل ژنومی بر پایه آنالیز مسیر در سه مرحله تعیین مکان SNPهای معنی دار با ژن، ارتباط ژن ها به طبقات عملکردی و مسیرهای بیوشیمیایی و پویش کل ژنومی بر پایه آنالیز مسیر انجام می شود. بر این اساس، ارزیابی پویش ژنومی با استفاده از روش مورد-شاهدی در برنامه PLINK انجام شد. سپس با استفاده از بسته نرم افزاری biomaRt2 ژن های معنی داری شناسایی گردید. در نهایت، تفسیر مجموعه ژنی با بسته نرم افزاری goseq برنامه R با هدف شناسایی عملکرد بیولوژیکی ژن های نزدیک به مناطق انتخابی و ژن های کاندیدا از طریق پایگاه های GO، KEGG، DAVID و PANTHER انجام شد.

    نتایج

    در این پژوهش، ژن های AFP، FOXO3، ESR1، ESR2، RBP4، AURKA،DLG1 و ZGLP1 با تعداد بره متولد شده در هر زایش مرتبط بودند (05/0P <). در تحلیل غنی سازی مجموعه های ژنی، تعداد 11 مسیر با صفت تعداد نتاج در هر زایش مرتبط بودند. از بین مسیرهای زیستی شناسایی شده، مسیرهای Oocyte differentiation،Ovulation from ovarian follicle ، Estrogen signaling pathway و Positive regulation of peptide hormone secretion نقش مهمی در نرخ تخمک ریزی و استروییدوژنز تخمدانی داشتند.

    نتیجه گیری

    با توجه به تایید مناطق قبلی پویش ژنومی صفت تعداد نتاج متولد شده در هر زایش، همچنین شناسایی مناطق ژنومی جدید، آنالیز غنی سازی مجموعه ی ژنی درک بهتری از کنترل ژنتیکی صفت تعداد نتاج متولد شده را نشان می دهد. استفاده از نتایج این تحقیق می تواند سبب تسریع در پیشرفت ژنتیکی برنامه های اصلاح نژادی گوسفند شود.

    کلیدواژگان: پویش ژنومی، تعداد بره در هر زایش، گوسفند، مسیرهای زیستی
  • سمیه امینی زاده، روح الله عبدالشاهی*، شهرام پورسیدی، قاسم محمدی نژاد، مهدی مهیجی، حسن فرحبخش صفحات 117-134
    هدف

    زودرسی به عنوان مکانیزم سازگاری در محیط هایی با گرما و خشکی آخر فصل و یک صفت مهم در برنامه های به نژادی گندم است. Ppd و Vrn مهم ترین ژن های کنترل کننده زودرسی هستند. هدف از این تحقیق بررسی تاثیر ژن های Ppd و Vrn بر زودرسی، عملکرد و صفات مهم زراعی در نسل BC4F2 حاصل از تلاقی برگشتی روشن (والد تکراری) و اکسکلیبر بود.

    مواد و روش ها

    جمعیت BC4F2 حاصل از تلاقی روشن و اکسکلیبر در دانشگاه شهید باهنر کرمان ایجاد شد. در این برنامه ی به نژادی، صفت زود گلدهی از رقم اکسکلیبر به رقم روشن انتقال داده شد (روشن به عنوان والد تکراری بود). این جمعیت ، شامل 175 ژنوتیپ نسل BC4F2، و والدین آنها در سال زراعی 1399-1398 در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه شهید باهنر کرمان کشت شدند. والدین و نتاج با استفاده از نشانگرهای اختصاصی Vrn و Ppd ژنوتیپ یابی شدند. در این جمعیت زودرسی، عملکرد و صفات مهم زراعی بررسی شد.

    نتایج

    در جایگاه ژنی Ppd-1، رقم اکسکلیبر دارای آلل Ppd-D1a و رقم روشن دارای آلل Ppd-D1b بود. فراوانی آلل Ppd-D1a در جمعیت مورد بررسی 33/27 درصد، و بیش ترین فراوانی آللی مربوط به آلل های هتروزیگوت (45 درصد) بود. در جمعیت مورد بررسی ژنوتیپ Ppd-D1a/ Ppd-D1a نسبت به /Ppd-D1b Ppd-D1b به طور متوسط 6 روز و نسبت به ژنوتیپ هتروزیگوت به طور متوسط 4 روز زودتر وارد فاز زایشی شدند. تغییرات آللی در مکان ژنی Vrn -1 در جمعیت مورد مطالعه نشان می دهد که بین نتاج در این تلاقی تنوع آللی وجود ندارد. زود سنبله دهی با عملکرد دانه، وزن 1000 دانه، تعداد سنبله بارور و تعداد دانه در بوته همبستگی منفی و معنی داری داشت.

    نتیجه گیری

    این نتایج اهمیت ژن Ppd-D1a در زودرسی و بهبود عملکرد و اجزای عملکرد را تایید می کند. گزینش برای زودسنبله دهی باعث افزایش عملکرد دانه، وزن 1000 دانه، تعداد سنبله بارور، عملکرد بیولوژیک و وزن خشک سنبله شد. با توجه به تاثیر بزرگ و معنی دار ژن Ppd-D1a بر عملکرد و اجزای عملکرد، توصیه می گردد در برنامه های به نژادی گندم، گزینش به کمک نشانگر این ژن مورد توجه قرار گیرد. تا قبل از نسل BC4F2 گزینش فنوتیپی انجام شد و تنوع ژن Vrn در جمعیت تثبیت شده بود.

