فهرست مطالب

بیوتکنولوژی و بیوشیمی غلات - پیاپی 4 (زمستان 1401)

نشریه بیوتکنولوژی و بیوشیمی غلات
پیاپی 4 (زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/12/06
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سمیه کامروا*، نادعلی بابائیان جلودار، نادعلی باقری صفحات 446-462
    مقدمه

    شوری یکی از فاکتورهای نامطلوب محیطی برای گیاهان است که رشد و باروری آن ها را تحت تاثیر قرار می‎دهد. برنج به‎ عنوان دومین غله جهان بعد از گندم، گیاهی نسبتا حساس به تنش شوری است. پروتیین کینازها گروه مهمی از آنزیم های کیناز هستند که آمینواسیدهای مشخصی را در ساختار پروتیین فسفریله می کنند. این آنزیم ها در ارتباطات سلولی و القای پیام رشد و تکثیر نقش مهمی ایفا می کنند. بنابراین شناسایی و ارزیابی عملکرد ژن های خانواده ژنی پروتیین کیناز در برنج به درک ما درباره مکانیسم مولکولی مقاومت به تنش کمک خواهد کرد.

    مواد و روش ها

    بررسی الگوی بیان ژن SAPK2 در دو رقم متحمل و حساس به شوری برنج در سال 1400 در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه لرستان به صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در سه تکرار اجرا شد. تنش شوری در چهار سطح شاهد، 3، 6 و 9 دسی زیمنس بر متر و فاکتور زمان در سه سطح (6، 12 و 24 ساعت بعد از اعمال تنش) بررسی شد. نمونه‎ برداری از برگ گیاه در مرحله گیاهچه (5-6 برگی) جهت بررسی بیان ژن SAPK2 و ژن کنترل داخلی 18srRNA صورت گرفت.

    یافته ها

    نتایج بررسی الگوی بیان ژن نشان داد که در سطح شوری سه دسی زیمنس بر متر و شرایط بدون تنش، بین رقم متحمل و حساس تفاوتی وجود ندارد، اما در سطوح شش و نه دسی زیمنس بر متر، با افزایش زمان بعد از اعمال تنش، میزان بیان ژن SAPK2 افزایش نشان داد. حداکثر بیان ژن در سطح شوری نه دسی زیمنس بر متر و 24 ساعت بعد از اعمال تنش بود. همچنین بررسی منحنی ذوب ژن SAPK2 در هر دو رقم متحمل و حساس نشان داد دمای ذوب حدود 81 درجه سانتی‎گراد است.

    نتیجه گیری

    با افزایش سطح شوری میزان بیان ژن SAPK1 در گیاه برنج افزایش می یابد. همچنین بررسی اثر زمان بعد از اعمال تنش، بر میزان بیان ژن SAPK1 نشان داد در ساعات اولیه بعد از اعمال تنش، میزان بیان ژن ناچیز بود اما با افزایش زمان تا 24 ساعت، بیان ژن افزایش یافت.

    کلیدواژگان: برنج، شوری، بیان ژن، کیناز
  • هوشمند صفری*، الناز میری، علیرضا اطمینان، هومن شیروانی، لیدا فریدونی صفحات 463-480
    مقدمه

    فرسایش ژنتیکی آسیب پذیری گیاهان را به تنش های محیطی و زیستی افزایش می دهد. خویشاوندان وحشی گیاهان زراعی به صورت انکار ناپذیری در افزایش غنای خزانه ژنی برای به نژادگران مفید هستند به طوری که با توجه به این تنوع ژنتیکی، پایه و اساس برنامه های به نژادی شکل می گیرد و اصلاح گیاهان با خصوصیات مطلوب فراهم می گردد.

    مواد و روش ها:

     کارایی نشانگرهای ISSR و پروتیین های محلول برگ در بررسی تنوع ژنتیکی 12 ژنوتیپ از گونه Agropyron elongatum جمع آوری شده از مناطق مختلف استان کرمانشاه در آزمایشگاه زیست فناوری مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمانشاه در سال 1399 مورد بررسی قرار گرفت.

    یافته ها: 

