فهرست مطالب

بیوتکنولوژی کشاورزی - سال چهاردهم شماره 4 (پیاپی 49، زمستان 1401)

مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
سال چهاردهم شماره 4 (پیاپی 49، زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/10/17
  • تعداد عناوین: 12
|
  • محسن سعدلو پاریزی، سدابه جهانبخش گده کهریز*، حسین دشتی، روح الله صابری ریسه، حجت هاشمی نسب صفحات 1-20
    هدف

    پسته یکی از مهم ترین محصولات کشاورزی می باشد و کشور ایران دارای غنی ترین ژرم پلاسم پسته دنیاست. وجود این ذخایر ژنتیکی فرصتی مناسب جهت استفاده برای اهداف اصلاحی خواهد بود. آگاهی از روابط ژنتیکی بین ژنوتیپ های پسته نقش مهمی در برنامه های اصلاحی آن دارد. نشانگرهای مولکولی یکی از ابزارهای قدرتمند جهت بررسی روابط فیلوژنتیک گیاهان می باشند. تکنیک SCoT یکی از سیستم های مولکولی است که جهت بررسی ارتباط ژنتیکی گونه ها و ارقام مختلف گیاهی کاربرد دارد. این مطالعه به منظور ارزیابی روابط ژنتیکی تعدادی از گونه ها و ارقام جنس پسته با استفاده از نشانگر مولکولی SCoT و بررسی سودمندی این نشانگر در تمایز ژنوتیپ های این جنس انجام شد.

    مواد و روش ها:

     مواد گیاهی این مطالعه شامل 29 ژنوتیپ از گونه های اهلی و وحشی جنس پسته است. 25 آغازگر از نشانگر SCoT جهت ارزیابی روابط ژنتیکی مورد استفاده قرار گرفت. DNA ژنومی از نمونه های برگی با استفاده از روش CTAB با اندکی تغییر استخراج گردید. کمیت و کیفیت DNA استخراج شده به وسیله اسپکتروفتومتر و الکتروفورز ژل آگاروز تعیین گردید. تجزیه خوشه ای بر اساس ماتریس تشابه ژاکارد و الگوریتم اتصال کامل و تجزیه به مولفه های هماهنگ اصلی، با استفاده از نرم افزار 2.02e NTSYSpc انجام شدند.

    نتایج

    در مجموع 449 قطعه DNA توسط آغازگرها تکثیر گردید که 433 باند (43/96 درصد) چندشکل بودند. متوسط تعداد قطعات تکثیری برای هر آغازگر 96/17 باند با میانگین 32/17 باند چندشکل در هر آغازگر بود. تعدادی نشانگر اختصاصی گونه نیز در بعضی ژنوتیپ ها آشکار گردید. مقادیر میانگین محتوای اطلاعات چندشکلی از 18/0 تا 38/0 متغیر بود. همچنین مقادیر شاخص نشانگری در محدوده 56/0 تا 36/4 قرار داشت. دامنه ضرایب تشابه ژنو تیپ ها بین 25 تا 68 درصد متغیر بود. تجزیه خوشه ای، ژنوتیپ های پسته را به دو شاخه اصلی شامل گونه ورا (اهلی) و گونه های وحشی تقسیم نمود. تجزیه به مولفه های هماهنگ اصلی، گونه ورا را از گونه های وحشی تفکیک و نتایج تجزیه خوشه ای را تایید نمود.

    نتیجه گیری: 

    نتایج این مطالعه نشان داد که نشانگر مولکولی SCoT چندشکلی بالایی را در بین گونه ها و ارقام پسته آشکار و ژنوتیپ های موردمطالعه را از یکدیگر متمایز ساخت. بنابراین، نشانگر SCoT ابزاری سودمند جهت مطالعه روابط فیلوژنتیک در جنس پسته است.

    کلیدواژگان: پسته، تجزیه خوشه ای، فیلوژنتیک، نشانگرهای مولکولی، نشانگر SCoT
  • صدف عابدی، لیلا آهنگر*، رضا ضرغامی، لیلا مامنی، معصومه نعیمی صفحات 21-44
    هدف

    فناوری نانو به عنوان یک روش امیدوارکننده برای پرداختن به مسایل کشاورزی پایدار، می تواند موجب افزایش کارآیی تکثیر در کشت بافت خرما گردد. هدف این مطالعه تهیه نانوذرات کربنی و و ارزیابی کارایی استفاده ی آن ها در محیط کشت MS و اثر آن ها در بهبود و افزایش کالوس زایی خرما می باشد.

    مواد و روش ها: 

    جهت تکثیر کالوس های تشکیل شده از ریز نمونه های مریستمی خرمای مجول سه آزمایش مجزا با غلظت های مختلف تنظیم کننده های رشد NAA، 2ip، BAP و همچنین غلظت های مختلف نانوذرات کربنی (CNP) با 5 تکرار بر تکثیر کالوس های خرمای رقم مجول انجام گردید. کالوس های تهیه شده در محیط کشت MS در آزمایش اول به چهار محیط کشت با تیمار های مختلف هورمونی از NAA و 2ip و در آزمایش دوم به چهار محیط کشت با تیمار های مختلف هورمونی از NAA و BAP انتقال داده شدند. در آزمایش سوم پس از تعیین بهترین تیمارهای هورمونی از آزمایش اول و دوم، سنتز نانو ذره کربنی از گرافیت انجام شد و مجدد کالوس های تشکیل شده از ریز نمونه های مریستمی خرما در محیط کشت های برتر همراه با غلظت های مختلف نانوذرات (0، 10، 20، 30، 40، 50 میلی گرم در لیتر) قرار گرفتند.

    نتایج

    بر اساس نتایج آزمایش اول تیمارهای 10 میلی گرم در لیتر NAA + 30 میلی گرم در لیتر 2ip و 1/0 میلی گرم در لیتر NAA + 05/0 میلی گرم در لیتر 2ip به عنوان تیمارهای برتر تکثیر کالوس انتخاب گردیدند. در آزمایش دوم مشخص گردید که میان تیمارهای اعمال شده 10 میلی گرم در لیتر NAA + 30 میلی گرم در لیتر  BAP و تیمار 10 میلی گرم در لیتر NAA + 10 میلی گرم در لیتر BAP با دیگر تیمارهای دارای غلظت های مختلف BAP، از نظر آماری اختلاف معنی داری وجود ندارد. نتایج آزمایش سوم نشان داد که استفاده از تیمار 10 میلی گرم در لیتر NAA + 30 میلی گرم در لیتر  BAP+ 30 میلی گرم در لیتر CNP می تواند تولید کالوس هایی با  بیشترین وزن را در پی داشته باشد.

    نتیجه گیری:

     با توجه به اثر مثبت نانوذرات کربنی در افزایش وزن کالوس ها، تیمار 10 میلی گرم در لیتر NAA + 30 میلی گرم در لیتر  BAP+ 30 میلی گرم در لیتر CNP مناسب ترین گزینه برای تکثیر کالوس خرمای رقم مجول محسوب می شود.

    کلیدواژگان: خرما، فناوری نانو، کشت بافت، نانوذرات کربنی
  • الهه رنجبران، مهدی رحیمی*، مریم عبدلی نسب، حمید زارع، مجتبی کردرستمی صفحات 45-68
    هدف

    انجیر (Ficus carica) یک درخت خزان کننده می باشد که در مناطق خشک و نیمه خشک کشت می شود. انجیر به عنوان یک محصول مهم، در چند دهه اخیر به دلیل بروز تنش های زنده و غیرزنده دچار فرسایش ژنتیکی شده است. هدف از این تحقیق تعیین تنوع ژنتیکی ژنوتیپ های موجود در استهبان با استفاده از صفات ریخت شناسی و نشانگر مولکولی Start Codon Targeted (SCoT) است.

    مواد و روش ها: 

    در این پژوهش، تعداد 16 ژنوتیپ انجیر در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار از لحاظ صفات ریخت شناسی آن ها ارزیابی گردیدند. همچنین DNA ژنومی آن ها از برگ استخراج گردید و تنوع ژنوتیپی ژنوتیپ ها بر اساس 10 آغازگر SCoT بررسی شد.

