فهرست مطالب

بیوتکنولوژی و بیوشیمی غلات - سال دوم شماره 4 (پیاپی 8، زمستان 1402)

نشریه بیوتکنولوژی و بیوشیمی غلات
سال دوم شماره 4 (پیاپی 8، زمستان 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/10/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • محمدجواد زارع*، زهره کریمی صفحات 391-417
    مقدمه

    تنش های محیطی از بزرگ ترین تهدیدها برای ثبات در تولید محصولات کشاورزی محسوب می گردند. تغییرات آب و هوایی شدت تنش های محیطی را در مناطق مختلف جهان افزایش داده است. خشکی و شوری مهمترین تنش های محیطی مناطق خشک و نیمه خشک جهان هستند. در دهه های اخیر راهکارهای مختلفی جهت کاهش اثرات تنش شوری بر گیاهان زراعی معرفی شده است. استفاده از میکروارگانیسم های مفید خاک از جمله روش های  توصیه شده می باشد.

    مواد و روش ها

    در مطالعه حاضر اثر باکتری آزوسپیریلوم و قارچ پیریفورمواسپورا ایندیکا در تلقیح جداگانه و توامان آنها به منظور بررسی تغییرات مولکولی، بیوشیمایی و فیزیولوژی گندم تحت اعمال و عدم اعمال تنش شوری بررسی گردید. آزمایش به صورت فاکتوریل سه عاملی هر کدام با دو سطح بر پایه طرح کاملا تصادفی و در سه تکرار در گلخانه دانشکده کشاورزی دانشگاه ایلام انجام گرفت. سه تیمار آزمایش شامل تنش شوری (0 و 12 دسی زیمنس بر متر)، تلقیح با باکتری آزوسپیریلوم (108 × 1.8 سلول زنده در هر میلی لیتر محیط کشت)، و کاربرد قارچ  پیریفورمواسپورا ایندیکا (10 گرم حاوی کلامیدوسپور در یک کیلوگرم خاک) بود. جهت اعمال تنش شوری 12 دسی زیمنس بر متر از مخلوط دو نمک کلرید کلسیم (65 میلی گرم) و کلرید سدیم (375/0 گرم) استفاده گردید. 21 و 28 روز پس از سبز شدن گندم شوری اعمال گردید.  از گندم رقم پیشگام جهت این آزمایش استفاده گردید. 24 ساعت پس از اعمال دومین آبیاری با آب شور نمونه گیری برگ به جهت استخراج RNA کل و مطالعات مرتبط با بیان ژن دلتا-پیرولین-5 کربوکسیلات سینتاز که آنزیم کلیدی در مسیر سنتز پرولین است انجام گرفت. میزان تغییرات پرولین برگ، میزان تولید مالون دی آلدهید، نشت یونی، محتوای آب نسبی برگ، محتوای نیتروژن، میزان رنگیزه های کلروفیلی در پاسخ به میکروارگانیسم های مذکور مورد بررسی قرار گرفت. همچنین میزان کلونیزاسیون قارچ و  سوکسینات دهیدروژناز که معیاری از میزان فعالیت زیستی قارچ در ریشه گیاه است نیز مورد سنجش قرار گرفت.

    یافته ها

    درصد کلونیزاسیون قارچ با ریشه گندم رقم پیشگام  9/24 درصد بود. تلقیح با آزوسپیریلوم میزان کلونیزاسیون ریشه با قارچ را 17/3 درصد افزایش داد و به مقدار 29 درصد رساند. شوری تاثیر معنی داری بر سوکسینات دهیدروژناز نداشت اما تلقیح با باکتری میزان آن را به صورت معنی داری افزایش داد. گیاهان تلقیح شده با قارچ و باکتری از محتوای آب نسبی بیشتر اما نشت یونی و مالون دی آلدهید  کمتری تحت شوری برخوردار بودند. شوری موجب تغییر معنی دار در میزان رنگیزه های کلروفیلی نگردید؛ هر چند تلقیح با قارچ و باکتری میزان کلروفیل a را افزایش داد. تاثیر شوری، قارچ و باکتری و اثر متقابل آنها بر میزان بیان ژن دلتا-پیرولین-5 کربوکسیلات سینتاز معنی دار بود. گیاهان شاهد سطوح بیشتری از بیان ژن را نشان دادند. در حالیکه گیاهان تلقیح شده با قارچ و باکتری از میزان بیان ژن کمتری برخوردار بودند. همچنین کاربرد همزمان باکتری و قارچ بر میزان بیان ژن دلتا-پیرولین-5 کربوکسیلات سینتاز معنی دار بود و موجب کاهش بیشتر آن در مقایسه با گیاهانی که فقط با قارچ تلقیح شده بودند گردید. اثر شوری، قارچ و باکتری و نیز اثرات متقابل آنها بر میزان غلظت پرولین برگ معنی دار بود. تحت تنش شوری میزان پرولین در گیاهان تلقیح شده با قارچ کمتر از گیاهان شاهد بود. چنین روندی نیز در گیاهان تلقیح شده با باکتری مشاهده گردید به طوری که گیاهان تلقیح شده سطوح کمتری از پرولین را تحت تنش شوری نشان دادند.