    بر اساس پروتیین های محلول برگ تعداد 14 نوار برای ژنوتیپ ها مشاهده شد، که بیشترین تعداد نوار مربوط به ژنوتیپ های 2G، 5G و 7G با 13 نوار و کمترین تعداد نوار مربوط به 4G با 9 نوار بود. پروتیین های محلول تنوع ژنتیکی بالایی در بین ژنوتیپ های مورد بررسی نشان ندادند و در مجموع 36 درصد از نوارهای حاصل چندشکل بودند. گره بندی ژنوتیپ ها بر اساس پروتیین های محلول نشان داد که ژنوتیپ های 1G، 5G، 12G و 10G در گروه اول، 4G، 3G و 9G در گروه دوم و 6G، 7G، 8G، 2G و 11G در گروه سوم قرار گرفتند. گروه بندی بدست آمده از ژنوتیپ ها با پراکنش جغرافیایی آنها مطابقت نداشت و با توجه به شباهت بالای ژنوتیپ ها، چندشکلی مطلوبی در پروتیین های محلول برگ مشاهده نشد. در مجموع پروتیین های محلول توانایی تفکیک درون گونه ای مناسبی برای گونه ی علف گندمی پابلند نداشتند. بر اساس آغازگرهای ISSR در مجموع تعداد 73 نوار مشاهده شد، که 70 نوار در بین ژنوتیپ ها چندشکل بودند. متوسط درصد چندشکلی در بین ژنوتیپ ها 25/96% بود. کمترین تعداد نوار مربوط به آغازگر IS3 (3 نوار) و بیشترین تعداد نوار مربوط به آغازگر IS5 (10 نوار) بود. آغازگرهای IS3، IS10، IS11، IS13 و IS14 به عنوان آغازگرهای مناسب برای بررسی جمعیت های گونه ی علف گندمی پابلند معرفی شدند. گروه بندی ژنوتیپ ها بر اساس داده های ISSR تا حد بالایی با پراکنش جغرافیایی ژنوتیپ ها تطابق داشت. گروه اول شامل  8G، 9G و 10G بودند که ژنوتیپ های این گروه متعلق به دو شهرستان جوانرود و روانسر بودند. گروه دوم شامل 5G، 6G و 7G بودند. ژنوتیپ های این گروه متعلق به منطقه ی اسلام آباد غرب بودند. گروه سوم 11G و 12G بودند. این گروه نیز از شهرستان هرسین بودند. گروه چهارم شامل 1G، 2G، 3G و 4G بودند ژنوتیپ های این گروه متعلق به شهرستان کرمانشاه بودند. ژنوتیپ های شهرستان های جوانرود و روانسر بیشترین فاصله ی ژنتیکی با دیگر ژنوتیپ ها داشتند و ژنوتیپ های شهرستان هرسین کمترین فاصله ی ژنتیکی را با ژنوتیپ های شهرستان کرمانشاه داشتند. 

    نتیجه گیری

    نشانگر ISSR کارایی بهتری نسبت به پروتیین های محلول در تعیین تنوع ژنتیکی درون گونه ای ژنوتیپ های مورد بررسی داشت و ژنوتیپ های شهرستان های جوانرود و روانسر (8G، 9G و 10G) بیشترین فاصله ی ژنتیکی را با ژنوتیپ های شهرستان کرمانشاه (1G، 2G، 3G و 4G) داشتند.

    کلیدواژگان: Agropyron elongatum، پراکنش جغرافیایی، پروتئین های محلول، نشانگر ISSR
  • آرمین ساعدموچشی*، هوشمند صفری صفحات 481-495

    مقدمه:

     تریتیکاله (X. Triticosecale Wittmack) به وسیله دو برابر شدن تعداد کروموزوم های هیبرید (F1) بین گندم (Triticum spp.) به عنوان والد مادری و چاودار (Secale spp.) به عنوان والد پدری ایجاد شده است. با توجه به جد پدری تریتیکاله، انتظار می رود که این گیاه نسبت به گندم مقاومت بیشتری به تنش های محیطی داشته باشد. یکی از عوامل اصلی خسارت به گیاهان در شرایط تنش خشکی تجمع گونه های فعال اکسیژن است. گیاهان دارای سیستم های آنزیمی و غیر آنزیمی برای جلوگیری از خسارت رادیکال های آزاد اکسیژن و به دنبال آن سازگاری با تنش خشکی هستند. تغییر در مقدار بیان آنزیم های آنتی اکسیدان و غلظت این آنزیم ها و همچنین افزایش فعالیت آن ها از جمله تغییرات بسیار مهمی است که در سلول بر اثر تنش خشکی و سایر تنش های غیر زیستی ایجاد می گردد. با توجه به نقش آنزیم سوپراکسیددیسموتاز در تنظیم مقدار رادیکال آزاد اکسیژن در سلول، مطالعه پیش رو با هدف بررسی میزان بیان ژن مربوط به آنزیم سوپراکسیددیسموتاز با کوآنزیم مس/روی تحت شرایط تنش خشکی بود.

    مواد و روش ها

    دو ژنوتیپ حساس و متحمل به خشکی تریتیکاله پس از استقرار تحت تنش خشکی قرار گرفته و از اندام های هوایی و ریشه آنها در بازه زمانی 0، 12، 36 و 72 ساعت بعد از اعمال تنش خشکی نمونه برداری گردید. با توجه به اینکه نمونه برداری به صورت تخریبی بود، برای هر زمان سه تکرار جداگانه در نظر گرفته شد. همچنین نمونه برداری از اندام هوایی گیاه پیشتر از نمونه برداری از ریشه انجام شد. تیمار خشکی به صورت وزنی بر اساس ظرفیت مزرعه خاک گلدان ها و با توزین روزانه گلدان‍ها اعمال گردید. این آزمایش به صورت فاکتوریل و با طرح پایه کاملا تصادفی در گلخانه انجام گرفت. میزان بیان ژن سوپراکسیددیسموتاز با کوآنزیم مس/روی در نمونه ها با استفاده از روش PCR کمی اندازه گیری گردید.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که بیان ژن Cu/Zn-SOD در شرایط تنش تحت تاثیر قرار گرفته و تغییر می کند. به طور کلی با افزایش میزان تنش و زمان تنش مقدار بیان آنی ژن افزایش پیدا کرد. میزان تغییرات بیان این ژن در اندام هوایی نسبت به ریشه بیش تر بود و اندام هوایی سریع تر به تنش خشکی پاسخ داد. همچنین بین دو ژنوتیپ حساس و متحمل مورد استفاده در این آزمایش، میزان بیان ژن Cu/Zn-SOD هم در ریشه و هم در اندام هوایی در ژنوتیپ متحمل بالاتر از ژنوتیپ حساس تریتیکاله بود.