    کلیدواژگان: تلاقی برگشتی به کمک نشانگر، زود گلدهی، ژن های فتوپریود (Ppd)، ژن های ورنالیزاسیون (Vrn)، گندم نان
  • فاطمه ابراهیمی* صفحات 135-154
    هدف

    نخل خرما یکی از مهمترین درختان مناطق خشک و گرمسیری با میوه بسیار ارزشمند به عنوان یک منبع غذایی خوب می باشد. لذا هدف از این مطالعه بررسی ساختار جمعیت و تنوع ژنتیکی ژنوتیپ های مهم خرما با استفاده از نشانگر مولکولی ISSR جهت استفاده در مطالعات ژنومیک است.

    مواد و روش ها

    DNA ژنومی از بافت برگ 68 ژنوتیپ خرما با استفاده از روش ژانگ و همکاران استخراج شد. ارزیابی کمیت و کیفیتDNA  استخراج شده با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر انجام شد به منظور ارزیابی کیفی، نمونه های DNA روی ژل آگارز 2 درصد نیز مورد بررسی قرار گرفتند. واکنش زنچیره ای پلیمراز با استفاده از 10 نشانگر ISSR انجام شد.

    نتایج

    در این مطالعه 74 باند چند شکل ایجاد شد که به طور متوسط 78/65 درصد چند شکلی نشان دادند. بر اساس نتایج این آزمایش نشانگرهای (AG)8YC'، (TC)8C و (GA)8C به عنوان نشانگرهای مناسب در بررسی تنوع ژنتیکی خرما می باشند. تجزیه ساختار جمعیت مورد بررسی را به سه زیر ساختار تقسیم نمود. نتایج حاصل از تجزیه واریانس مولکولی بین و داخل سه زیرجمعیت نشان داد که سهم واریانس درون و بین زیر جمعیت ها به ترتیب 79 و 21 درصد از واریانس کل بود. تجزیه به مولفه های اصلی بر پایه ماتریس فاصله مربع اقلیدسی نشان داد که ده مولفه اول در مجموع 57/54 درصد از کل تغییرات را توجیه نمود و دیاگرام پراکنش جمعیت ها بر اساس دو مولفه اول جمعیت را به چهار گروه تقسیم نمود. تجزیه خوشه ای نیز بر اساس روش الگوبندی اتصال کامل و معیار فاصله اقلیدسی 68 ژنوتیپ خرما به چهار گروه تقسیم بندی کرد.

    نتیجه گیری

    نشانگر ISSR می تواند به عنوان نشانگر مناسب جهت مطالعه در تمایزیابی و تجزیه ساختار جمعیت خرما مفید واقع شود. تنوع ژنتیکی بالا درون و بین زیر جمعیت ها امکان انتخاب والدین اصلاحی در برنامه های به نژادی خرما برای صفات مناسب را فراهم می کند.

    کلیدواژگان: آغازگر ISSR، تجزیه خوشه ای، خرما، زیر جمعیت
  • محمد محسن زاده گلفزانی*، مریم پسندیده ارجمند، حبیب الله سمیع زاده لاهیجی صفحات 155-174
    هدف

    گیاهان اغلب در معرض انواع تنش های محیطی مانند خشکی و شوری قرار می گیرند که منجر به تنش اسمزی در گیاه می شود و در نهایت سبب کاهش رشد و بهره وری محصول می گردد. شناسایی ژن های موثر در سطوح مختلف تنش اسمزی می تواند در یافتن ژن های موثر در تحمل گیاه به تنش های محیطی بسیار کمک کند. از این رو هدف از این مطالعه، شناسایی ژن های کلیدی و بسیار موثر گیاه مدل آرابیدوپسیس در تنش اسمزی و معرفی آن ها در راستای به نژادی گیاهان زراعی در شرایط تنش های محیطی است.

    مواد و روش ها

    در این مطالعه داده های میکروآرایه آرابیدوپسیس که به مدت 5/1، 3، 12 و 24 ساعت در معرض تنش اسمزی ناشی از مانیتول قرار داشتند، توسط ابزار آنلاین GEO2R به طور جداگانه آنالیز شدند. ژن های دارای بیان معنادار مشخص شدند و مهم ترین ژن ها در هر سطح تنش با استفاده از ابزارهای بیوانفورماتیکی تعیین شدند. سپس ژن های کلیدی موثر در تنش اسمزی شناسایی شدند و برهمکنش پروتیینی و فرآیندهای بیولوژیکی آن ها مورد بررسی و بحث قرار گرفت.