    نتیجه گیری

    گیاهان تلقیح شده با قارچ و باکتری نسبت به گیاهان شاهد کمتر تحت تاثیر تنش شوری قرار گرفتند که میزان تولید کمتر مالون دی آلدهید و نشت الکترولیت و  بالاتر بودن میزان رنگریزه کلروفیلی و محتوای آب نسبی برگ تایید کننده این نتایج بود. همچنین میزان بیان ژن دلتا-پیرولین-5 کربوکسیلات سینتاز و تجمع پرولین در گیاهان تحت تنش شوری در مقایسه با گیاهان کنترل نشان داد که میکروارگانیسم های استفاده شده از طریق دیگری شدت تنش را بر گیاه میزبان کاهش داده اند.

    کلیدواژگان: پرولین، روابط گیاه -میگروارگانیسم، سوکسینات دهیدروژناز، مالون دی آلدهید، نشت یونی
  • مهدی کاکائی*، لیلا اکبری صفحات 418-431
    مقدمه
    گیاه برنج (Oryza sativa L.) در تغذیه بیش از نیمی از جمعیت جهان نقش اساسی را ایفا می کند. به دلیل کوچک بودن ژنوم این گیاه نسبت به سایر غلات در پژوهش های زیستی به عنوان یک گیاه مدل و هم چنین در عرصه زراعت یک گیاه اساسی  به شمار می رود. پروتئین های ذخیره ای موجود لایه آلورون در دانه برنج شامل آلبومین و گلوبولین و در آندوسپرم آن شامل پروتئین های پرولامین و گلوتلین می باشد. با توجه به اهمیت مصرف برنج های محلی در ایران و هم چنین میزان تولید این گیاه مهم اقتصادی در کشور، در این مطالعه با هدف تعیین تنوع و تفاوت بیان لکه های پروتئینی در بازه  اسیدیته خطی چهار تا هفت با استفاده از تکنیک الکتروفورز دو بعدی از برنج بومی گیلان استفاده گردید.
    مواد و روش ها
    جهت تعیین پروفایل پروتئین های موجود در آندوسپرم و جنین دانه برنج از روش ایزوالکتریک فوکوسینگ (IEF) به همراه ژل پلی اکریل آمید (SDS-PAGE) استفاده گردید. جهت تعیین تعداد پروتئین ها و هم چنین شناسائی لکه های پروتئینی بین بافت دو نمونه جنین و آندوسپرم برنج، تطبیق لکه های پروتئینی با توجه به میزان بیان آن ها در تصاویر حاصل از ژل الکتروفورز دو بعدی از نرم افزار Image master استفاده گردید. برای این منظور رقم حسن سرایی از مرکز تحقیقات برنج گیلان تهیه گردید و اجرای بخشی از آزمایش، جداسازی نمونه ها و استخراج پروتئین کل سال 1401 در آزمایشگاه دانشگاه پیام نور اسدآباد انجام شد. در نهایت نمونه های پروتئینی استخراج شده جهت انجام مراحل الکتروفورز دوبعدی با استفاده از دستگاه ایزوالکتریک فوکوسینگ به پژوهشکده سلامت دانشکده داروسازی انتقال داده شدند.
    یافته ها
    بر اساس نتایج حاصل از آنالیز ژل های دو بعدی، بخش وسیعی از لکه های پروتئینی در بازه پی اچ چهار تا هفت حضور داشته اند. در بررسی پروفایل پروتئینی نمونه های بافت جنین و آندوسپرم  بر اساس نشانگرهای پروتئینی استاندارد با وزن مولکولی و نقطه ایزوالکتریک مشخص در مرحله دوم الکتروفورز دو بعدی 284 لکه پروتئینی در جنین و 123 لکه پروئینی در آندوسپرم بر اساس وزن مولکولی و نقطه ایزوالکتریک شناسائی شدند. از بین لکه های شناسائی شده تعداد 57 لکه پروتئینی مشترک افزایش و کاهش بیان را بین دو نمونه نشان دادند. حضور لکه های پروتئینی باقی مانده در دو نمونه اختلاف معنی داری بین محتوای پروتئین در جنین و آندوسپرم را نشان دادند.
    نتیجه گیری
    جهت تعیین احتمالی نوع پروتئین بر اساس نقطه ایزوالکتریک و وزن مولکولی لکه های پروتئینی و تغییرات بیان بین لکه ها با استفاده از نرم افزار، جستجو در بانک های اطلاعاتی پروتئینی انجام شد و پروتئین های احتمالی تولید شده در بافت جنین و آندوسپرم شناسایی شدند. پروتئین هایی که در بافت آندوسپرم و جنین برنج در الکتروفورز دو بعدی شناسایی شدند شامل پروتئین های ذخیره ای دانه پیش سازهای گلوتلین، گلوتلین های اسیدی و قلیایی، گلوبولین ها، پرولامین ها، HSPs و Hypothetical Proteins بودند.  بنابراین از این طریق می توان میزان بیان پروتئین ها و هم چنین مسیرهای بیوسنتزی آن ها را نیز شناسایی نمود.
    کلیدواژگان: برنج، جنین، آندوسپرم، ایزو الکتریک فوکوسینگ، وزن مولکولی، بار الکتریکی
  • محمدحسن وفائی*، حسین رضا روحی صفحات 432-445
    مقدمه