    نتیجه گیری

    با توجه به تغییرات بیان و مقدار در دو ژنوتیپ حساس و محتمل تریتیکاله مشخص شد که آنزیم سوپراکسیددیسموتاز یک آنزیم اساسی برای پاسخ به تنش خشکی و همچنین ایجاد تحمل در گیاه تریتیکاله است. همچنین با توجه به تغییرات بیان ژن مربوط به آیزوزایم Cu/Zn-SOD در تریتیکاله، مشخص گردید که احتمالا این آیزوزایم یکی از آیزوزایم های فعال آنزیم سوپراکسیددیسموتاز است که در شرایط تنش خشکی بیان آن افزایش یافته است

    کلیدواژگان: آنتی اکسیدان، الکتروفورز، طراحی پرایمر، تنش غیرزیستی، بیان ژن
  • عاطفه اسماعیلی، علیرضا زبرجدی*، عبدالله نجفی، محسن سعیدی صفحات 496-509
    مقدمه
    گندم یکی از غلات اصلی از لحاظ سطح زیر کشت و میزان تولید در جهان به شمار می رود. این محصول منبع اصلی کربوهیدرات و پروتیین در رژیم غذایی انسان به شمار می رود و تقریبا نیمی از زمین های زراعی ایران نیز تحت کشت گندم قرار دارد. از طرفی، تنش خشکی طیف وسیعی از پاسخ های گیاهی اعم از فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی تا مولکولی را تحریک می کند و موجب صدمات اکسیداتیو در گیاهان می شود و گیاهان از آنزیم های ضد اکسنده برای مقابله با این تنش ها بهره می برند. از این رو، با توجه به نقش و اهمیت آنزیم های ضد اکسنده، نحوه فعالیت این آنزیم ها در شرایط دیم و آبی در برخی ژنوتیپ های گندم بررسی شد.
    مواد و روش ها
    در این تحقیق به بررسی میزان فعالیت آنزیم های پراکسیداز، کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز برای 20 ژنوتیپ پیشرفته گندم نان تحت شرایط تنش خشکی در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار و در دو شرایط تنش کمبود آب (دیم) و بدون تنش پرداخته شد. تحقیق حاضر در مزرعه تحقیقاتی گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه رازی اجرا گردید.
    یافته ها
    بر اساس نتایج حاصل از تجزیه واریانس ساده، ژنوتیپ ها از نظر فعالیت هر سه آنزیم پراکسیداز، کاتالاز، سوپراکسید دیسموتاز  و عملکرد دانه اختلاف معنی داری نشان دادند. همچنین در تجزیه واریانس مرکب برای صفات بیو شیمیایی، اثر محیط، اثر ژنوتیپ و اثر متقابل محیط × ژنوتیپ نیز برای فعالیت آنزیم کاتالاز، پراکسیداز، سوپراکسید دیسموتاز و عملکرد دانه معنی دار بود. در شرایط آبی بیشترین میزان فعالیت آنزیم پراکسیداز در ژنوتیپ 12، کاتالاز در ژنوتیپ 10 و سوپراکسید دیسموتاز در ژنوتیپ 15 مشاهده شد و کم ترین میزان فعالیت آنزیم پراکسیداز در ژنوتیپ 11، کاتالاز در ژنوتیپ 11 و سوپراکسیددیسموتاز در ژنوتیپ 7 بود. همچنین در شرایط دیم بیشترین میزان فعالیت آنزیم پراکسیداز در ژنوتیپ 6، کاتالاز در ژنوتیپ 2 و سوپراکسیددیسموتاز در ژنوتیپ 15 مشاهده شد و کم ترین میزان فعالیت آنزیم پراکسیداز در ژنوتیپ 4، کاتالاز در ژنوتیپ 8 و سوپراکسیددیسموتاز در ژنوتیپ 1 بود. از نظر صفت عملکرد دانه نیز بیشترین میزان در شرایط آبی مربوط به ژنوتیپ های 10، 7 و 8 و کمترین میزان عملکرد مربوط به ژنوتیپ های 12، 13 و 11 بود. در شرایط دیم بیشترین میزان عملکرد مربوط به ژنوتیپ‎های 4، 10 و 17 و کمترین میزان مربوط به ژنوتیپ 9 بود.  
    نتیجه گیری
    نتایج نشان داد که میزان فعالیت آنزیم های پراکسیداز، کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز در محیط دیم بیشتر از آبی است و ژنوتیپ های مختلف، پاسخ های متفاوتی به تنش خشکی نشان می دهند. در واقع می توان گفت گیاهان برای مقابله با تنش خشکی و از بین بردن اکسیژن های رادیکال های آزاد و مقابله با تنش اکسیداتیو حادث شده، فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت خود را افزایش می دهند و با صرف انرژی بر میزان عملکرد دانه تاثیر می گذارند. بر این اساس، با شناخت بیشتر عوامل ضد اکسنده و عوامل موثر بر آن ها می توان راهکار های مفیدی را برای مواجه با تنش خشکی در گیاهان اتخاذ نمود.
    کلیدواژگان: اکسیژن فعال، شرایط دیم، کاتالاز
  • دانیال کهریزی* صفحات 510-521
    مقدمه