    یافته ها

    در ساعات 5/1، 3، 12 و 24 ساعت پس از تنش به ترتیب 26، 79، 138 و 184 ژن دارای بیان معنادار بودند. براساس آنالیز شبکه پروتیینی و بررسی فرآیندهای بیولوژیکی ژن های SDA1،CRK11 ،CYP81F2 ،EDA39 ،PLA2A،T1K7_24 ، F6N7_24،AT2G25735  و MRH10_18 به عنوان ژن های کلیدی بسیار موثر در سطوح مختلف تنش اسمزی گزارش شدند. نتایج آنالیز عملکرد مولکولی ژن های کلیدی نشان داد که این ژن ها در پاسخ به تنش اکسیداتیو، پاسخ به کمبود اکسیژن، تنظیم حرکت روزنه ها، پاسخ فوق حساسیت، پاسخ به کیتین، مقاومت سیستمیک القایی، فرآیند بیوسنتزی ایندول گلوکوزینولات، پاسخ دفاعی بوسیله رسوب کالوز در دیواره سلولی، پاسخ به یون کادمیوم، فرآیندهای بیوسنتزی فیتوکلاتین، انتقال آرسنیت، پاسخ دفاعی در برابر باکتری، حشرات، قارچ ها و ویروس ها و فرآیندهای بیولوژیکی مرتبط با تنش های محیطی نقش بسیار مهمی ایفا می کنند.

    نتیجه گیری

    به نظر می رسد از ژن های کلیدی معرفی شده در این پژوهش می توان در راستای به نژادی گیاهان زراعی در شرایط تنش های محیطی که سبب تنش اسمزی در گیاهان می شود، بهره برد.

    کلیدواژگان: برهمکنش پروتئینی، فوق حساسیت، میکروآرایه، CYP81F2
  • هاشم کاظم زاده بنه، داود صمصام پور*، محمدرضا صفرنژاد، سید مهدی علوی صفحات 175-196
    هدف

    پروتیین خارج غشایی omp در سطح خارجی پیکره باکتری عامل بیماری گرینینگ مرکبات (Candidatus Liberibacter asiaticus) وجود دارد. پروتیین مذکور می تواند به عنوان آنتی ژن برای تولید انواع آنتی بادی های مونوکلونال و پلی کلونال مورد استفاده قرار گیرد. با این حال خالص سازی پروتیین های غشایی به دلیل وجود ساختارهای آب گریز با مشکلات فراوانی همراه می باشد. در این راستا، هدف از اجرای پژوهش حاضر، بهینه سازی استحصال و تخلیص پروتیین نوترکیب omp می باشد.

    مواد و روش ها

    از سازه بیانی باکتریایی pET28a حاوی ژن omp برای تولید نوترکیب این پروتیین استفاده شد. بیان ژن  omp در سویه Rosetta باکتری  E. coli صورت پذیرفت. با توجه به آبگریز بودن پروتیین omp، خالص سازی آن در شرایط واسرشته  مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور از غلظت های مختلف سدیم کلراید، اوره و گوانیدین هیدروکلراید در شرایط اسیدی pH  متفاوت استفاده گردید. به منظور دستیابی به پروتیین کاملا خالص نوترکیب، استحصال پروتیین از ژل پلی آکریل آمید با روش های مبتنی بر سونیکاسیون، شستشوی توسط انتشار و الکتروالوشن صورت پذیرفت. بررسی کمیت و کیفیت پروتیین های خالص شده با انجام الکتروفورز SDS-PAGE و محاسبه غلظت پروتیین با نرم افزار ImageJ  انجام گرفت. همچنین برای تایید ماهیت پروتیین خالص شده، آزمون وسترن بلات با استفاده از آنتی بادی های اختصاصی صورت پذیرفت.

    نتایج

    نتایج اولیه نشان داد که استفاده از غلظت 500 میلی مولار سدیم کلراید به عنوان یک جزء ضروری در بافرهای استخراج می باشد. همچنین استفاده از اوره به عنوان عامل دناتوره کننده کارایی دو برابری نسبت به گوانیدین هیدروکلراید در میزان پروتیین تخلیص شده داشت و بدین ترتیب بیشترین میزان پروتیین (450 میکروگرم در میلی لیتر) زمانی بدست آمد که غلظت 8 مولار اوره در اجزای بافری تخلیص گنجانده شد. علاوه بر این، نتایج مربوط به جداسازی باند پروتیین از ژل نشان داد که روش الکتروالوشن بهترین کارایی را در بازیابی و جداسازی پروتیین هدف از ماتریکس ژل در مقایسه با روش سونیکاسیون و شستشوی توسط انتشار داشت. نتایج آزمون الکتروفورز پروتیین حاکی از وجود یک پروتیین با اندازه 34 کیلو دالتون متناسب با وزن مولکولی پروتیین omp می باشد. آزمون وسترن بلات نیز موید ماهیت پروتیین نوترکیب در ممبران بود.

    نتیجه گیری

    مطالعه حاضر نشان داد که استفاده از اوره با غلظت 8 مولار، نمک سدیم کلراید با غلظت 500 میلی مولار به همراه تنظیم بافر الوشن روی (4) pH در مرحله تخلیص پروتیین می تواند به عنوان یک شرایط بهینه برای بدست آوردن بیشترین مقدار پروتیین هدف بکار رود.  همچنین، روش الکتروالوشن به عنوان روش کارآمد جهت استحصال باند پروتیینی از روی ژل آکریل آمید معرفی شد.