    نتایج

    تجزیه واریانس تفاوت معنی داری بین صفات نشان داد و همچنین تجزیه خوشه ای بر اساس صفات ریخت شناسی، ژنوتیپ ها را در پنج گروه قرار داد. هشت آغازگر در مجموع تعداد 50 نوار چندشکل تکثیر کردند و SCoT12 و SCoT11 به ترتیب با 13 و 9 نوار چندشکل، بیشترین نوار رو تولید کردند. محتوای اطلاعات چندشکل (PIC) برای نشانگر SCoT بین 3423/0 تا 3791/0 با میانگین 3595/0 متغیر بود. تجزیه خوشه ای به روش جفت گروه بدون وزن با میانگین حسابی و معیار شباهت گاور بر اساس داده های SCoT، 16 ژنوتیپ انجیر را در چهار گروه قرار دادند. گروه بندی بر اساس روش بیزی ژنوتیپ ها را در نه گروه قرار داد اگرچه ژنوتیپ ها تمایز نداشتند و مخلوطی از هر نه گروه بودند.

    نتیجه گیری:

     نتایج حاکی از آن است که کاربرد نشانگر SCoT دارای مزیت بالایی بوده و نقش بسزایی در تفکیک و تمایز ژنوتیپ های انجیر دارد نشانگر مولکولی SCoT و صفات ریخت شناسی تنوع بالایی را میان ژنوتیپ ها نشان داده اند. نتایج به دست آمده از این پژوهش نشان دهنده وجود تنوع ژنتیکی بالا در خزانه ژنتیکی ارقام انجیر استهبان هست که با حفاظت از این منبع غنی می توان از آن ها در اجرای برنامه های به نژادی بهره برد.

    کلیدواژگان: بیزی، چندشکل، ضریب تغییرات
  • مژده اکبرزاده للکامی، محمدهادی پهلوانی*، خلیل زینلی نژاد، کیوان مهدوی ماشکی، آندریاس پی.ام وبر، دومینیک بریل هاوس صفحات 69-84
    هدف

    برنج در بین گیاهان زراعی از حساسیت بالایی به شوری برخوردار است. حساسیت برنج در مرحله گیاهچه ای و فاز زایشی موجب آسیب به فرایندهای حیاتی گیاه و در نهایت کاهش عملکرد می شود. در محیط های شور سمیت یونی به واسطه جذب یون سدیم افزایش می یابد. ارقام متحمل با کاهش نسبت سدیم به پتاسیم در اندام های فتوستنزی با شوری مقابله می کنند. کنترل ورود و خروج یون ها در سلول های گیاهی توسط کانال ها و ناقل های یونی انجام می شود. شناسایی و ارزیابی الگوی بیان ژن های کنترل کننده این ناقل ها در زمان ها و اندام های مختلف از اهداف این تحقیق بود.

    مواد و روش ها: 

    در این مطالعه از دو ژنوتیپ برنج متحمل CSR28 و حساس IR28 استفاده شد. گیاهچه های کاشت شده در محیط کشت هیدروپونیک در معرض تیمار شوری 150 میلی مولار قرار گرفتند و نمونه برداری از ریشه و اندام هوایی در زمان های 6 و 54 ساعت پس از تیمار انجام شد. پس از استخراج RNA، ساخت کتابخانه و تجزیه و تحلیل RNA-seq انجام شد و ژن های با بیان افتراقی شناسایی شدند. از تجزیه مسیر MapMan برای شناسایی ژن های کنترل کننده ناقل های یونی استفاده شد.

    نتایج

    از مقایسه دو ژنوتیپ در شرایط اختصاصی تنش شوری، 47 ژن با بیان بالا که کنترل کننده ناقل های یونی بودند شناسایی شدند که برخی دارای بیان اختصاصی در ژنوتیپ یا اندام خاص بودند. ژن های OsTPC1 و OsSOS3 که به ترتیب در ورود یون کلسیم به سلول و گیرنده کلسیم نقش دارند در ریشه ژنوتیپ متحمل در زمان 54 ساعت بیان بیشتری نسبت به ژنوتیپ حساس نشان دادند. همچنین بیان بالای ژن های مهمی نظیر OsSOS1 و OsNHX1 در ژنوتیپ متحمل بیانگر کاهش تجمع یون سدیم نسبت به ژنوتیپ حساس بود. دیگر ژن های درگیر در هومیوستازی یونی نظیر OsHKT1 در اندام ریشه و زمان 54 ساعت در ژنوتیپ متحمل بیان بیشتری داشت.

    نتیجه گیری:

     به طور کلی نتایج این تحقیق نشان داد که فعل و انفعلات مولکولی رخ داده در ریشه در شرایط طولانی مدت تنش شوری موجب تفاوت در تحمل به شوری از طریق تفاوت در هومیوستازی یونی شده است. همچنین نتایج این تحقیق بیانگر نقش مسیر پیام رسانی مربوط به یون کلسیم در القای تحمل به شوری ژنوتیپ متحمل CSR28 بود. از بیان اختصاصی برخی از این ژن ها در ژنوتیپ یا اندام خاص می توان به عنوان نشانگر زیستی در برنامه های گزینش ژنوتیپ های برنج متحمل به شوری استفاده کرد.

    کلیدواژگان: تجزیه MapMan، ترانسکریپتوم، مسیر SOS، ناقل یونی
  • مهدیه مدرس کیا، رضا درویش زاده، محسن مدرس*، حمید حاتمی ملکی صفحات 85-102
    هدف

    گیاه زنیان (Trachyspermum copticum) یکی از گونه های دارویی است که برای درمان مشکلات معده و برخی بیماری های دیگر مورد استفاده قرار می گیرد. این مطالعه با هدف شناسایی نشانگرهای ISSR مرتبط با صفات زراعی- ریخت شناختی در توده های زنیان جمع آوری شده از مناطق مختلف کشور با استفاده از تجزیه ارتباطی انجام گرفته است.

    مواد و روش ها:

     در این بررسی، ویژگی های ریخت شناختی 40 ژنوتیپ زنیان از 10 توده مختلف در شرایط گلخانه ای ارزیابی شدند. در آزمایش مولکولی، نمونه های برگی در مرحله چهار برگی از ژنوتیپ های مورد نظر برداشته شده و پس از استخراج DNA انگشت نگاری با نشانگرهای ISSR انجام شد.

    نتایج

    آماره های توصیفی بیانگر وجود تنوع ژنتیکی در ژرم پلاسم زنیان مورد مطالعه از نظر ویژگی های مرفولوژیکی بوده؛ بیشترین و کمترین ضریب تغییرات فنوتیپی به ترتیب برای صفات تعداد بذرهای تشکیل شده و تعداد گل در هر چتر فرعی بدست آمد. نتایج انگشت نگاری DNA با استفاده از 12 آغازگر ISSR، موجب تکثیر 153 مکان ژنی گردید که 93 عدد از آنها چندشکل و مابقی تک شکل بودند. در تجزیه ساختار جمعیت زنیان مورد مطالعه با استفاده از داده های ISSR در نرم افزار Structure دو زیرجمعیت شناسایی شد. با استفاده از تجزیه ارتباطی نشانگرهای با ارتباط معنی دار برای صفات عملکرد زیستی، وزن خشک اندام هوایی، شاخص برداشت، تعداد شاخه های جانبی، تعداد بذر تشکیل شده، وزن صد دانه، طول متوسط میانگره، چتر فرعی در هر گل، قطر ساقه و عملکرد تک بوته، تعداد چتر، تعداد برگ، تعداد گل در یک گل آذین و طول برگ شناسایی شد. در این تحقیق، جایگاه های نشانگری UBC807-2، UBC812-10، UBC818-8، UBC840-5، UBC848-4، UBC857-11 و UBC857-6 بطور همزمان برای بیش از یک صفت شناسایی شدند و بدین ترتیب می توانند در برنامه های به نژادی گیاه دارویی زنیان به منظور گزینش همزمان چند صفت مورد استفاده قرار گیرند.