    جو (Hordeum vulgare)، به عنوان عضوی از خانواده گرامینه و از غلات مهمی است که در آب و هوای معتدل در سطح جهان رشد می کند. این گیاه یکی از اولین غلات کشت شده، به ویژه در اوراسیا در 10000 سال پیش بود. در سطح جهان 70 درصد تولید جو به عنوان علوفه دام استفاده می شود. این گیاه در مواجهه با تنش های غیر زنده نسبتا متحمل است. تنش های محیطی یا غیرزیستی مانند گرما و سرما اثرات معنی داری بر روی تولیدات گیاهان زراعی و باغی دارند. گیاهان با استفاده از تغییر در بیان بسیاری از ژن های موثر در فرایندهای فیزیولوژیک و زیستی به تنش های محیطی عکس العمل نشان می دهند.

    مواد و روش ها

    به منظور شناسایی ژن های القاء شونده در پاسخ به تنش های سرما و گرما در گیاه جو (Hordeum vulgare L.)، داده های ریزآرایه از دو آزمایش مورد بررسی قرار گرفتند. این تحقیق با استفاده از داده های خام موجود در پایگاه اطلاعاتی ArrayExpress که مربوط به دو آزمایش جداگانه در تنش گرما و سرما به ترتیب در 2 و 3 تکرار در گیاه جو بود، مورد آنالیز و بررسی قرار گرفت. تجزیه مورد نظر با استفاده از نرم افزار FlexArray انجام شد و ژن های افتراقی موجود در هر دو تنش مشخص شدند. ژن های مورد بررسی با استفاده از روش (RMA) Robust Multiarray Average نرمال شدند و ژن هایی که دارای P-value مساوی و کمتر از 5 درصد بودند، انتخاب شده و همین طور میزان تغییر (Fold change) ژن هایی که بالای 2 بودند انتخاب شدند. آنالیز هستی شناسی ژن ها با استفاده از سایت AgriGo انجام شد و گروه های کارکردی آن ها در سه قسمت فرایندهای بیولوژیک، اجزای سلولی و عملکرد مولکولی دسته بندی شدند. توالی 1500 نوکلیوتید بالادست ژن های موثر در پاسخ به تنش گرما و سرما از سایت Ensembl Plants استخراج شد. عناصر تنظیمی ژن های کارکردی موثر در پاسخ به تنش های گرما و سرما با استفاده از سایت PlantCare شناسایی و ارایه شدند.  

    یافته ها

    نتایج نشان دادند که 362 و 316 ژن به ترتیب در تنش های سرما و گرما به صورت افتراقی بیان شدند. آنالیز هستی شناسی ژن نشان داد که ژن های افتراقی بیشتر در ترکیبات سلولی، همچون فرایندهای زیستی و عملکردهای مولکولی مختلف دخالت دارند. عناصر تنظیم کننده فعالیت رونویسی دارای نقش اساسی در تنظیم بیان ژن در برابر تنش ها می باشند. همچنین 1500 نوکلیوتید بالادست ژن های افتراقی برای پیدا کردن عناصر تنظیمی مورد شناسایی قرار گرفتند.

    نتیجه گیری

    بنابراین بر اساس تحلیل های انجام شده، به نظر می رسد که عوامل تنظیمی پاسخ دهنده به نور و هورمون ها به خصوص متیل جاسمونات نقش مهمی در کنترل بیان ژن ها در برابر تنش های غیر زیستی موردمطالعه دارند. نتایج این مطالعه مقایسه ای و گسترده می تواند رویکرد جدیدی را در ژن ها و عناصر تنظیمی موثر در پاسخ به تنش های سرما و گرما در گیاه جو در اختیار قرار دهد.