    کلیدواژگان: کلیدوژه، کلیدواژه
  • عاطفه سادات مصطفوی، منصور امیدی*، رضا عزیزی نژاد، علیرضا اطمینان، حسنعلی نقدی بادی صفحات 197-219
    هدف

     آگاهی از تنوع ژنتیکی و ساختار جمعیت در حفاظت از ژرم پلاسم گیاهی و جلوگیری از ضعیف شدن پایه ژنتیکی گونه های زراعی موجود بسیار موثر است و فرصت بهره گیری از پتانسیل ژن های مطلوب در خزانه ژنتیکی را در برنامه های به نژادی فراهم می کند. هدف از این مطالعه بررسی تنوع ژنتیکی در ژرم پلاسم گل محمدی جمع آوری شده از مناطق مختلف ایران و شناسایی روابط ژنتیکی جمعیت های مختلف به منظور استفاده در برنامه های به نژادی و حفاظت از ذخایر ژنتیکی می باشد.

    مواد و روش ها

    تنوع ژنتیکی و ساختار جمعیت در یک مجموعه از ژرم پلاسم گل محمدی (Rosa damascena Mill)، شامل 40 اکسشن جمع آوری شده از پنج منطقه جغرافیایی ایران با استفاده از نشانگرهای بین ریز ماهواره ای مورد ارزیابی قرار گرفت.

    نتایج

    دوازده آغازگر ISSR، 202 قطعه ژنومی چند شکل تکثیر نمودند، تعداد این باندها در آغازگرهای مختلف از 15 تا 18 متغیر و میانگین آن ها 83/16 به دست آمد. متوسط شاخص محتوای اطلاعات چندشکل (PIC) و شاخص نشانگر (MI) برای آغازگرهای مورد استفاده به ترتیب بین 35/0 تا 46/0 و 25/5 تا 28/8 متغیر بود. نتایج حاصل از تجزیه واریانس مولکولی (AMOVA) نشان داد که تنوع درون جمعیتی سهم بیشتری (93 درصد) از تنوع مولکولی کل را به خود اختصاص داد. دندروگرام حاصل از تجزیه خوشه ای بر اساس الگوریتم اتصال- همسایگی (NJ) اکسشن های مورد مطالعه را در 3 گروه اصلی دسته بندی کرد و گروه بندی توسط تجزیه به مختصات اصلی (PCoA) مورد تایید قرار گرفت. بیشترین مقدار فاصله ژنتیکی (837/0) بر اساس ضریب جاکارد بین اکسشن های هرمزگان و برزک 3 و کمترین فاصله ژنتیکی (141/0) بین اکسشن های سمنان 1 و سمنان 2 مشاهده شد. نتایج بررسی ساختار جمعیت ها با استفاده از نرم افزار STRUCTUR بیانگر عدم وجود ارتباط قوی با پراکنش جغرافیایی اکسشن ها بود.

    نتیجه گیری

    تجزیه خوشه ای و تجزیه به مختصات اصلی با روابط ژنتیکی حاصل از تجزیه ساختار جمعیت در بسیاری از موارد سازگار بودند. یافته ها نشان داد که گروه بندی اکسشن ها بر اساس داده های مولکولی با منشا جغرافیایی آن ها ارتباط قوی ندارد، در نتیجه احتمال جریان ژن بین جمعیت ها تقویت می شود. تنوع ژنتیکی به دست آمده به وسیله نشانگر ISSR نشان دهنده قابلیت شناسایی تفاوت های بین گونه ای و درون گونه ای این نشانگر می باشد.

    کلیدواژگان: Rosa damascena Mill، ISSR، تنوع ژنتیکی، ساختار جمعیت
|
  • Mehrbanoo Kazemi, Zahra Ghorbanzadeh, Leila Pourhang, Seyyed Mohammad Mousavi Pakzad, Elahe Moatamed, Mona Mapar, Aliakbar Ebadi, Mohammad Reza Ghaffari, Ghasem Hosseini Salekdeh, Behzad Ghareyazie *, Motahhareh Mohsenpour Pages 1-20
    Objective

    Root structure modification is associated with the efficient water uptake and the nutrient utilization. It also provides structural support for the anchoring in soil. Genetic engineering for the improvement of plant root structure may help to maintain higher yields under drought conditions. The aim of this study was to modify the root structure of rice in order to improve drought tolerance and the efficiency of nutrient uptake. For this purpose, simultaneous transformation of Deeper Rooting1 or OsDRO1 gene, which is involved in the regulation of growth angle of the root in order to adapt to drought conditions, and Phosphorus-Starvation Tolerance1 or OsPSTOL1 gene, which is effective in increasing phosphorus uptake and improving root structure, were considered for rice root structure modification. 

    Materials and methods

    The OsDRO1 and OsPSTOL1 genes derived from the wild rice cultivars were cloned together in a single construct under the control of the root specific and the ubiquitin promoters, respectively. The resulting construct, pUhrDroPstol 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 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. 

    Results

    In this study, 12 putative transgenic rice events were obtained, of which 10 showed the presence of both OsDRO1 and OsPSTOL1 genes in the PCR analysis. Transgenic plants show stronger root structure compared to the non-transgenic ones. Molecular analysis in the T1 and T2 generations determined the homozygous events. 