    نتیجه گیری: 

    در این تحقیق نشانگرهای UBC807-2 UBC812-10 UBC857-11 UBC848-4 UBC840-5  UBC818-8  UBC857-11 بطور همزمان بیش از یک صفت را کنترل می نمودند و می توانند بطور موثری در برنامه های به نژادی زنیان از طریق گزینش مورد استفاده قرار بگیرند.

    کلیدواژگان: زنیان، ساختار جمعیت، گزینش همزمان، نشانگر ISSR
  • ندا ذوالفقاری خطبه سرا، محمد محسن زاده گلفزانی*، محمدمهدی تقوایی، حبیب الله سمیع زاده لاهیجی صفحات 103-132
    هدف

    رشد و عملکرد گیاه به طور چشمگیری تحت تاثیر تنش های غیر زیستی  مانند خشکی و شوری قرار می گیرد. گیاهان برای انطباق و تحمل تنش شوری و خشکی که ممکن است بقای آن ها را در طول چرخه زندگی آن ها تهدید کند، راهکارهایی را بکار می برند که یکی از آن ها تنظیمات پس از رونویسی باواسطه miRNAاست.

    مواد و روش ها:

     بدین منظور در تحقیق حاضر، برای بررسی این پدیده در گیاه کلزا ابتدا با بررسی منابع miRNAهایی که در طی تنش های شوری و خشکی بیان معنی داری از خود نشان داده بودند انتخاب شدند. به منظور بررسی و مقایسه روابط تکاملی و حفاظت شدگی MicroRNA موثر در تنش خشکی و شوری در سه گونه Brassica napus، Brassica rapa و Brassica oleracea درخت فیلوژنتیکی برای آن ها رسم شد. به کمک نرم افزار آنلاین psRNATarget شناسایی ژن های هدف برای miRNAهای انتخاب شده صورت گرفت. دسته بندی و بررسی هستی شناسی ژن های هدف انجام شد. به منظور انجام تفسیر و تحلیل جامعی از روابط بین ژن های هدف، شبکه میانکش پروتیین ها ترسیم شد. در پژوهش حاضر 225 ژن هدف برای miRNA ها شناسایی شد.

    نتایج

    پس از بررسی شبکه میانکش پروتیین ها مشخص شد که بیشترین تعاملات بین زیر واحدهای ریبوزومی، پروتیازومی و سیستم یوبیکوییتین-پروتیازوم وجود داشت. این نتیجه گویای این است که، تنش خشکی و شوری منجر به فعال شدن سیستم ها و مسیرهای مختلف بیولوژیکی و تغییر در بیان ژن ها همراه با فعال شدن ماشین پروتیین سازی و تغییر در محتوای پروتیینی می شود و گیاه از طریق فعال کردن تنظیم ژن پس از رونویسی و تغییرات پس از ترجمه، فراوانی، فعالیت ها، تقسیم بندی درون سلولی و انتقال پروتیین های تنظیم کننده درگیر در فرآیندهای مختلف رشد و همچنین پاسخ دهی به تنش را تنظیم می کند.

    نتیجه گیری:

     نتایج این بررسی دید وسیع تری در ارتباط با تنش ها و اثر آن بر مسیرهای درگیر در فرآیندهای سلولی خواهد شد و ابعاد گسترده پاسخ به تنش ها را آشکار خواهد کرد.

    کلیدواژگان: تنش غیرزیستی، تنظیم ژن پس از رونویسی، تغییرات پس از ترجمه، میانکش پروتئین ها، psRNATarget، STRING
  • رضا پسندیده*، محمدرضا محمدآبادی، مجید پسندیده صفحات 133-156
    هدف

    با وجود اینکه آبزی پروری سریع‏ترین بخش از نظر تولید پروتیین حیوانی در جهان می‏باشد، برنامه‏ های اصلاح نژاد در آبزیان نسبت به دام‏ها و گیاهان با تاخیر همراه بوده ‏اند. برنامه‏ های بهبود ژنتیکی آبزیان به طور عمده مبتنی بر استفاده از اطلاعات فنوتیپی و شجره‏ای افراد بر اساس اصول ژنتیک کمی بوده است. با این حال در سال‏های اخیر، روش‏های مبتنی بر اطلاعات ژنومی مانند انتخاب به کمک نشانگر (MAS) و انتخاب ژنومی (GS) به منظور بهبود صفات اقتصادی در برخی از گونه‏ های آبزی مورد استفاده قرار گرفته ‏اند. هدف مقاله حاضر بررسی اصول و مبانی اصلاح نژاد در آبزیان از انتخاب فنوتیپی تا انتخاب ژنومی، مزایا و محدودیت‏های آن‏ها و پیشرفت‏های تحقیقاتی اخیر در گونه ‏های مختلف آبزی می‏باشد.

    نتایج

    انتخاب ژنومی در آبزیان از طریق افزایش صحت انتخاب، کاهش فاصله نسل، کاهش میزان همخونی، کنترل بهتر اثرات متقابل ژنتیک و محیط و انتخاب حیوانات با حساسیت کمتر به تغییرات محیطی موجب افزایش پیشرفت ژنتیکی می‏گردد. انتخاب ژنومی به ویژه برای انتخاب صفاتی که اندازه گیری آن‏ها دشوار است یا وراثت پذیری پایینی دارند برای مثال مقاومت به بیماری، مصرف خوراک، صفات تولیدمثلی و کیفیت گوشت مناسب است. اندازه جمعیت مرجع، تراکم نشانگر، طرح جفتگیری، تعداد و اندازه خانواده‏ها و تعداد نسل از عوامل موثر در صحت انتخاب ژنومی در آبزیان می‏باشند. پیشرفت‏های مداوم در زمینه فناوری‏های مقرون به صرفه تعیین ژنوتیپ به ویژه تعیین ژنوتیپ توسط توالی یابی (GBS) و علم بیوانفورماتیک، ‏کاربرد سریع‏تر انتخاب ژنومی در آبزی پروری را تسهیل خواهد کرد.

    نتیجه گیری:

     اگرچه انتخاب ژنومی در سال‏های اخیر برای حدود 20 گونه‏ی آبزی مورد استفاده قرار گرفته و فرصت‏هایی را برای افزایش پیشرفت ژنتیکی فراهم کرده است اما باید مزایای این روش در برنامه ‏های تجاری و اقتصادی اصلاح نژاد آبزیان مورد ارزیابی قرار گیرد. انتظار می رود که انتخاب ژنومی در آینده به طور گسترده در اصلاح نژاد آبزیان مورد استفاده قرار گیرد و مسیر را برای توسعه پایدار این صنعت هموار سازد.

    کلیدواژگان: اصلاح نژاد، انتخاب به کمک نشانگر، انتخاب ژنومی، آبزی پروری، پیشرفت ژنتیکی
  • امیرحسین محمدی*، ناصر صداقتی، معصومه حقدل، سید جواد حسینی فرد، مهدی محمدی مقدم صفحات 157-180
    هدف

    آلودگی پسته به قارچ Aspergillus و آفلاتوکسین یکی از مهمترین مشکلات در تولید و صادرات این محصول با ارزش، می باشد. این  پژوهش با هدف شناسایی دو گونه Aspergillus flavus و A. parasiticus، تعیین فراوانی جدایه های توکسین زا و غیرتوکسین زای این دو گونه و جمعیت Aspergillus flavus clade در خاک، میوه های سالم و ترک خورده رقم اوحدی، در شش تیمار آخرین آبیاری قبل از برداشت (5، 10، 15، 20، 25 و 30 روز) اجرا گردید.