    ذرت از گیاهان مهم خانواده غلات محسوب شده و پس از گندم، بیشترین سطح زیر کشت را در جهان به خود اختصاص داده است. در بین انواع ذرت، بذرهای ذرت شیرین به دلیل محتوای نشاسته کم و بنیه ضعیف، به شرایط انبارداری حساس هستند. بنابراین، درک رفتار فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی آن در طول نگهداری جهت افزایش طول عمر و جلوگیری از کاهش بنیه آن‎ها بسیار حائز اهمیت است .از سوی دیگر، زوال بذر پدیده ای طبیعی است که در نتیجه آن، بذرها قوه نامیه و کیفیت خود را حتی در شرایط مطلوب نگهداری، از دست می دهند. این پدیده نامطلوب به ویژه در بذرهای حساس مانند ذرت شیرین آسیب و خسارت بیشتری وارد می کند. بخشی از این خسارت مربوط به کاهش سرعت و درصد سبز شدن بذرها بوده که منجر به کاهش تراکم بوته و عدم دستیابی به تراکم مطلوب مزرعه شده و در نتیجه عملکرد محصول کاهش می‎یابد. در این آزمایش اثرات پرایمینگ بذر با اسید آسکوربیک در بهبود خسارت ناشی از زوال بذر ذرت شیرین مورد ارزیابی و سنجش قرار گرفت.