    Conclusions

    In this study, two candidate genes affecting root structure, nutrient uptake and drought tolerance were transferred to the Hashemi rice using genetic engineering. So far, simultaneous transfer of these two candidate genes have not been reported. Transgenic plants present better root system compared to the control plants. The mentioned construct can be used for the transformation of other crops to improve their root structure, nutrient uptake and their drought tolerance. It is hoped that the production of the transgenic rice with modified root structure and efficient phosphorus uptake increases its drought tolerance and reduce water consumption in rice cultivation.

    Keywords: Deeper Rooting1 gene, Multi-Gene construct transformation, Phosphorus-Starvation Tolerance1 gene, Transgenic rice
  • Elaheh Ahmadi, Davoud Azadfar *, Mozhgan Kowsari, Gholamreza Salehi Jouzani, Masood Tohidfar Pages 21-46
    Objective

    During the last decade, about 20-30% of the Zagros forests have faced a problem called oak decline. The aim of present study was to investigate the bacterial diversity in the healthy and declined forest areas by comparing two methods culture-dependent and culture-independent methods.

    Materials and methods

    Sampling was done from different tissue and soil of oak trees in the forests of Ilam province. In the culture-based method, using microbiological and molecular methods the bacteria in the samples were isolated and identified to the genus and species level. In order to study metagenomics in culture-independent method, total microbial DNA was extracted directly from the samples and prepared metagenomic library using conventional and index primer, the diversity of bacterial was examined using Illumina's Miseq platform and then the results of the two methods were compared.

    Results

    Based on the culture-based method, only 3 phylum were identified, while in the metagenomics method, 9416 OTUs were obtained, that were divided into 12 phylum. In both methods, 3 families of Bacillaceae, Enterobacteriacea and Xanthomonadaceae were observed as the dominant families. The species diversity within a sample (Alpha diversity) was higher in the rhizosphere sample and in the Eyvan and Gale jar areas than other samples. The species diversity between samples (Beta diversity) was in Eyvan, Gale jar, Chavar, Tangedalab and Arghavan appear more similar to each other than the sites samples. Bacterial community of stems and leaves were more similar and also bulk and rhizosphere were more similar in bacterial species composition.

    Conclusions

    In the metagenomics method, very few species are identified, while in the culture method, the probability of this is low. Also, in the culture-independent method, alpha and beta diversity can be studied more comprehensively. In the culture-based method, the bacterial population can be identified up to the species level, while in the culture-independent method, it is usually identified up to the genus level. Therefore, it is suggested to use a combination of two methods simultaneously in studies of microbial communities.

    Keywords: Bacterium, Diversity, Oak Decline, Phylogeny, Metagenome
  • Barat Ali Zarei Yam, Morteza Khomeiri *, Ali Moayedi, Yamchi Ahad Pages 47-66
    Objective

    In recent years, the use of biological methods to control the activity of molds with the help of lactic acid bacteria and their metabolites has received much attention. The aim of this study was to isolate and molecularly identify of lactic acid bacteria with antifungal ability from corn, sorghum and barley sour doughs. 

    Methods

    The anti-fungal properties of 68 cell bacterial isolates, bacterial supernatant and autoclaved cells were investigated on Aspergillus flavus, Penicillium expansum and Rhizopus coriniformis molds. Also, the anti-mold properties of the supernatant treated with pepsin and proteinase K enzymes were tested. 

    Results

    The results showed that the percentage of inhibition of live bacterial cells on the molds of A. flavus, P. expansum and R. coriniformis was between 0-16, -0.33 and -0.56 percent, respectively. The lowest inhibitory effect of live bacterial cells was observed on R. coriniformis and the highest inhibitory effect was observed on P. expansum. The supernatants of most isolates had an inhibitory effect on R. coriniformis in the range of 0-30 percent, while this inhibition of growth on P. expansum mold was in the range of 100-90 percent, indicating that this mold is sensitive to the supernatant of most isolates. Regarding the inhibitory effect on P. expansum and R. coriniformis, the highest frequency of isolates was in the range of 91-100 percent, which indicated that these two molds were more sensitive to the heated cell of the most bacterial isolates. Based on the results, finally three isolates were selected as superior isolates, all of which were identified as Lactobacillus plantarum. The supernatants from these three bacterial isolates when treated with pepsin, inhibited the growth of A. flavus only and had no inhibitory effect on the other two molds. 

    Conclusion

    The results of this study showed that it is possible to use L. plantarum and its supernatant for control of mold growth.

    Keywords: Lactic acid bacteria, Pepsin, Heated cell, Cell-free supernatant, Anti-fungal activity
  • Soraya Ghorbani, Alireza Etminan *, Varahram Rashidi, Alireza Pour-Aboughadareh, Lia Shooshtari Pages 67-84
    Objective

    Salinity stress is considered as one of the most important abiotic stresses that significantly decreased crop production in the world. The development of salt-tolerant varieties is one of the most strategies against decreasing crop performance in saline conditions. Hence, assessment of expression patterns of genes responsible for the biosynthesis pathways can be very effective in creating tolerant genotypes. The main objective of this study was to compression of expression patterns of HvSOS1, HvSOS3, HvNHX3, and HvHKT3 genes in some advanced barley genotypes under salinity stress conditions.