    مواد و روش ها:

     جداسازی قارچ های Aspergillus flavus clade از خاک، میوه های سالم و ترک خورده با روش تهیه سوسپانسیون و سری های رقت، روی محیط کشت DRBC انجام شد. شناسایی دو گونه Aspergillus flavus وA. parasiticus با استفاده از ویژگی های ماکرومورفولوژیکی و مولکولی (پرایمر کالمودولین) و تشخیص و غربالگری جدایه های توکسین زا با استفاده از دو روش محیط کشت نارگیل-آگار (Coconut agar medium=CAM) و کروماتوگرافی لایه نازک (TLC) انجام شد. آزمایش در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با چهار تکرار در طی سال های 1392 تا 1394 اجرا گردید.

    نتایج

    از مجموع 233 جدایه Aspergillus flavus clade جمع آوری شده، به ترتیب 221 و 12 جدایه متعلق به دو گونه Aspergillus flavus و A. parasiticus بودند. در میوه های ترک خورده، سالم و خاک فراوانی جدایه های توکسین زایA. flavus به ترتیب 5/86، 5/87، 7/88 درصد و جدایه‏های توکسین‏زای A. parasiticus،  80، 75، 100 درصد بود. بر اساس نتایج تجریه مرکب، تیمارهای آخرین آبیاری 30 و 25 روز قبل از برداشت (تیمارهای با کمترین رطوبت خاک) کمترین و تیمارهای آخرین آبیاری 10 و 5 روز قبل از برداشت (تیمارهای با بیشترین رطوبت خاک) بیشترین جمعیت Aspergillus flavus clade را در خاک، میوه های سالم و ترک خورده نشان دادند. استفاده از کود دامی جمعیت Aspergillus flavus clade را به طور معنی داری افزایش داد به طوری که این افزایش در میوه های ترک خورده، سالم و خاک در سال 1393 به ترتیب 66، 83 و 114 درصد بود.

    نتیجه گیری:

     نتایج تحقیق حاضر نشان داد که کاهش فاصله آخرین آبیاری با زمان برداشت میوه (بالا بودن درصد رطوبت خاک سطحی باغ) و استفاده از کود دامی می تواند موجب افزایش جمعیت Aspergillus flavus clade در خاک، میوه های سالم و ترک خورده پسته گردد. با توجه به اینکه افزایش جمعیت قارچی همراه با فراوانی جدایه های توکسین زای دو گونه Aspergillus flavus و A. parasiticus می باشد با تنظیم دور آبیاری، به طوری که آخرین آبیاری 25 تا 30 روز قبل از برداشت میوه باشد، می توان آلودگی میوه های پسته به Aspergillus و تولید آفلاتوکسین را کاهش داد.

    کلیدواژگان: آفلاتوکسین، جدایه های توکسین زا، کود دامی
  • زهره خسرویان، منیره رنجبر*، علی محمد احدی صفحات 181-200
    هدف

    شوری یکی از مهمترین تنش هایی است که عملکرد اکثر گیاهان را در سراسر جهان کاهش می دهد. گیاهان از مکانیزم های مختلفی در پاسخ به تنش های زیست محیطی استفاده می کنند. از کیتوزان و الیگومرهای آن در گیاهان برای ایجاد مقاومت در برابر تنشهای غیر زیستی مانند شوری استفاده می شود. در این مطالعه تاثیر کیتوزان و شوری بر بیان ژن و فعالیت آنزیم p5cs و میزان پرولین در گیاه کلزا بررسی شده است.

    مواد و روش ها:

     بدین منظور گیاهان کلزا تحت تیمار های شوری (0، 50، 100 و 150 میلی مولار)، سطوح کیتوزان (0، 5 و 10 میلی گرم در لیتر) در آزمایشی به صورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملا تصادفی با 3 تکرار انجام شده و جهت ارزیابی بیان ژن و فعالیت آنزیم p5cs و میزان پرولین مورد استفاده قرار گرفتند.

    نتایج

    با افزایش شوری میزان بیان ژن دلتا - 1 پرولین - 5 کربوکسیلات سنتتاز (P5CS)، فعالیت آنزیم و محتوای پرولین افزایش یافته است. در تیمار توام شوری 100 میلی مولار با کیتوزان 10 میلی گرم در لیتر، بیان ژن، فعالیت و میزان پرولین در گیاه کلزا دارای بیشترین میزان بود. استفاده از کیتوزان در محیط حاوی نمک در مقایسه با تیمارهای شوری هم غلظت، باعث شده تا ژن P5CS بیشتر بیان شده، فعالیت آنزیم مربوطه افزایش یافته و به دنبال آن پرولین بیشتری سنتز گردد. بنابراین همبستگی مثبتی بین بیان ژن، فعالیت آنزیم و میزان پرولین تولید شده وجود دارد.

    نتیجه گیری:

     با توجه به نتایج می توان بیان کرد که کیتوزان با غلظت 10میلی گرم در لیتر در شرایط شوری با افزایش بیان ژن و فعالیت آنزیم دلتا- 1 پرولین - 5 کربوکسیلات سنتتاز (P5CS)، پرولین تولید کرده که باعث افزایش مقاومت گیاه به تنش می گردد.

    کلیدواژگان: آنزیمP5CS، پرولین، شوری، کلزا، کیتوزان
  • غزاله جوانمرد، محمد مرادی شهربابک، حسین مرادی شهربابک*، جواد رحمانی نیا، مهدی عباسی فیروزجایی، محمدباقر زندی صفحات 201-220
    هدف

    حفاظت از تنوع ژنتیکی حیوانات بومی، امر بسیار مهمی است. برای استفاده پایدار از منابع ژنتیکی، باید ابتدا به مطالعه ساختار ژنتیکی جمعیت ها پرداخت. اهداف اصلی این پژوهش، شناسایی ساختار جمعیتی اسب های نژاد ترکمن و دره شوری با استفاده از نشانگرهای متراکم SNP و مقایسه کارایی روش های PCA، DAPC و SPC در خوشه بندی این جمعیت ها بود.

    مواد و روش ها:

     برای این منظور، 67 راس اسب از نژاد ترکمن و 39 راس اسب از نژاد دره شوری با استفاده از تراشه k70 شرکت ایلومینا  (Illumina EquineSNP70 BeadChip) تعیین ژنوتیپ شدند. پس از اعمال مراحل کنترل کیفیت، پنج راس اسب ترکمن و یک راس اسب دره شوری حذف شدند. سپس با استفاده از سه روش تجزیه و تحلیل مولفه های اصلی (PCA)، تجزیه و تحلیل تفکیکی مولفه های اصلی (DAPC) و خوشه بندی فوق پارامغناطیسی (SPC) شناسایی ساختار جمعیت ها انجام شد. این روش ها به مفروضات پیشین وابسته نیستند و در نتیجه، تجزیه و تحلیل مجموعه داده های ژنومی بسیار حجیم را بدون دانش قبلی درباره انساب افراد، امکان پذیر می کنند. همچنین این روش ها بسیار سریع و کارآمد هستند.

    نتایج

    در این پژوهش، کارایی سه روش خوشه بندی یادشده در تشخیص ساختارهای جمعیتی مقایسه شد. هر سه روش در تفکیک دو نژاد موفق بودند و نژادهای ترکمن و دره شوری در گروه های مجزای ژنتیکی قرار گرفتند؛ با این تفاوت که روش DAPC صرفا دو جمعیت اصلی را از هم تفکیک کرد اما روش های PCA و SPC زیرجمعیت های متعددی را نیز در هر نژاد شناسایی کردند. نتایج این پژوهش نشان داد روش SPC برای مطالعه ساختار جمعیت نژادهای بومی با اطلاعات ناشناخته، می تواند مفیدتر از سایر روش های مورد بررسی باشد. بنابراین، با استفاده از این روش می توان برنامه مناسبی برای حفظ و استفاده از منابع ژنتیکی طراحی کرد.

    نتیجه گیری: 

    روش های PCA، DAPC و SPC توانستند ساختار ژنتیکی نژادهای ترکمن و دره شوری را با موفقیت شناسایی کنند و به طور کلی می توان گفت اطلاعات به دست آمده از نشانگرهای متراکم SNP می تواند ابزار قدرتمندی برای شناسایی ساختار جمعیتی نژادهای بومی باشد.