    کلیدواژگان: پروموتر، تنش های محیطی، ژن های دارای بیان افتراقی، جو، عناصر تنظیمی
  • مریم فرامرزی*، عباس عالم زاده، براتعلی فاخری صفحات 522-534
    مقدمه
    جمعیت دنیا روز به روز در حال افزایش است و وسعت خاک های مناسب کشاورزی برای تامین غذا، کافی نمی‎باشد. با توجه به ارزش غذایی گندم و نقش آن در تامین غذا، ناچار باید ازخاک های نامرغوب و آب های شور برای کشاورزی بهره گرفت تا مشکل کمبود غذا در جهان تعدیل شود. بنابراین استفاده از آب های شور برای آبیاری در این شرایط اجتناب‎ناپذیر است. برای حل مشکل شوری، راهکارهای زیادی وجود دارد. اخیرا توجه خاص به استفاده از باکتری های محرک رشد برای تعدیل اثرات شوری شده است. تلقیح میکروبی برای کاهش تنش شوری، روش بهتری نسبت به روش‎های دیگر است زیرا هزینه‎های تولید و مخاطرات زیست محیطی را به حداقل می رساند. هدف از این تحقیق، بررسی تغییرات محتویات گیاهی و پرولین، فعالیت‎های کاتالاز (CAT) و گوایکول پراکسیداز (GPx) و الگوی باند پروتیین پس از تلقیح توسط Bacillus amyloliquefaciens و مقایسه با گیاهان غیر تلقیح شده بود.
    مواد و روش ها
    به منظور بررسی اثر باکتری باسیلوس که گونه ای ازباکتری PGPR می باشد، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در سه تکرار در گلخانه دانشکده کشاورزی دانشگاه شیراز انجام شد. از دو سطح شوری (0 و 200 میلی‎مولار) به عنوان فاکتور اول، کاربرد باکتری (بصورت تلقیح و عدم تلقیح به گیاه) به عنوان فاکتور دوم و رقم گندم (حساس و مقاوم) به عنوان فاکتور سوم، استفاده شد. اعمال تنش شوری در مرحله چهار برگی انجام شد. در حین اعمال تنش شوری، سوسپانسیون حاوی باکتری باسیلوس به خاک تزریق می شد. نمونه برداری از برگ ها، 24 ساعت پس از اتمام تنش شوری انجام شد و همه سنجش های آزمایشگاهی از قبیل اندازه‎گیری فعالیت آنزیم‎های پراکسیداز، میزان پرولین و غلظت پروتیین روی بافت برگ انجام گرفت. داده ها با استفاده از نرم افزار SAS تجزیه شده و مقایسه الگوی باند پروتیینی با روش SDS PAGE انجام شد.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که کاربرد باکتری در شرایط تنش شوری، باعث افزایش میزان پرولین و فعالیت آنزیم کاتالاز در هر دو رقم حساس و مقاوم شد. اما آنزیم پراکسیداز در رقم مقاوم در شرایط تنش، افزایش پیدا نکرد. همچنین میزان پروتیین کل را در رقم حساس افزایش داد. اثر باکتری روی وزن صد دانه معنی‎دار نشد، اما از آنجا که وزن صد دانه از پارامتر های رشدی است که به سختی تغییر می کند، کوچکترین تغییر در آن می تواند موثر باشد که در این طرح مشاهده شد. نهایتا کاربرد این باکتری باعث تغییراتی در الگوی باندهای پروتیینی در رقم حساس و مقاوم، در شرایط تنش و عدم تنش شوری شد که این تغییرات شامل حذف باند پروتیینی یا بیان بیشتر آن در شرایط مختلف تنش در مقایسه با شرایط نرمال بود.
    کلیدواژگان: باکتری Bacillus amyloliquefaciens، تنش شوری، گندم، SDS-PAGE
  • علیرضا پورابوقداره*، فریبا نقی پور صفحات 535-551

    جو زراعی (Hordeum vulgare L.) یکی از نخستین گیاهان اهلی شده در کشاورزی دنیای قدیم می باشد که طی فرآیندهای مکرر گزینش توسط کشاورزان در مناطق مختلف دنیا از نیای وحشی خود H. spontaneum (C. Koch.) Thell. تکامل یافته است. گزارش شده است که این گیاه زراعی، از نظر تولید بعد از گندم، رتبه دوم در ایران و بعد از برنج و ذرت، رتبه چهارم در دنیا را به خود اختصاص داده است. محتوای بالای فیبر و پروتیین کم سبب شده است تا اندام هوایی این گیاه به عنوان یک علوفه سیلویی به طور ویژه ای در صنعت دامداری مورد توجه قرار گیرد. از طرف دیگر دانه جو به دلیل دارا بودن فسفر، کلسیم، پروتیین و ویتامین های گروه B دارای اهمیت فراوانی در تامین نیاز غذایی انسان می باشد. علاوه بر این، مالت جو و عصاره آن نیز به دلیل ویژگی های آنزیمی، طعم و رنگ دهندگی و ارزش غذایی آن در فرمولاسیون مواد غذایی به خصوص صنعت نوشیدنی، مورد استفاده می‏گیرد. بنابراین با توجه به اهمیت جو در تامین بخش مهمی از نیاز غذایی انسان، بررسی همه جانبه ارزش غذایی آن می تواند نقش مهمی در توسعه سطح زیرکشت و بهبود پایه ژنتیکی ارقام موجود داشته باشد. در این مقاله سعی شده است تا به عمده ترین ابعاد تغذیه ای و تکنولوژیکی دانه جو پرداخته شود. از این رو به نظر می رسد اطلاعات ارایه شده در این خصوص نقش کلیدی در ارتقای جایگاه جو در کشور داشته باشد.

    کلیدواژگان: جو، ارزش تغدیه ‏ای، نشاسته مقاوم، بتاگلوکان، مالت
|
  • Somayeh Kamrava *, Nad Ali Babiean Jelodar, Nad Ali Bagheri Pages 446-462
    Introduction

    Salinity is one of the unfavorable environmental factors for plants that affects their growth and fertility. Rice, as the second grain in the world after wheat, is a relatively sensitive plant to salt stress. Protein kinases are an important group of kinase enzymes that amino acids They phosphorylate a certain part in the protein structure. These enzymes play an important role in cell communication and inducing growth and proliferation messages. Therefore, the identification and evaluation of the function of protein kinase gene family genes in rice will help our understanding of the molecular mechanism of stress resistance.

    Materials and methods

    Examining the expression pattern of SAPK2 gene in two rice varieties tolerant and sensitive to salinity in 1400 in the research greenhouse of the Faculty of Agriculture of Lorestan University was carried out as a factorial experiment in the form of a completely randomized design in three replications. Decisions per meter and time factor were investigated at three levels (6, 12 and 24 hours after applying stress). Sampling of plant leaves at the seedling stage (5-6 leaves) was done to check the expression of SAPK2 gene and internal control gene 18srRNA. took.