     Materials and methods

    In the present study, the effect of salt stress on relative changes expression of HvSOS1, HvSOS3, HvNHX3, and HvHKT3 genes in the six advanced barley genotypes along with Mehr cultivar (as a check) was investigated under the control (no NaCl) and salt (200 mM NaCl) treatments. All tested genotypes were planted under controlled greenhouse conditions using a hydroponic system. After salt treatment duration, all seedling plants were subjected to sampling and the relative expression of selected genes was estimated.

    Results

    Based on obtained results, there are significant differences between treatments as well as among tested genotypes. Salt treatment significantly increased expression of HvSOS1, HvSOS3, HvNHX3, and HvHKT3 genes by 14.76-, 4.65-, 4-, and 4-fold compared to the control treatment, respectively. Comparison of the expression patterns of studied genes showed that two genotypes G3 and G6 had the highest transcription rate of mentioned genes and it seems that they have an acceptable tolerance to the high levels of salinity stress. A positive association between HvHKT3 and HvSOS genes was another obtained result so that two identified genotypes indicated the highest expression of these genes under salt treatment.  

    Conclusions

    It is inferred that increasing expression of studied genes is an important part of the salt tolerance mechanism because each of them has a key role in the signaling pathway and translocation of Na ions in the plant cells. Two identified genotypes, G3 and G6, with having this potential can be appreciated candidates for future research and use as salt-tolerant cultivars.

    Keywords: Hydroponic system, transcriptome, Transcription factors, tolerant genes
  • Zahra Arabi, Alaeddin Kordenaeej *, Mohammad Hossein Azimi, Maryam Karimi Alavijeh Pages 85-100
    Objective

    The objective of present study was to evaluate the genetic diversity within 23 genotypes of Freesia hybrida including 6 parents and their 17 F1 hybrids, using 10 ISSR primers in order to utilize such diversity in breeding program of this plant. 

    Materials and methods

    After extraction of genomic DNA from fresh leaves and amplification of marker regions by the PCR, followed by the electrophoresis, a matrix of binary data was created based on scoring of electrophoretic bands. Marker parameters including number of polymorphic loci, polymorphism information content, effective multiple ratio, resolution power index, and marker index as well as genetic variation indices including observed number of alleles, effective number of alleles, Nei's gene diversity index, and Shannon's information index were calculated by using the ISSR marker data. Principle components analysis based on the Jaccard similarity coefficient with UPGMA algorithm were done followed by the cluster analysis using Dice coefficient and based on Ward’s grouping method. 

    Results

    Out of 110 amplified loci of the 10 ISSR markers, the mean of polymorphism percentage 94.7% within the used genotypes was estimated. Maker IS-HB11 showed maximum number of polymorphic loci (12), effective multiple ratio (7.93), resolution power index (7.83), and marker index (2.67) as well. Cluster analysis grouped genotypes into four clusters, which was confirmed by the result of principle component analysis. 

    Conclusions

    Relative high value of the polymorphism information content (0.368), showed that the ISSR makers utilized in present study were genetically well informative regarding to the number of identified alleles and their distribution in the genome of Freesia. Based on the gene diversity indices, there was no significant difference between the parental genotypes and the F1 hybrids in terms of genetic variation. However, the level of this variation was acceptable and is capable to be utilized for breeding program in this plant.

    Keywords: Cluster analysis, Gene diversity, marker index, Principle component analysis
  • Hossein Mohammadi, Hossein Moradi Shahrbabak *, Amir Taheri-Yeganeh Pages 101-116
    Objective

    Reproductive traits (especially litter size at birth) is one of the most important economic traits in sheep breeding systems. The present study aimed to conduct a genome wide association studies based on Gene-set enrichment analysis for identifying the genomic region, candidate genes and biological pathways associated with Litter size in Zandi sheep breed. 

    Materials and Methods

    Prolific ewes with at least one twining record and others with only singleton records were genotyped using the medium-density Illumina Ovine SNP50 array. The gene set analysis consists basically in three different steps: the assignment of SNPs to genes, the assignment of genes to functional categories, and finally the association analysis between each functional category and the phenotype of interest. Genome-wide association study for litter size evaluated using Plink software method case-control. Using the biomaRt2 R package the SNP were assigned to genes. Subsequently, gene enrichment analysis was performed with the goseq R package and bioinformatics analysis was implemented to identify the biological pathways performed in GO, KEEG, DAVID and PANTHER databases. 

    Results

    We identified different sets of candidate genes related to litter size: AFP, FOXO3, ESR1, ESR2, RBP4, AURKA, DLG1 and ZGLP1 in Zandi sheep. According to pathway analysis, 11 pathways were associated with the litter size trait. Among biological pathways, the Oocyte differentiation, Ovulation from ovarian follicle, Estrogen signaling pathway and Positive regulation of peptide hormone secretion pathways have significant association with ovulation rate and ovarian steroidogenesis traits. 

    Conclusions

    Considering, this study supported previous results from GWAS of  litter size, also revealed additional regions in the sheep genome associated with these economically important traits, presented here should be contribute to a better understanding of the genetic control of litter size in sheep and using these findings can accelerate the genetic progress in sheep breeding programs.