    کلیدواژگان: تجزیه تفکیکی مولفه های اصلی، تجزیه مولفه های اصلی، خوشه بندی فوق پارامغناطیسی، زیرجمعیت
  • شیما کرمی، بهروز شیران*، رودابه راوش، حسین فلاحی، ارغوان علی سلطانی صفحات 221-246
    هدف

    درک مکانیسم های مولکولی پاسخ به تنش از جمله تنش خشکی می تواند به طور قابل توجهی علم اصلاح مولکولی گیاهان را ارتقا بخشد. مطالعات ترنسکریپتومی می تواند حجم زیادی از اطلاعات را در دسترس محققان قرار دهد. ادغام چنین اطلاعاتی از منابع مختلف از طریق روش های آماری پیشرفته مانند فراتحلیل فرصت جدیدی برای غلبه بر پیچیدگی بیولوژیکی، شناسایی ژن های با بیان متفاوت (DEGs) و کسب نتایج قابل اعتمادتر، فراهم می آورد. مطالعه حاضر با هدف شناسایی DEGها در پاسخ به تنش خشکی با استفاده از داده های ترنسکریپتومی از طریق فراتحلیل داده های RNA-seq انجام شد.

    مواد و روش ها: 

    داده های RNA-seq از پایگاه داده EMBL-EBI دانلود شد و پس از پیش پردازش، نقشه یابی خوانش های با کیفیت بر روی ژنوم مرجع برنج با نرم افزار STAR صورت گرفت. تغییرات بیان ژن ها با استفاده از پکیج edgeR به صورت جداگانه برای هر مجموعه داده بررسی و سپس از خروجی حاصله برای فراتحلیل با استفاده از پکیج metaRNAseq استفاده شد. ژن های با بیان متفاوت و معنادار در پاسخ به تنش، از نظر عمکرد زیستی، مسیرهای زیستی درگیر و برهم کنش پروتیینی بررسی شد و در نهایت ژن های کلیدی در پاسخ به تنش خشکی تعیین گردید.

    نتایج

    مطابق نتایج فراتحلیل 6607 ژن با متوسط بیان log2FC≥|1| و FDR≤0.05 شناسایی شد که به ترتیب 3313 و 3294 از آن ها تحت تنش، بیانشان افزایش و کاهش یافته است. از این تعداد 162 ژن درآنالیز های انفرادی به عنوان DEG تعیین نشده بودند و تنها از طریق فراتحلیل شناسایی شدند، که این امر نشان دهنده قدرت آماری این روش در شناسایی ژن های جدید است. نتایج بررسی عملکردی DEGها نشان دهنده القای مسیرهای متابولیکی مختلف از جمله بیوسنتز متابولیت های ثانویه و اسیدهای آمینه، متابولیسم کربوهیدرات ها و مسیر انتقال پیام فیتوهورمون ها تحت تنش است. بررسی برهم کنش پروتیینی و شناسایی ژن های کلیدی نیز حاکی از نقش آن ها در پاسخ به تنش، فعالیت اکسیدوردوکتازی و متابولیسم اسید آمینه بود.

    نتیجه گیری: 

    این مطالعه می تواند درک ما را از مکانیسم های مولکولی پاسخ برنج به تنش خشکی افزایش دهد و همچنین در شناسایی ژن های کلیدی و جدید، حتی به عنوان نشانگرهای مولکولی در راستای بهبود تحمل به تنش خشکی در برنامه های اصلاحی برنج مفید باشد.

    کلیدواژگان: تنش خشکی، RNA-Seq، فراتحلیل، برنج
  • زهره حاجی برات، عباس سعیدی*، محمدرضا غفاری، مهرشاد زین العابدینی، ژهرا حاجی برات صفحات 247-267
    هدف

    جوانه زدن بذر فرآیند مهمی است که شروع چرخه زندگی گیاه بذر را تعیین می کند. با این حال، مکانیسم مولکولی جوانه زنی بذر در جو نامشخص است. برای درک مکانیسم مولکولی جوانه زنی بذر در جو، از آنالیز WGCNA برای شناسایی هاب و ژن های پاسخگو و آشکارسازی بیان ژن ها در جوانه زنی بذر استفاده شد.WGCNA ، ابزار ارزشمندی برای مطالعه همبستگی بین ژن ها، شناسایی ماژول های با همبستگی بالا و شناسایی ژن های Hub در ماژول های مختلف است.

    مواد و روش ها:

     داده های خام ریزآرایه مربوط به مرحله جوانه زنی از پایگاه داده ریزآرایه GEO برای 0 ساعت، 3 ساعت، 9 ساعت، 18 ساعت، 33 ساعت و 71 ساعت پس از مرحله جوانه زنی به دست آمد. سپس از آنالیز شبکه هم بیان ژن وزنی (WGCNA)  برای تشخیص ژن های شبکه هم بیان شده استفاده شد. در تحقیق حاضر، از رقم جو مهتاب برای نشان دادن الگوی بیان پس از 9 ساعت، 18 و 71 ساعت پس از مرحله جوانه زنی استفاده شد. تعداد کل 4137 ژن با بیان متفاوت (DEG)  شناسایی شد که برخی از ژن ها بیان بیشتری را در مهتاب نشان دادند و سه ژن با qRT-PCR تایید شدند.

    نتایج

    بیشتر اینDEG ها در فرآیندهای متابولیک، فرآیندهای سلولی، گلیکولیز و پاسخ به محرک نقش داشتند. ژن هاب در MEbrown پروتیین ابرخانواده آلفا/بتا هیدرولاز، ME ارغوانی پروتیین 4 حاوی دامنه U-box و MEdarkgrey فاکتور رونویسی حاوی دامنه B3 ABI3 بود که با بذرهای جوانه زده همبستگی مثبت داشت. نتایج یک پایگاه داده ریزآرایه و ژن های کاندید برای مطالعه بیشتر جو در مراحل جوانه زنی را نشان داد. علاوه بر این، DEG ها توسط WGCNA به سه ماژول تقسیم شدند. در این مطالعه، ماژول های ژنی مرتبط با جوانه زنی بذر در طول جوانه زنی بذر جو شناسایی شدند. فاکتور رونویسی و آلفا/بتا هیدرولاز نقش مهمی در مرحله جوانه زنی داشتند. همچنین، ماژول های ژنی و ژن های هاب در 9 ساعت، 18 و 71 ساعت پس از جوانه زنی شناسایی شدند. با توجه به کمبود اطلاعات در مورد نیازهای جوانه زنی بذر جو، این تحقیق به منظور بررسی مکانیسم های جوانه زنی بذر و همچنین ارزیابی ژن های هاب جهت بررسی مکانیسم مولکولی جوانه زنی بذر در جو انجام شد.

    نتیجه گیری:

     نتایج مطالعه حاضر بینش جدیدی را در مورد مکانیسم مولکولی زیربنایی جوانه زنی بذر جو ارایه می دهد. بر اساس تجزیه و تحلیل شبکه، فاکتورهای رونویسی و پروتیین های یوبیکوییتین در جوانه زنی نقش داشتند. بیشتر ژن های مربوط به هر ماژول مربوط به پروتیین های درگیر در متابولیسم کربوهیدرات، گلیکولیز و تجزیه پروتیین بودند. نتایج بیان ژن ما می تواند به عنوان نشانگر مولکولی در ارقام جو در طول جوانه زنی بذر عمل کند. این یافته ها می تواند برای انتخاب کمک مولکولی و اصلاح ژنوتیپ های جو سریع جوانه زن مناسب باشد.

    کلیدواژگان: WGCNA، فاکتورهای رونویسی، شبکه ژنی، مرحله جوانه زنی
|
  • Mohsen Saadlou Parizi, Sodabeh Jahanbakhsh Godehkahriz *, Hosein Dashti, Roohallah Saberi Riseh, Hojjat Hashemi Nasab Pages 1-20
    Objective

    Pistachio is one of the most important agricultural products and iran has the richest germplasm of pistachio in the world. The presence of this genetic resources will be an appropriate opportunity for use in breeding purposes. Knowledge of genetic relationships among pistachio genotypes has important role in it’s breeding programs. Molecular markers are one of the powerful tools for studying plant phylogenetic relationships. Start Codon Targeted (SCoT) technique is one of the molecular systems that used to assess the genetic relationship among different plant species and cultivars. This study was performed in order to evaluate the genetic relationships between a numbers of Pistacia species and cultivars using SCoT molecular markers and to assess the usefulness of this markers in differentiating this genus.