    Results

    The results of the analysis of the gene expression pattern using Real Time PCR showed that there is no difference between the tolerant and sensitive cultivars at the salinity level of 3 ds/m and under no stress conditions, but at the levels of 6 and 9 ds/m with increasing time after applying the stress, the expression level The SAPK2 gene increases and the maximum expression of the gene was at the salinity level of 9 ds/m 24 hours after applying the stress. The level of gene expression at the salinity level of 9 in the tolerant variety was very significant compared to the sensitive variety. 12 and 24 hours after the application of stress, the gene expression in the tolerant variety was about 4 times more than the sensitive variety and 9 times more than the non-stressed condition. Also, the examination of the melting curve of SAPK2 gene in both tolerant and sensitive cultivars showed that the melting temperature is about 81 degrees Celsius.

    Conclusion

    With increasing salinity level, the expression level of SAPK1 gene increases in rice plants. Also, investigating the effect of time after applying stress on the level of SAPK1 gene expression showed that in the early hours after applying stress, the level of gene expression was insignificant, but with increasing time up to 24 hours, gene expression increased.

    Keywords: rice, Gene expression, salt, kinase
  • Hooshmand Safari *, Elnaz Miri, Alireza Etminan, Hooman Shirvani, Lida Fereidooni Pages 463-480
    Introduction

    Genetic erosion increases the vulnerability of plants to environmental and biological stresses. The wild relatives of cultivated plants are undeniably very useful for the modern agricultural breeders in the richness of their vast gene pool, which, according to this genetic diversity, forms the basis of breeding programs and makes it possible to improve plants with desirable traits and characteristics.

    Materials and methods

    The effectiveness of ISSR and leaf soluble proteins markers in examining the genetic diversity of 12 Agropyron elongatum genotypes collected from different regions of Kermanshah province in the Biotechnology Laboratory of the Research and Education Center of Agriculture and Natural Resources of Kermanshah Province were investigated in 2019.

    Results

    Based on leaf soluble proteins, 14 bands were observed for genotypes, the highest number of bands were related to genotypes 2G, 5G and 7G with 13 bands and the lowest number of bands were related to 4G with 9 bands. Soluble proteins did not show a high genetic diversity among the studied genotypes and a total 36% of bands were polymorphic. Grouping of genotypes based on soluble proteins showed that genotypes 1G, 5G, 12G and 10G were in the first group, 4G, 3G and 9G were in the second group and 6G, 7G, 8G, 2G and 11G were in the third group. The grouping obtained from the genotypes did not correspond to their geographical distribution and due to the high similarity of the genotypes, no favorable polymorphism was observed with regard to leaf soluble proteins. In total, the soluble proteins did not have the ability to suitable separation within the species for the species of Tall wheatgrass. Based on ISSR primers, a total of 73 bands were observed, of which 70 bands were polymorphic among genotypes. The average percentage of polymorphism among genotypes was 96.25%. The lowest number of bands was related to IS3 primer (3 bands) and the highest number of bands was related to IS5 primer (10 bands). Primers IS3, IS10, IS11, IS13, and IS14 were introduced as suitable primers for investigating the populations of Tall wheatgrass species. The grouping of genotypes based on ISSR data was highly consistent with the geographical distribution of genotypes. The first group included 8G, 9G and 10G, and the genotypes of this group belonged to two cities of Javanrood and Ravansar. The second group included 5G, 6G and 7G. The genotypes of this group belonged to Eslamabad-e Gharb region. The third group was 11G and 12G. This group was also from Harsin region. The fourth group included 1G, 2G, 3G and 4G. The genotypes of this group belonged to Kermanshah. Genotypes from Javanroud and Ravansar had the highest genetic distance with other genotypes, and the genotypes from Harsin had the least genetic distance similarity with the genotypes from Kermanshah.

    Conclusion

    The ISSR marker was more efficient than the soluble proteins in determining the intraspecies genetic diversity of the studied genotypes, and the genotypes of Javanrud and Ravansar (8G, 9G, and 10G) had the greatest genetic distance with the genotypes of Kermanshah (1G, 2G, 3G, and 4G).

    Keywords: Agropyron elongatum, geographical distribution, Soluble proteins, ISSR marker
  • Armin Saed-Moucheshi *, Hooshmand Safari Pages 481-495
    Introduction

    Triticale (X. Triticosecale Wittmack) was created by doubling the number of F1 hybrid chromosomes between wheat (Triticum spp.) as the female parent and rye (Secale spp.) as the male parent. Investigation of the plants reaction to water shortage is systematically considered by identifying features that are related to drought tolerance subjected to the physiological, cellular, biochemical, and molecular bases. One of the main subjects regarding plants damage under drought stress is the accumulation of reactive oxygen species. Plants possess enzymatic and non-enzymatic systems to prevent oxygen free radical damage which are using them in an adaptive way under drought stress condition. Changes in the expressional level of antioxidant enzymes and the concentration of these enzymes, as well as increasing their activity, are among the very important changes occurring in the cellular level as the result of facing drought stress. Considering the role of the superoxide dismutase enzyme in regulating the amount of oxygen free radicals in plant cells, the aim of the present study was to investigate the gene expression of the superoxide dismutase enzyme with copper/zinc coenzyme under drought stress conditions.