    مواد و روش ها

    این پژوهش در آزمایشگاه تکنولوژی بذر دانشکده کشاورزی دانشگاه بوعلی سینا همدان در قالب طرح پایه کاملا تصادفی در چهار تکرار انجام شد. بذر مورد استفاده جهت انجام آزمایش مربوط به رقم چیس بود. بذرهای ذرت شیرین به روش پیری تسریع شده به مدت 72 ساعت در دمای 43 درجه سانتی گراد زوال یافتند. سپس بذور زوال یافته در دمای 25 درجه سانتی گراد با غلظت های 1 و 5/1 میلی مولار اسید آسکوربیک و آب مقطر به مدت 24 ساعت پرایم شدند. صفات مورد بررسی شامل درصد جوانه زنی، متوسط زمان جوانه زنی، سرعت جوانه زنی، شاخص طولی بنیه، محتوای مالون دی آلدهید، محتوای قندهای محلول، محتوای پروتئین های محلول و فعالیت آنزیم سوپراکسید دیسموتاز بود.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که ویتامین پرایمینگ بذر با اسید آسکوربیک موجب بهبود صفات درصدجوانه زنی، سرعت جوانه زنی، شاخص طولی بنیه، محتوای قندهای محلول، محتوای پروتئین های محلول و فعالیت آنزیم آنتی اکسیدانی سوپراکسید دیسموتاز در بذرهای زوال یافته گردید. در بین صفات مورد بررسی، متوسط زمان جوانه زنی و محتوای مالون دی آلدهید بذرهای پرایم شده در مقایسه با بذرهای پرایم نشده کاهش یافت. غلظت های مورد استفاده اسید آسکوربیک در صفات متوسط زمان جوانه زنی، سرعت جوانه زنی، شاخص طولی بنیه و قندهای محلول تفاوت معنی داری با یکدیگر نداشتند اما اثر مطلوبتری نسبت به هیدروپرایمینگ در خصوص بهبود پارامتر های مورد بررسی بذرهای ذرت شیرین داشت. این در حالی بود که پرایمینگ بذور با غلظت 5/1 میلی مولار اسید آسکوربیک بیشترین تاثیر را بر صفات درصد جوانه زنی، پروتئین های محلول، محتوای مالون دی آلدهید و فعالیت سوپراکسید دیسموتاز داشت و اختلاف آن با سایر تیمارهای پرایمینگ، معنی دار بود؛ به طوری که مقادیر درصد جوانه زنی، پروتئین های محلول و فعالیت سوپراکسید دیسموتاز را نسبت به عدم پرایم به ترتیب  71، 85 و 44 درصد افزایش داد و محتوای مالون دی آلدهید را نیز 9/52 درصد کاهش داد.

    نتیجه گیری

    بر مبنای نتایج به دست آمده از این آزمایش، می توان گفت کاربرد اسید آسکوربیک به ویژه غلظت 5/1 میلی مولار به عنوان بهترین تیمار پرایمینگ، جهت بازیابی کیفیت از دست رفته بذرهای زوال یافته ذرت شیرین و بهبود خصوصیات جوانه زنی آن قابل توصیه باشد.

    کلیدواژگان: درصدجوانه زنی، سرعت جوانه زنی، محتوای مالون دی آلدهید
  • هوشنگ رحمتی*، علی نخزری مقدم صفحات 446-467
    مقدمه
    تنش خشکی یکی از مهم ترین عوامل محدودکننده رشد و تولید گیاهان زراعی در اکثر نقاط جهان و ایران شناخته می شود و به عنوان یک تنش چند بعدی گیاهان را در سطوح مختلف تحت تاثیر قرار می دهد. تنش خشکی از دیدگاه فیزیولوژیک باعث تغییرات متعددی در محتوی آب نسبی برگ و رنگدانه های فتوسنتزی گیاهان می شود، که به نوبه خود باعث کاهش کارآیی فتوسنتز و کاهش قابل توجه پارامترهای رشد گیاه و در نهایت عملکرد می شود. در ایران، معمولا در مرحله پرشدن دانه گندم تنش خشکی رخ می دهد و باتوجه به محدودیت آبیاری، انجام آبیاری تکمیلی می تواند نقش مهمی در مقابله با تنش خشکی داشته باشد. گندم دوروم (Triticum durum, Desf) به عنوان یک محصول غذایی با اهمیت به علت خصوصیات گلوتن سنگین و خمیر غیر چسبنده برای تهیه ی محصولات پاستا از جمله ماکارونی و اسپاگتی ایده ال می باشد.
    مواد و روش ها
    به منظور بررسی خصوصیات فیزیولوژیک, عملکرد و اجزای عملکرد ارقام گندم دوروم تحت شرایط دبم و آبیاری تکمیلی تعداد 10 ژنوتیپ گندم دوروم، در قالب طرح کرت های خرد شده با پایه بلوک های کامل تصادفی به صورت دیم و آبیاری تکمیلی با 3 تکرار در طی سال های زراعی 1397-1396 و 1398-1397، در شهرستان کوهدشت استان لرستان ارزیابی شد. صفات عملکرد و اجزای عملکرد (وزن هزار دانه، تعداد دانه در سنبله، تعداد سنبله در بوته) و همچنین خصوصیات بیوشیمیایی و فیزیولوژیک رنگدانه های فتوسنتزی، شاخص سبزینگی، آب نسبی برگ، پروتئین برگ و کارایی مصرف نور مورد بررسی قرار گرفت.
    یافته ها
    نتایج تجزیه واریانس تنوع معنی دار در بین ارقام مورد بررسی، شرایط رطوبتی و همچنین برهمکنش رقم× شرایط روطوبتی برای بیشتر صفات نشان داد و تنها اثر متقابل رقم× شرایط روطوبتی دو صفت کلروفیل b و پروتئین برگ معنی دار نشد. اثر سال و اثرات متقابل سال با دیگر فاکتورها برای اکثر صفات معنی دار نبود. انجام آبیاری تکمیلی نسبت به شرایط دیم سبب شد که تمام صفات به استثناء شاخص سبزینگی و میزان پروتئین روند افزایشی بصورت معنی دار داشته باشند. مقایسه میانگین اثر متقابل رقم×محیط رطوبتی با روش دانکن در سطح 5 درصد نشان داد که ژنوتیپ ها در دو شرایط رطوبتی به‎طور متفاوتی برای صفات واکنش داشتند و ژنوتیپ های Omrabi3، هانا، آریا و ساجی در شرایط دیم از نظر صفات زراعی و فیزیولوژیک برتر از دیگر ژنوتیپ ها بودند و با انجام آبیاری تکمیلی این 4 ژنوتیپ برتری خود را حفظ کردند و دو ژنوتیپ شبرنگ و بهرنگ به این گروه اضافه شد.
    نتیجه گیری
    در مجموع می توان بیان داشت که در دو سال مطالعه شده نتایج تقریبا یکسان بود. آبیاری تکمیلی نسبت به شرایط دیم سبب شد که خصوصیات زراعی و فیزیولوزیک ارقام بهبود یابد و در بین ژنوتیپ ها، تنوع بالایی برای تمام صفات مورد بررسی وجود داشت و این تنوع در دو شرایط رطوبتی متفاوت بود. با در نظر گرفتن میانگین عملکرد دوساله Omrabi3، ساجی، آریا و هانا برای شرایط دیم و Omrabi3، هانا و بهرنگ برای شرایط آبیاری تکمیلی منطقه مورد بررسی قابل توصیه است.
    کلیدواژگان: گندم دوروم، تنوع ژنتیکی، تنش رطوبتی، آبیاری تکمیلی
  • علی اکبرآبادی*، توحید نجفی میرک، سید بهرام اندرزیان صفحات 468-480
    مقدمه