    Materials and methods

    Plant materials of this study are included 29 genotypes of domestic and wild species of genus Pistacia. A total of 25 SCoT primers were used to evaluate the genetic relationships. Genomic DNA were extracted from leaf samples using CTAB method with minor modifications. The quantity and quality of the extracted DNA were measured by spectrophotometer and agarose gel electrophoresis. Cluster analysis based on Jaccard’s similarity matrix and complete linkage algorithm and Principal coordinate analysis were performed using NTSYSpc 2.02e software.

    Results

    In total, 449 DNA fragments were amplified by primers out of which 433 bands (96/43%) were polymorphic. The average number of amplified fragments for each primer was 17.96 bands with a mean of 17.32 polymorphic bands per primer. A number of species-spicific marker were detected in some Genotypes. The average of polymorphism information content values varied from 0/18 to 0/38. Also, the values of marker indices ranged from 0/56 to 4/36. The range of similarity coefficients of genotypes varied between 25% to 68%. Cluster analysis divided Genotypes into two main cluster including vera (domestic) and wild species. Principal coordinate analysis separated vera cultivars and genotypes from wild species and confirmed the results of cluster analysis.

    Conclusions

    The results of this study demonstrated that SCoT molecular markers detected high polymorphism among pistachio species and cultivars and differentiated the studid genotypes. Therefore, SCoT Marker is a useful tool for studying phylogenetic relationships in genus Pistacia.

    Keywords: Cluster analysis, Phylogenetic, Pistachio, Molecular marker, SCoT Marker
  • Sadaf Abedi, Leila Ahangar *, Reza Zarghami, Leila Maˈmani, Masome Naeemi Pages 21-44
    Objective

    Nanotechnology, as a promising method for addressing sustainable agricultural issues, can increase propagation efficiency in palm tissue culture. The aim of this study was to prepare carbon nanoparticles and use the resulting nanocomposites to evaluate their efficiency in improving and increasing date callus formation.

    Materials and methods

    Three separate experiments were performed to propagate calluses consisting of meristematic microsamples of dates. In the first experiment, calli prepared in MS culture medium were transferred to four culture media with different hormonal treatments from NAA and 2iP, and in the second experiment, calli composed of meristematic date microsamples in MS culture medium were transferred to four culture media with separate treatments from NAA and BAP. Different hormones were transferred from NAA and BAP. In the third experiment, after determining the best hormonal treatments from the first and second experiments, carbon nanoparticles were synthesized from graphite and calli composed of meristematic date microsomal samples were recreated in superior culture media with different concentrations of nanoparticles (0, 10, 20, 30, 40, 50 mg/L).

    Results

    Based on the results of the first experiment, treatments of 10 mg / l NAA + 30 mg / l 2ip and 0.1 mg/l NAA + 0.05 mg/l 2ip were selected as the best callus propagation treatments. In the second experiment, it was found that there was no statistically significant difference between the applied treatments of 10 mg/l NAA + 30 mg/l BAP and 10 mg/l NAA + 10 mg/l BAP with other treatments with different concentrations of BAP. The results of the third experiment showed that the use of 10 mg/l NAA + 30 mg/l BAP + 30 mg/l CNP can produce the most calluses.

    Conclusions

    Due to the positive effect of carbon nanoparticles on increasing the weight of commodities, treatment of 10 mg / l NAA + 30 mg / l BAP + 30 mg / l CNP becomes the most suitable option for calorific cultivar propagation.

    Keywords: Dates, Nanotechnology, tissue culture, Carbon nanoparticles
  • Elaheh Ranjbaran, Mehdi Rahimi *, Maryam Abdolinasab, Hamid Zare, Mojtaba Kordrostami Pages 45-68
    Objective

    Fig (Ficus carica) is a deciduous tree that is grown in arid and semi-arid regions. Figs, as an important crop, have undergone genetic erosion in recent decades due to living and non-living stresses. The aim of this study was to determine the genetic diversity of genotypes in Estahban using morphological traits and Start Codon Targeted (SCoT) molecular markers.

    Materials and methods

    In this study, 16 fig genotypes were evaluated in a completely randomized design with three replications based on their morphological traits. Also, their genomic DNA was extracted from leaves and the genotypic diversity of genotypes based on 10 SCoT primers was examined.

    Results

    Variance analysis showed a significant difference between traits, and cluster analysis based on morphological traits placed the genotypes in five groups. Eight primers amplified a total of 50 polymorphic bands, and SCoT12 and SCoT11 produced the most bands with 13 and 9 polymorphic bands, respectively. The polymorphic information content (PIC) for the SCoT primers varied between 0.3423 and 0.3791 with an average of 0.3595. Cluster analysis by UPGMA and Gower similarity criterion based on SCoT data, 16 fig genotypes were placed in four groups. The grouping based on the Bayesian method placed the genotypes in nine groups, although the genotypes were not differentiated and were a mixture of all nine groups.

    Conclusions

    The results indicate that the use of SCoT marker has a high advantage and plays an important role in the differentiation of fig genotypes. In general, it can be said that SCoT molecular markers and morphological traits have shown high diversity among genotypes. In general, the results obtained from this study indicate the existence of high genetic diversity in the germplasm of Estahban fig cultivars, which can be used in breeding programs by protecting this rich germplasm source.

    Keywords: Bayesian, Polymorphic, Coefficient of variation
  • Mojdeh Akbarzadeh Lelekami, MohammadHadi Pahlevani *, Khalil Zaynali Nezhad, Keyvan Mahdavi Mashaki, Andreas P.M. Weber, Dominik Brilhaus Pages 69-84
    Objective

    Rice is highly sensitive to salinity stress among crops. The sensitivity at seedling stage and reproductive phase causes damage to the essential processes of plant and ultimately reduces the yield. In saline environments, ion toxicity is increased by sodium uptake. Tolerant cultivars cope the salinity stress by low maintain of Na+/K+ in the photosynthetic organs. The entry and exclusion of ions in the plant cells is controlled by ion channels and transporters. Identifying and evaluating the expression pattern of genes encoding these transporters at different time points and organs was our objective.

    Materials and methods

    In present study, two rice genotypes of tolerant CSR28 and sensitive IR28 were used. The grown seedlings in hydroponic medium were exposed to 150 mM salinity treatment and the roots and shoots were collected after 6 and 54 h of the treatment. After RNA extraction, library construction and RNA-Seq analysis were performed and differential expressed gene identified. MapMan pathway analysis was used to identify the genes encoding ion transporters.

    Results

    The comparison of the two genotypes under specific salinity stress, identified 47 highly expressed genes encoding ion transporters which some of them showed genotype or organ-specific expression pattern. OsTPC1 and OsSOS3 genes, which are involved in the entry of Ca+ into cells and Ca+ receptors, respectively, had higher expression in the roots of the tolerant genotype than the susceptible genotype at 54 h time point. Considerably, high expression of the important genes such as OsSOS1 and OsNHX1 in the tolerant genotype indicated a low Na+ accumulation compared to the sensitive genotype. Other gene involved in ion homeostasis, such as OsHKT1, displayed more expression in the roots of the tolerant genotype at 54 h.

    Conclusions

    Generally, our findings revealed that the molecular mechanisms occurred in the roots under long-term salinity stress caused differences in salinity tolerance through various ion homeostasis. The results also indicated the role of the Ca+-related signaling pathway in the higher tolerance of CSR28. Specific expression patterns of some of the genes can be used as biomarker in the selection programs of salt-tolerant rice genotypes.