    Materials and methods

    Two genotypes of triticale (sensitive and tolerant) were subjected to drought stress conditions after establishment, and their aerial parts and roots were sampled at 0, 12, 36, and 72 hours after applying drought stress. Drought treatment was applied by weight based on the soil capacity of the pots and by daily weighing of the pots. Each time point repeated three times where the plant shoot was samples prior to plant root. This experiment was carried out in a factorial manner and with a completely randomized design in the greenhouse. The expression level of the superoxide dismutase gene with copper/zinc coenzyme was measured in the samples using the quantitative PCR method.

    Results

    The results of the present study showed that the expression of the Cu/Zn-SOD gene is affected and changed under stress conditions. In general,, with the increase in the amount of stress severity and time of stress, the amount of immediate gene expression increased. The changes in the expression of this gene were greater in the shoots than in the roots, and the shoots responded faster to drought stress. Also, between the two sensitive and tolerant genotypes used in this experiment, the level of Cu/Zn-SOD gene expression in both roots and shoots was higher in the tolerant genotype than in the sensitive triticale genotype.

    Conclusion

    According to the changes in expression and amount in two sensitive and tolerant triticale genotypes, it was generally determined that the superoxide dismutase enzyme is an essential enzyme in the plant to respond to drought stress and also to create tolerance in the triticale plant. Also, according to the changes in gene expression related to the Cu/Zn-SOD isozyme in triticale, it was determined that this isozyme is probably one of the active isozymes of the superoxide dismutase enzyme, whose expression is increased under drought stress conditions.

    Keywords: Abiotic stress, Antioxidant, Electrophoresis, Primer Design, Gene expression
  • Atefeh Esmaeili, Alireza Zebarjadi *, Abdolah Nadjaphy, Mohsen Saeidi Pages 496-509
    Introduction
    Wheat is one of the main cereals in cultivated areas and production rate worldwide. This product is the primary source of carbohydrates and protein in the human diet, and almost half of Iran's agricultural land is under wheat cultivation. On the other hand, drought stress stimulates a wide range of plant responses, from physiological and biochemical to molecular, and causes oxidative damage in plants. Plants use antioxidant enzymes to deal with these stresses. Regarding the role and importance of antioxidant enzymes, the activity of these enzymes in irrigation and drought conditions was investigated in some wheat genotypes.
    Materials and methods
    In this research, the activity of peroxidase, catalase, superoxide dismutase enzymes and grain yield for 20 advanced bread wheat genotypes under drought stress conditions was carried out. The experiment was laid out in a randomized complete block design with three replications in two conditions, irrigated and rainfed conditions. The present research was carried out in the Research Field of the Department of Plant Production and Genetics, Campus of Agriculture and Natural Resources, Razi university.
    Results
    Based on the simple analysis of variance, genotypes showed significant differences in the activity of all three enzymes, peroxidase, catalase, and superoxide dismutase. The effect of environment, genotype, and the interaction effect of environment × genotype were significant for catalase, peroxidase, and superoxide dismutase enzyme activity, where the data were analyzed in the form of combined analysis. In irrigation conditions, the highest activity of peroxidase enzyme was observed in Genotype 12, catalase in Genotype 10 and superoxide dismutase in Genotype 15. In this condition, the lowest activity of peroxidase enzyme was observed in Genotype 11, catalase in Genotype 11 and superoxide dismutase in Genotype 7. Also, in dryland conditions, the highest level of peroxidase enzyme activity was observed in Genotypes 6, catalase in Genotype 2 and superoxide dismutase in Genotype 15, and the lowest level of peroxidase enzyme activity was observed in Genotypes 4, catalase in Genotype 8 and superoxide dismutase in Genotype 1. In terms of seed yield trait, the highest amount in irrigation conditions is related to Genotypes 10, 7, and 8, and the lowest amount is related to Genotypes 12, 13, and 11. In dryland conditions, the highest yield is related to Genotypes 4, 10, and 17, and the lowest level is related to Genotype 9.
    Conclusion
    The results showed that the activity level of peroxidase, catalase, and superoxide dismutase enzymes is higher in drought environment than in irrigated conditions, and different genotypes show different responses to drought stress. In fact, the activity of antioxidant enzymes increased with drought stress. In fact, plants increase the activity of their antioxidant enzymes to deal with drought stress, eliminate oxygen free radicals, and deal with the oxidative stress that has occurred and affects the grain yield by spending energy. Based on this, knowing more about antioxidant factors and the factors affecting them, valuable solutions can be adopted to deal with drought stress in plants.
    Keywords: Active Oxygen, Dry condition, catalase
  • Danial Kahrizi * Pages 510-521
    Introduction

    Barley (Hordeum vulgare), a member of the Poaceae family, is an important cereal grown in temperate climates worldwide. It was one of the first cultivated grains, especially in Eurasia 10,000 years ago. Globally, 70% of barley production is used for animal feed. This plant is reasonably tolerant of abiotic stresses. Environmental or abiotic stresses such as heat and cold can significantly affect crop production. Plants respond to these abiotic stresses by altering the expression of many genes involved in different biological and physiological processes.