    شناسایی ژنوتیپ های برتر در برنامه های اصلاحی همواره به دلیل تغییرات محیطی در مناطق هدف و اثر متقابل این تغییرات با ژنوتیپ های مورد بررسی مشکل می باشد. بنابراین لاین های پیشرفته زراعی در برنامه های اصلاحی به منظور اطمینان از تولید محصول و پایدار عملکرد بایستی در محیط های با شرایط آب و هوایی مختلف در سال های متفاوت ارزیابی شوند. یک ژنوتیپ معمولا در محیط های مختلف از لحاظ عملکرد واکنش های متفاوتی دارد. هدف از انجام این پژوهش، افزایش سطح زیر کشت گندم دوروم و عرضه ارقام جدید و واجد عملکرد بالا به کشاورزان است.

    مواد و روش ها

    در این راستا دو لاین جدید و امید بخش گندم دوروم به دست آمده از برنامه به نژادی گندم دوروم اقلیم گرم کشور به شماره های D-98-8 و D-98-10 که طی دو سال زراعی 1399-1398 و 1399-1400 در آزمایش یکنواخت EDYT-W98 نسبت به ارقام تجاری موجود، عملکرد بالاتری نشان دادند، برای بررسی مقایسه عملکرد با رقم شبرنگ (به عنوان شاهد) در مزارع کشاورزان اقلیم گرم استان خوزستان - شهرستان های حمیدیه و رامهرمز- کشت شدند. بذور دو لاین برتر گندم دوروم  D-98-8 و D-98-10 همراه با رقم شبرنگ به عنوان شاهد برتر منطقه ای و ملی پس از بوجاری و ضد عفونی در آذر ماه با تراکم 450 بذر در متر مربع و با استفاده از بذرکار کشت شدند. مساحت هر تیمار در هر محل اجرا 2500 متر مربع (بدون تکرار) بود و بنا به شرایط موجود منطقه، از آبیاری ثقلی استفاده شد. طی فصل رشد عملیات متداول داشت انجام و بازدیدها از مزرعه به طور منظم انجام و یادداشت برداری‎های لازم انجام شد. به منظور بررسی ارزش غذایی، خصوصیات کیفی نانوایی آن‎ها تجزیه گردید.