    Keywords: MapMan analysis, transcriptome, SOS pathway, Ion transporter
  • Mahdieh Modareskia, Reza Darvishzadeh, Mohsen Modares *, Hamid Hatami Maleki Pages 85-102
    Objective

    Ajowan (Trachyspermum copticum) is a medicinal species that is very useful and is used to treat stomach problems and some other diseases. This study was aimed to fingerprint Ajowan accessions which collected from different geographical regions of Iran by using ISSR markers and identify markers linked with agro-morphological traits through association mapping approach.

    Materials and methods

    In this study, number of 40 Ajowan genotypes related to 10 different populations from different regions of Iran were collected and then their morphological characteristics were recorded in greenhouse condition. Leaf samples were taken from each genotypes and ISSR fingerprinting was done after DNA extraction.

    Results

    The results of descriptive statistics indicate the existence of genetic diversity in the germplasm of the studied Ajowan in terms of morphological characteristics and the highest and lowest coefficients of phenotypic variation were obtained for the number of seeds formed and the number of flowers per umbrella, respectively. Results of DNA fingerprinting using 12 ISSR primers lead to amplification of 153 loci which 93 out of them was polymorph and the rest was monomorphic. Analysis of molecular variance depicted that 37% and 63% of total variation are belonged to between and within population. In this research private markers were detected for accessions collected from Hamedan and Rafsanjan. The study of population structure related to 40 Ajowan genotypes using ISSR data and STRUCTURE software placed them in two different subpopulations. Using association mapping approach, significant positive markers for biological yield, shoot dry weight, harvest index, number of lateral branches, number of seeds formed, 100-seed weight, mean internode length, umbrella per flower, stem diameter and Single plant yield, number of umbrellas, number of leaves, number of flowers in an inflorescence and leaf length were identified.

    Conclusions

    In this research, the UBC807-2, UBC812-10, UBC818-8, UBC840-5, UBC848-4, UBC857-11, and UBC857-6 markers control more than one trait simultaneously and can thus be bred in breeding programs of Ajowan in order to simultaneous selection of multiple traits.

    Keywords: Ajowan, Population structure, marker location, simultaneous selection
  • Neda Zolfaghari Khutbehsera, Mohammad Mohsenzadeh Golfazani *, MohammadMehdi Taghvaei, Habibollah Samizadeh Lahiji Pages 103-132
    Objective

    Abiotic stresses such as drought and salinity significantly affect plant growth and performance. Plants use strategies to adapt and tolerate drought and salt stress that may threaten their survival during their life cycle, one of which is miRNA-mediated post-transcriptional regulation.

    Materials and methods

    In the current research, miRNAs that showed significant expression during salt and drought stress were selected by checking the references to investigate this phenomenon in rapeseed plants. The phylogenetic tree was constructed to analyze and compare the evolutionary relationships and conservation of MicroRNA effective in drought and salinity stress in Brassica napus, Brassica rapa, and Brassica oleracea species. Target genes for selected miRNAs were identified using psRNATarget online software. Categorization and gene ontology of target genes and identification of biological pathways were accomplished; also, proteins were classified based on molecular function and biological processes. The Protein-protein interaction was analyzed to comprehensively interpret the relationships between the target genes. In the present study, 225 target genes for miRNAs were identified.

    Results

    After examining the protein interaction network, it was found that there were the most interactions between ribosomal, proteasome subunits and the ubiquitin-proteasome system. This result determined that drought and salinity stress leads to the activation of various biological systems and pathways and changes in gene expression along with the activation of the protein synthesis machine and alterations in protein content. By activating post-transcriptional gene regulation (PTGR) and post-translational modifications (PTMs), the plant regulates the abundance, activities, intracellular distribution, and transport of regulatory proteins involved in various growth processes as well as stress response. 

    Conclusion

    The results of this study will lead to a broader perspective regarding stress and its effect on the pathways involved in cellular processes and will reveal the wide dimensions of the stress response.

    Keywords: abiotic stress, Post-transcriptional gene regulation, Post-translational modifications
  • Reza Pasandideh *, Mohammadreza Mohammadabadi, Majid Pasandideh Pages 133-156
    Objective

    Although aquaculture is the fastest sector in terms of animal protein production in the world, breeding programs in aquatic species have been delayed compared to livestock and plants. Breeding improvement programs in aquaculture mainly based on using of phenotypic and pedigree information in quantitative genetics. However, the approaches based on genomic information such as marker assistant selection (MAS) and genomic selection (GS) have been used to improve economic traits in recent years. The aim of the present paper is to investigate the breeding principles in aquaculture from phenotypic selection to genomic selection, their advantages and limitations and recent advances in different aquatic species. 

    Results

    Genomic selection increases genetic gain in aquaculture through increasing accuracy of selection, decreasing generation interval, decreasing inbreeding rate, better control of genetic and environment interactions and selection of animals with less sensitivity to environmental variation. Especially, genomic selection is suitable for difficult-to-measure or low heritability traits such as disease resistant, feed intake, reproduction traits and carcass quality. Reference population size, marker density, mating design, number and size of families and number of generations are effective factors in the accuracy of genomic selection in aquaculture. Continuous advances in cost-effective technologies for genotyping especially genotyping-by-sequencing (GBS) and bioinformatics will facilitate faster application of genomic selection in aquaculture.

    Conclusions

    Although genomic selection has been used for about 20 aquatic species in recent years and has provided opportunities to improvement of genetic gain, however the advantages of this method should be evaluated in commercial and economic aquatic breeding programs. It is excepted that genomic selection will be widely used in aquatic breeding in the future and pave the way for the sustainable development of this industry.

    Keywords: Breeding, Marker assistant selection, Genomic selection, Aquaculture, Genetic gain
  • AmirHossein Mohammadi *, Naser Sedaghati, Masoumeh Haghdel, Seyd Javad Hosseinifard, Mehdi Mohammadi Moghadam Pages 157-180
    Objective

    Contamination of pistachio with Aspergillus and aflatoxin is one of the most important problems in the production and export of this valuable product. In this research, in addition to molecular identification of Aspergillus flavus and A. parasiticus and determination of the frequency of their toxigenic and atoxigenic isolates, the population of Aspergillus flavus clade was measured in soil, intact and cracked fruits of cv. Ohadi in 6 treatments of last irrigation before harvest (5, 10, 15, 20, 25 and 30 days).

    Materials and methods

    Isolation of Aspergillus flavus clade fungi from soil, intact and cracked fruits was done by serial dilution method on DRBC culture medium. Aspergillus flavus and A. parasiticus were identified by macromorphological and molecular (calmodulin primer) features and screening of toxigenic and atoxigenic isolates was performed using of coconut-agar medium (CAM) and thin layer chromatography (TLC). This experiment was carried out in a complete randomized block design with four replications during the years 2012 to 2014.

    Results

    Out of 233 collected isolates of Aspergillus flavus clade, 221 and 12 isolates belonged to Aspergillus flavus and A. parasiticus, respectively. Frequency of toxigenic isolates ofA. flavus and A. parasiticus was 86.5, 87.5, 88.7% and 80, 75, 100% in cracked, intact fruits and soil, respectively. Based on the results of the combine analysis, the last irrigation treatments 30 and 25 days before harvest have the lowest and the last irrigation treatments 10 and 5 days before harvest have the highest population of Aspergillus flavus clade in the soil, intact and cracked fruits which showed significant difference with each other. Using of manure significantly increased the population of Aspergillus flavus clade, so that this increase in cracked, healthy fruits and soil in 2013 was 66, 83 and 114%, respectively.

    Conclusions

    The results of the present research showed that reduction of the interval between the last irrigation and the time of fruit harvesting (high moisture percentage of the surface soil of the orchard) and the using manure can increase the population of Aspergillus flavus clade in the soil, intact and cracked pistachio fruits. Increasing of the fungal population is accompanied by the frequency of toxigenic isolates of Aspergillus flavus and A. parasiticus. Adjusting the irrigation cycle, so that the last irrigation is 25 to 30 days before the fruit harvesting, can reduce the possibility of contamination of the pistachio kernels to Aspergillus and aflatoxin.