    Keywords: Biological pathways, Genome scan, Litter size, sheep
  • Somayeh Aminizadeh, Roohollah Abdolshahi *, Shahram Pourseyedi, Qasem Mohammadi Nezhad, Mahdi Mohayeji, Hasan Farahbakhsh Pages 117-134
    Objective

    Early heading as an adaptation mechanism for end season heat and drought stress is an important goal in wheat breeding programs. Photoperiod (Ppd) and vernalization (Vrn) are the most important genes controlling early heading in bread wheat. The aim of the present study was to investigate the effect of Ppd and Vrn genes on early heading, grain yield and important agronomic traits in BC4F2 generation of Roshan (recurrent parent) and Excalibur backcross.

    Materials and methods

    A BC4F2 population resulted from backcross of Roshan and Excalibur was generated in Shahid Bahonar University of Kerman. In this breeding program, early heading was transferred from Excalibur cultivar to Roshan (recurrent parent). This population, including 175 BC4F2 progenies, and their parents were cultivated in the research field of Shahid Bahonar University of Kerman in the 2019-2020 growing season. The progenies were genotyping using specific markers Vrn-B1, Vrn-D1 and Ppd-D1. In this population, early heading, grain yield and important agronomic traits were evaluated.

    Results

    Excalibur and Roshan had Ppd-D1a, and Ppd-D1b alleles, respectively. The frequency of Ppd-D1a/Ppd-D1a and heterozygous genotypes in the evaluated population were 27.33% and 415%, respectively. In this population, Ppd-D1a/Ppd-D1a, which is photoperiod insensitive genotype, was 6 and 4 days earlier heading than Ppd-D1b/Ppd-D1b and Ppd-D1a/Ppd-D1b genotypes, respectively. There was no allelic diversity between progeny for Vrn-1 locus. Early heading had a significant negative correlation with grain yield, 1000-grain weight, spikes number and grains number per spike.

    Conclusions

    The results confirm the importance of Ppd-D1a gene in the early heading, grain yield and yield components. Selection for early heading increased grain yield, 1000-grain weight, spikes number, biological yield, stover biomass at harvest and spikes dry weight. Due to the large and significant effect of Ppd-D1a gene on grain yield and yield components, we recommend marker assisted selection of this gene in wheat breeding programs. Phenotypic selection was performed before BC4F2 generation and Vrn gene diversity was established in the population.

    Keywords: Bread wheat, Early heading, Marker assisted backcrossing (MAB), photoperiod genes (Ppd), Vernalization genes (Vrn)
  • Fatemeh Ebrahimi * Pages 135-154
    Objective

    Date palm is one of the most important trees in arid and tropical regions with very valuable fruit as a good food source. Therefore, the aim of this study was to investigate allelic diversity, the population structure and genetic diversity of important date palm genotypes using ISSR molecular marker for applying in genomic studies. 

    Materials and methods

    Genomic DNA was extracted from leaf tissue of 68 date palm genotypes by Zhang method. The quantitative and qualitative evaluation of the extracted DNA was performed by using a spectrophotometer. For qualitative evaluation, DNA samples were visualized on 2% agarose gel. Polymerase chain reaction was performed using 10 ISSR primers. 

    Results

    In this study, 74 polymorphic bands were created that showed an average of 65.78% polymorphism. Based on the results of this experiment, (AG)8YC', (TC)8C and (GA)8C are suitable markers in the study of genetic diversity of date palm. Structural analysis divided the study population into three sub-structures. The results of analysis of molecular variance between and within the three subpopulations showed that the share of variance within and between subpopulations was 79 and 21% of the total variance, respectively. The principle component analysis based on the Euclidean square distance matrix showed that the first ten components explained 54.57% of the total changes and diagram of the principal component analysis based on the first two principal components divided population into four groups. In addition, cluster analysis based on complete linkage clustering method and the Euclidean distance divided 68 date palm genotypes into four groups. 

    Conclusions

    The ISSR marker can be useful as a suitable marker for studying the differentiation and structure of the date palm population. High genetic diversity within and between subpopulations makes it possible to select parents for suitable traits in future breeding programs of date palm.

    Keywords: ISSR primer, Cluster analysis, date palm, subpopulation
  • Mohammad Mohsenzadeh Golfazani *, Maryam Pasandideh Arjmand, Habibollah Samizadeh Lahiji Pages 155-174
    Objective

    Plants are often exposed to a variety of environmental stresses such as drought and salinity, which leads to osmotic stress in the plant and ultimately reduces crop growth and productivity. Identification of effective genes at different treatments of osmotic stress can be very helpful in finding genes that are effective in tolerating plant stresses. Therefore, the aim of this study was to identify the hub genes of Arabidopsis model plant in osmotic stress and to introduce them for crop breeding under environmental stresses .

    Materials and Methods

    In this study, Arabidopsis microarray data that were exposed to mannitol-induced osmotic stress for 1.5, 3, 12 and 24 hours were analyzed separately by GEO2R online tool. Genes with significant expression were identified and the most important genes at each stress level were identified using bioinformatics tools. Then, the hub genes in osmotic stress were identified and their protein interactions and biological processes were studied and discussed .