    یافته ها

    نتایج تجزیه کیفی نشان داد که لاین D-98-10 از نظر صفات درصد استخراج سمولینا (74)، درصد پروتئین (12) و سایر صفات مورد بررسی، وضعیت خوبی نسبت به شاهد شبرنگ دارا بود. بر اساس تجزیه‎های مزرعه ای در هر دو محل اجرا، لاین D-98-10 تقریبا زودرس ترین لاین بود و بالاترین عملکرد (6/5 درصد) نسبت به شاهد شبرنگ نشان داد. لاین D-98-8 با 130 روز متوسط رس و شبرنگ با 135 روز، دیررس ترین بودند. در هر دو محل اجرا، لاین D-98-10 ضمن زودرسی مناسب، برتری عملکرد بیشتری نسبت به دو نمونه دیگر نشان داد.

    نتیجه گیری

    در مجموع لاین های D-98-10 و D-98-8 به دلیل برتری عملکرد، زودرسی نسبی، وزن هزار دانه بالا و برتری نسبی از نظر سایر صفات مورد مطالعه نسبت به رقم شبرنگ، گزینش شدند و می‏توانند برای بررسی بیشتر و آزادسازی به عنوان رقم جدید گندم دوروم ویژه مناطق گرم کشور، مد نظر قرار بگیرند.

    کلیدواژگان: گندم دوروم، تحقیقی- ترویجی، مقایسه عملکرد، لاین امیدبخش
  • فاطمه سهرابی، آرمین ساعدموچشی* صفحات 481-501

    بر اساس مطالعات انجام شده روی ارگانیسم های مختلف گیاهی، حدود 90 درصد از کل ژنوم یک ارگانیسم زنده به صورت RNA رونویسی می شود. با این حال، تنها یک تا دو درصد از ژنوم رونویسی شده، مربوط به RNAهای کدکننده پروتئین هستند. RNAهای غیر کدکننده، مولکول های RNAیی هستند که الگوی ساخت هیچ پروتئینی نبوده و به اصطلاح، قابل ترجمه نیستند. RNAهای طویل غیر کد کننده (LncRNAs) نیز دسته ای از این RNAهای غیر کد کننده هستند که دارای طولی بیش از 200 نوکلئوتید می باشند. بر اساس ارگانیسم مورد مطالعه و زمینه ژنومی، LncRNAs متنوع هستند و دارای انواع مختلفی می باشند. از جمله انواع متفاوت این RNAها می توان به LncRNAهای سنس (معنی) و آنتی سنس (غیرمعنی)، اینترونیک، بین ژنی، دو طرفه و تقویت کننده اشاره کرد. LncRNAها در درجه اول با RNAهای پیام رسان، DNA، پروتئین و RNAهای کوچک از نظر طولی تعامل و اثرمتقابل دارند که این موضوع باعث تاثیرگذاری آن ها روی بیان ژن ها در سطوح اپی ژنتیک، رونویسی، پس از رونویسی، ترجمه و پس از ترجمه شده و به روش های گوناگون، زمان و مقدار بیان ژن ها در غلات را تحت شرایط متغیر تنظیم می کنند. علاوه بر آن، این دسته بزرگ از RNAها، دارای نقش های مهمی در فرآیندهای بیولوژیکی مانند بازآرایی کروماتین، فعال سازی رونویسی و تنظیمات پروموتوری، تداخل رونویسی به صورت اعمال توقف یا ادامه دار بودن آن، پردازش RNAهای رونویسی شده و کمک به ایجاد ساختار صحیح آن ها و همچنین ترجمه mRNA به پروتئین را در غلات و گیاهان زراعی دارند. از جمله اثرات بیولوژیکی RNAهای بلند غیر کدکننده می توان به نقش اساسی آن ها در عملکردهای مهمی مانند رشد و نمو، پاسخ به تنش های زنده و غیر زنده (تنش های محیطی)، تنظیم تمایز سلولی و چرخه سلولی در گیاهان زراعی و به ویژه غلات نام برد. با توجه به اهمیت بسیار زیاد RNAهای غیر کد کننده خصوصا LncRNAها و طبیعت بسیار جدید و ناشناخته بودن آن ها، در این مقاله مروری، به بررسی انواع و مکانیسم های عملکرد LncRNAها در سطوح مختلف اپی ژنتیک، رونویسی، پس از رونویسی، ترجمه و پس از ترجمه در غلات و سایر گیاهان زراعی پرداخته خواهد شد. همچنین در این مقاله سعی گردیده است که ارتباط LncRNAها با پاسخ این گیاهان به تغیرات شرایط محیطی و نقش تعاملی آن ها روی عوامل و پروتئین های دخیل در فعالیت های بیولوژیک گیاهان مورد بررسی و تحقیق قرار گیرد تا به بررسی کارهای انجام شده در داخل و خارج کشور پرداخت. خاطر نشان می گردد که در دنیا تعداد کمی مقالات در ارتباط با نقش و کارکرد LncRNAها به ویژه در زبان فارسی در دسترس است.