    Materials and methods

    The microarray data of two experiments were analyzed to identify responsive genes related to cold and heat stresses in barley (Hordeum vulgare L.). This research was analyzed and investigated using the raw data in the ArrayExpress database, which is related to two separate experiments in heat and cold stress in 2 and 3 replications, respectively, in the barley plant. The desired analysis was performed using FlexArray software, and the differential genes present in the stresses were identified. The examined genes were normalized using the Robust Multiarray Average (RMA) method, and the genes with a P-value equal to and less than 5% were selected, and the fold change of genes above two was also selected. Gene ontology analysis was done using the AgriGo website, and their functional groups were categorized into three parts: biological processes, cellular components and molecular function. The sequence of 1500 nucleotides upstream of the effective genes in response to heat and cold stress was extracted from the Ensembl Plants site. Regulatory elements of effective functional genes in response to heat and cold stresses were identified and presented using the PlantCare site.

    Results

     The results demonstrated that 338 and 291 genes were differentially expressed in response to cold and heat stresses, respectively. The gene ontology analysis revealed that differential expressed genes (DEG) were mainly involved in cellular compounds, biological processes, and different molecular functions. Transcription regulator activity has a critical role in the regulation of genes against stresses. Moreover, 1500 bp upstream of the DEGs were identified to find the most represented regulatory elements.

    Conclusion

     Consequently, light and hormonal-related cis-regulatory elements, especially those related to methyl jasmonate, play an important role in controlling the gene expression against the studied abiotic stresses. This high-throughput comparative analysis provided insight into genes and cis-regulatory elements involved in response to heat and cold stresses in barley.

    Keywords: Promoter, environmental stresses, differential expression, Barley, regulatory elements
  • Maryam Faramarzi *, Abbas Alemzadeh, Baratali Fakheri Pages 522-534
    Introduction
    The world's population is increasing, and the area of suitable agricultural land is not enough to supply food. Considering the nutritional value of wheat and its role in the food supply, poor soils and salty waters must be used for agriculture to solve the problem of food shortage in the world, so the use of salty waters for irrigation is inevitable in these conditions. Recently, special attention has been paid to the use of growth-promoting bacteria to moderate the effects of salinity. Microbial inoculation is better than other methods to reduce salinity stress because it minimizes production costs and environmental damage. This research was performed to investigate the effect of B. amyloliquefaciens inoculation on proline content, catalase (CAT), guaiacol peroxidase (GPx) activities, and protein expression in control and treatment plants.
    Materials and methods
    A factorial experiment was arranged in a completely randomized design with three replications in the greenhouse of the School of Agriculture, Shiraz University, to investigate the effect of Bacillus bacteria (PGPR). The first factor was salinity levels (0 and 200 MM), the second factor was an application of bacteria (inoculated and non-inoculated), and the third factor was wheat genotypes (susceptible and resistant). The suspension containing Bacillus bacteria was injected into the soil during the application of salt stress. Twenty-four hours after salinity treatment, the leaves were sampled and used for all laboratory tests, such as measuring the activity of peroxidase enzymes, the amount of proline, and protein concentration. The data were analyzed using SAS software, and protein band pattern comparison was made by the SDS PAGE method.
    Results
    The results showed that using bacteria under salt stress increased the proline and catalase enzyme activity in both sensitive and resistant genotypes. Nevertheless, the peroxidase enzyme did not increase under stress conditions in the resistant cultivar. It also increased the amount of total protein in the susceptible variety. The effect of bacteria on the one Hundred-Seeds weight was not significant, but since the weight of one hundred seeds is one of the growth parameters that hardly changes, the slightest change in it can be effective, which was observed in this project. Finally, applying this bacterium caused changes in the pattern of protein bands in susceptible and resistant cultivars under salinity stress and non-stress conditions. These changes included the removal of the protein band or its higher expression in different stress conditions compared to normal conditions.
    Conclusion
    The plant inoculation by bacteria and its use several times in the roots region of sensitive and resistant wheat has positively affected biochemical properties. Applying these types of bacteria without harming the environment can be a practical method to control salinity stress and maintain optimal yield in salt soils. Control the signals received by the bacteria from the plant and the effects of the bacteria on the growth of the plant by manipulating the bacteria. It can be used as a suitable alternative to the complex and time-consuming methods of gene transfer to the plant.
    Keywords: Bacillus amyloliquefaciens, salt stress, wheat, SDS-PAGE
  • Alireza Pour-Aboughadareh *, Fariba Naghipoor Pages 535-551

    Barley (Hordeum vulgare L.) is one of the first domesticated crops in the old world agriculture that has created from its wild relative, H. spontaneum (C. Koch.) Thell. due to consecutive selection processes by farmers in different parts of the world. It has been reported that barley received the second and fourth ranks after wheat, rice, and corn in Iran and the world, respectively. The high content of fiber as well as the low amount of protein in the aboveground organs has caused this plant to be especially considered as a silage fodder in the livestock industry. On the other hand, seeds of barley have a critical role in supplying human nutritional needs due to their phosphor, calcium, protein, and B vitamins contents. In addition, barley malt and its extract are also used in food formulation, especially in the beverage industry, due to its enzymatic properties, flavor, coloring, and nutritional value. Considering the importance of barley in providing an important part of human nutritional needs, the comprehensive investigation of its nutritional value can play a significant role in increasing of the cultivated area and improving the genetic base of the existing cultivars. In this review, the main aspects of the nutritional and technology of seed barley are discussed. Hence, it seems that the presented information can plays a key role in improving the status of barley in the country.

    Keywords: Barley, Nutritional value, resistant starch, β-glucan, malt