    Results

    The result showed that 26, 79, 138 and 184 genes had significant expression at 1.5, 3, 12 and 24 hours after stress, respectively. Based on protein network analysis and biological processes, SDA1, CRK11, CYP81F2, EDA39, PLA2A, T1K7_24, F6N7_24, AT2G25735 and MRH10_18 genes were reported as hub genes at different levels of osmotic stress. The results of molecular function analysis of hub genes showed that these genes involved in oxidative stress, response to hypoxia, regulation stomata movement, hypersensitive response, response to chitin, induced systemic resistance, indole glucosinolate biosynthetic process, defense response by callose deposition in cell wall, response to cadmium ion, phytochelatin biosynthetic process, arsenite transport, defense response to bacteria, insects, fungi, viruses and other environmental stress responsive biological process. 

    Conclusions

    It seems that the key genes introduced in this study can be used to breed crops under environmental stresses that cause osmotic stress in plants.

    Keywords: CYP81F2, Hypersensitivity, Microarray, Protein interaction
  • Hashem Kazemzadebeneh, Davood Samsampour *, Mohammad Reza Safarnejad, Seyed Mehdi Alavi Pages 175-196
    Objective

    The omp (Outer membrane protein) protein located at outer surface of the bacterial membrane body agent citrus greening disease (Candidatus Liberibacter asiaticus). The mentioned-protein can be used as antigen for generating polyclonal and monoclonal antibodies. Therefore, the purification of membrane proteins is exposed to many problems due to presence of hydrophilic structure. The purpose of this study was optimizing recovery and purification of the recombinant omp protein.

    Materials and Methods

    The pET28a bacterial expression construct containing omp gene was used to recombinant production of the mentioned-protein. The omp gene expression was conducted in E. coli strain Rosetta-Gami2. With considering to be hydrophilic of omp protein, its purification was investigated under denature condition. To attain it, the different concentrations of NaCL, urea and guanidine at the different acidity pH condition was applied. To obtain the pure omp recombinant protein, the protein recovery from polyacrylamide gel was performed by methods based on elution by diffusion, sonication, and electroelution. The evaluation of quality and quantity purified protein was analyzed by SDS-PAGE and the protein concentration was calculated by ImageJ software. Also, to validate the purified proteins, Western blot was applied by specific antibody.

    Results

    Primary results showed that using the 500 mM NaCL was detected as an essential share in purification buffers. Also, using urea as denature agent had twice the efficiency on the quantity of purified protein more than guanidine hydrocholoride and thus, when 8 m urea supplemented in purification buffer, the highest purified protein was attained (450 µl/ml). Furthermore, the results related to recovery the single band of protein from gel indicated that the electroelution has highest efficient on recovery of the target protein from gel matrix compared to sonication and elution by diffusion methods. The results of SDS-PAGE confirmed to appear a protein with 34 kDa related to molecular weight of target protein. Western blot validated the recombinant protein in membrane. 

    Conclusions

    The current study showed that using urea in 8 M, NaCL in 500 mM concentration in purification buffers following adjusting the elution buffer on pH (4) in elution purification step can be apply as an optimized condition to attain the highest target protein concentration. Furthermore, electroelution method introduced as efficient method in order to recovery band of the target protein from polyacrylamide gel matrix.

    Keywords: : Urea, Membrane protein, Protein purification, Guanidine hydrocholoride, Citrus greening, Recovery
  • Atefeh Sadat Mostafavi, Mansour Mansour Omidi *, Reza Azizinezhad, Alireza Etminan, Hassanali Naghdibadi Pages 197-219
    Objective

    Awareness of genetic diversity and population structure is very effective in conserving germplasm and preventing the weakening of the genetic base and provides the opportunity to harness the potential of desirable genes in the genetic repository in breeding programs. The aim of this study was to investigate the genetic diversity in the germplasm of Rosa damascena collected from different regions of Iran and to identify the genetic relationships of different populations for use in breeding and Conservation of genetic resources programs.

    Materials and methods

    Genetic diversity and population structure were evaluated in a collection of Rosa damascena Mill germplasm, including 40 accessions collected from five geographical regions of Iran using inter-simple sequence repeats (ISSR) markers.

    Results

    Twelve ISSR primers replicated 202 multiform genomic fragments, the number of these bands ranged from 15 to 18 in different primers and the average was 16.83. The average Polymorphism Information Content (PIC) and marker index (MI) for the primers used ranged from 0.35 to 0.46 and 5.25 to 8.28, respectively. Analysis of molecular variance (AMOVA) showed that intra-population diversity accounts for a greater share (93%) of total molecular diversity. The dendrogram obtained from cluster analysis based on method neighbor joining categorized the accessions into 3 main groups, which were confirmed by principal coordinate analysis (PCoA). Based on Jacard coefficient, the highest genetic distance (0.837) was observed between Hormozgan and Barzok 3 accessions, and the lowest genetic distance between Semnan accessions (0.141). The results of population structure using STRUCTURE software showed no strong relationship with the geographical distribution of accessions.

    Conclusions

    Cluster analysis and principal coordinate analysis were consistent with the genetic relationships derived by STRUCTURE analysis in many cases. The results showed that the grouping of accessions based on molecular data is not strong related to their geographical origin, thus strengthening the probability of gene flow between populations. Genetic diversity obtained by ISSR marker indicates the ability to identify interspecies and intraspecies differences of this marker.

    Keywords: Rosa damascena Mill. ISSR, genetic diversity, Population structure