    Keywords: Aflatoxin, Toxigenic isolates, Manure
  • Zohreh Khosravian, Monireh Ranjbar *, Ali Mohammad Ahadi Pages 181-200
    Objective

    Salinity is one of the most important stresses that reduce the yield of most plants. Plants use different mechanisms in response to environmental stresses. Chitosan and its oligomers are used in plants to resist abiotic stresses such as salinity. In this study, the effect of chitosan and salinity on gene expression and p5cs enzyme activity and proline content in rapeseed was investigated.

    Materials and methods

    For this purpose, rapeseed plants were treated with sodium chloride solution (0, 50, 100 and 150 mM) and chitosan (0, 5 and 10 mg/l). The experiment was performed as a factorial experiment with a completely randomized design in 3 replications. Treated plants were harvested to measure gene expression, p5cs enzyme activity and proline content.

    Results

    With increasing salt concentration, the expression of delta-1 proline-5 carboxylate synthetase (P5CS) gene, enzyme activity and proline content increased. In the combined salinity of 100 mM with chitosan 10 mg/l, gene expression, activity and proline content in rapeseed had the highest amount. The use of chitosan in salt-containing medium compared to salinity treatments in same concentration, caused more P5CS gene to be expressed, increased enzyme activity and subsequently more proline was synthesized. Therefore, there is a positive correlation between gene expression, enzyme activity and the amount of proline produced.

    Conclusions

    According to the results, chitosan with a concentration of 10 mg / l in salinity treatment, by increasing gene expression and the activity of the enzyme delta-1-proline-5-carboxylate synthetase (P5CS), produced proline, which increases the plant's resistance to salinity stress.

    Keywords: Chitosan, P5CS enzyme, Rapeseed, Proline, Salinity
  • Ghazaleh Javanmard, Mohammad Moradi Shahrbabak, Hossein Moradi Shahrbabak *, Javad Rahmaninia, Mahdi Abbasi Firoozjaei, MohammadBagher Zandi Pages 201-220
    Objective

    Conservation of the genetic diversity of indigenous animals is very important. For the sustainable use of genetic resources, it is necessary to first study the genetic structure of populations. The main goals of this research were to identify the population structure of Turkmen and Darehshori horses using dense SNP markers and to compare the effectiveness of PCA, DAPC, and SPC methods in clustering these populations.

    Materials and methods

    For this purpose, 67 Turkmen and 39 Darehshori horses were genotyped using Illumina EquineSNP70 BeadChip. After applying quality control steps, five Turkmen horses and one Darehshori horse were removed. Then, the structure of populations was identified by three methods of principal component analysis (PCA), discriminant analysis of principal components (DAPC), and superparamagnetic clustering (SPC). These methods do not depend on previous assumptions and make it possible to analyze very large genome databases without prior knowledge of individual ancestry. These methods are also very fast and efficient.

    Results

    This study compared the efficiency of these three clustering methods in identifying population structures. All three methods were successful in separating the two breeds, and Turkmen and Darehshori breeds were grouped into separate genetic groups. The difference is that the DAPC method only separated the two main populations, but the PCA and SPC methods could identify several subpopulations in each breed. The results of this study showed that the SPC method for studying the population structure of indigenous breeds with unknown information can be more useful than other methods. Therefore, using this method, a suitable program can be designed to conserve and use genetic resources.

    Conclusions

    PCA, DAPC, and SPC methods were able to successfully identify the genetic structure of Turkmen and Darehshori breeds, and in general, it can be said that the information obtained from dense SNP markers can be a powerful tool for identifying the population structure of indigenous breeds.

    Keywords: discriminant analysis of principal components, Principal component analysis, subpopulation, superparamagnetic clustering
  • Shima Karami, Behrouz Shiran *, Rudabeh Ravash, Hossein Fallahi, Arghavan Alisolitani Pages 221-246
    Objective

    Understanding the molecular mechanisms of response to stress such as drought can significantly improve the science of plant molecular breeding. Transcriptomic studies can make a large amount of information available to researchers. Integrating such data from different sources through advanced statistical methods such as meta-analysis provides a new opportunity to overcome biological complexity, identify differentially expressed genes (DEGs), and obtain more reliable results. The present study aimed to identify DEGs in response to drought stress using transcriptomic data through a meta-analysis of RNA-seq data.

    Materials and methods

    RNA-seq data were downloaded from the EMBL-EBI database and after preprocessing, high-quality reads were mapped on the rice reference genome with the STAR software. Differential expression genes were evaluated separately for each dataset using the edgeR package. The outputs were used for meta-analysis using the metaRNAseq package. Genes with different and significant expressions in response to drought stress were examined for functional enrichment, biological pathways, and protein interaction. Finally, hub genes were identified.

    Results

    According to the meta-analysis results, 6607 differential expression genes with average log2FC≥|1| And FDR≤0.05 were detected. 3313 and 3294 of them were regulated up and down, respectively, and 162 genes were not identified as DEG in individual analyzes and were identified only by meta-analysis, which shows the statistical power of this method in identifying new genes. The results of functional enrichment of DEGs indicate the induction of various metabolic pathways under stress including biosynthesis of secondary metabolites and amino acids, carbohydrate metabolism, and plant hormone signal transduction. Investigation of protein interaction and identification of hub genes also showed their role in stress response, oxidoreductase activity, and amino acid metabolism.

    Conclusions

    This study can increase our understanding of the molecular mechanisms of rice response to drought stress and be useful in identifying key and new genes, even as molecular markers to improve drought stress tolerance in rice breeding programs.

    Keywords: Drought stress, RNA-Seq, meta-analysis, rice
  • Zohreh Hajibarat, Abbas Saidi *, MohammadReza Ghaffari, Mehrshad Zeinolabedini, Zahra Hajibarat Pages 247-267
    Objective

    Seed germination is an important process that determines the beginning of the seed plant life cycle. However, the mechanism underlying seed germination in barley remains unclear. To understand the molecular mechanism of the seed germination in barley, WGCNA analysis was used to detect the hub and responsive genes and to reveal the expression of the genes on seed germination. WGCNA is a valuable tool for studying the correlation between genes, identifying modules with high correlation, and identifying Hub genes in different modules.

    Materials and methods

    Raw microarray data related to germination stage were obtained from the GEO microarray database for 0h, 3h, 9h, 18h, 33h and 71h after germination stage. Then, weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) was utilized for detection of co-expressed network genes. In the present study, a barley cultivar, Mahtab, was utilized to show expression pattern after 9h, 18h and 71h after germination stage. A total number of 4137 differentially expressed genes (DEG) were identified, with some genes showing higher expression in Mahtab and three genes verified by qRT-PCR

    Results

    Most of these DEGs were involved in metabolic processes, cellular processes, glycolysis, and response to stimulus. Hub gene in MEbrown was alpha/beta-Hydrolases superfamily protein, MEpurple was U-box domain-containing protein 4, and MEdarkgrey was B3 domain-containing transcription factor ABI3 which were positively correlated with germinated seeds. The results showed a microarray database and candidate genes for further study of barley at germination stages. In addition, DEGs were divided into three modules by WGCNA. In this study, gene modules associated with seed germination during barley seed germination were identified. Transcription factor and alpha/beta-hydrolase played an important role at germination stage. Also, gene modules and hub genes at 9h, 18h, and 71h after germination were detected. As there is lack of information on seed germination requirements of barley, this research was conducted to study seed germination mechanisms as well as evaluation of hub genes to study molecular mechanism seed germination in barley.

    Conclusions

    The results of the present study provide new insights into the molecular mechanism underlying barley seed germination. Based on the network analysis, transcription factors (TFs) and ubiquitin proteins were involved in germination. Most of the genes related to each module were related to proteins involved in carbohydrate metabolism, glycolysis, and protein degradation. Our gene expression results can serve as molecular markers in barley cultivars during seed germination. These findings can be suitable for molecular assisted selection and breeding of fast germinating barley genotypes.

    Keywords: WGCNA, Transcription factors, Gene Network, germination stage