    کلیدواژگان: آر ان آ غیر کدکننده، اپی ژنتیک، بازآرایی کروماتین، پسا رونویسی، پساترجمه، تنظیم بیان ژن
|
  • Mohammadjavad Zarae *, Zohreh Karimi Pages 391-417
    Introduction

    Environmental stresses such as salinity are one of the major threats to the sustainability of crop production. Climate change has increased the intensity of these environmental tensions in different regions of the world. Drought and salinity are the critical environmental stresses in arid and semi-arid regions. In recent decades, various strategies have been introduced to reduce the effects of salinity stress on crops. The use of beneficial soil microorganisms is one of these methods.

    Materials and methods

    In the present study, the effect ofAzospirillum bacteria and Piriformospora indica fungus in separate and combined inoculation was investigated to identify the role of these above-mentioned plant growth-promoting microorganisms in the modulation of the molecular, biochemical, and physiological aspects in wheat under salt stress conditions. A 2×2×2 factorial experimental design was implemented in a completely randomized block design with three replications under greenhouse conditions in 2022. The experiment was conducted in the pot. The main treatments included salt stress imposition, inoculation with and without Azospirillum zaea, and endophytic fungus Piriformospora indica application. Salinity was induced using calcium chloride (65 mg) and sodium chloride (0.375 g) to achieve a salinity level of 12 dS/m. Saline water irrigation was performed 21 and 28 days after wheat germination. Normal water with a salinity of 0.3 decisiemens per meter was used for the control treatment. The wheat cultivar Pishgam was used for this experiment. Twenty-four hours after applying the second salinity treatment, leaf sampling was conducted to extract total RNA and study the expression of the delta-pyrroline-5-carboxylate synthase gene. The changes in leaf proline content and the expression of the gene responsible for proline synthesis (pyrroline-5-carboxylate synthase), malondialdehyde production, ion leakage, leaf relative water content, nitrogen content, and chlorophyll pigment levels in response to applied microorganisms under both salinity and non-salinity conditions were investigated. Additionally, succinate dehydrogenase activity and root colonization rate with fungus were measured under the influence of salinity and inoculation with Azospirillum.

    Results

    The percentage of fungal colonization in wheat roots of cultivar Pishgam was 24.9%. Inoculation with Azospirillum increased the root colonization rate by 3.17%. Salinity had no significant effect on succinate dehydrogenase, but inoculation with Azospirillum significantly increased succinate dehydrogenase. The plants inoculated with P. indica and Azospirillumhad a higher relative water content in leaves under salt stress. Plants inoculated with bacteria and fungus also had higher nitrogen content. Salinity increased the amount of ion leakage, but inoculation with fungus and bacteria prevented it from increasing. Salinity did not cause a significant change in the amount of chlorophyll pigments, although inoculation with P. indicaand Azospirillum increased the amount of chlorophyll a. The effect of salinity, P. indica, Azospirillum, and their interaction on the expression level of the delta-pyrroline-5 carboxylate synthase gene was significant. Control plants showed higher levels of gene expression, while the inoculated plants with P. indica and Azospirillum had lower gene expression levels. Additionally, the interaction between Azospirillum and P. indica on the expression level of the delta-pyrroline-5 carboxylate synthase gene was significant and it caused a greater decrease compared to the plants that were only inoculated with P. indica. The effect of salinity, P. indica, and bacteria, as well as their mutual effects on leaf proline concentration, was significant. Under salt stress, the amount of proline in the plants inoculated with P. indica was lower than that of the control plants. A similar trend was observed in plants inoculated with bacteria, showing lower levels of proline under salt stress. The expression trend of the delta-pyrroline-5-carboxylate synthase gene was consistent with the trend of proline accumulation under salt stress, indicating the effect of salt induction on the expression of this gene.

    Conclusion

    The inoculated plants with P. indica and Azospirillum were less affected by induced salt stress than the control plants. The inoculated plants exhibited a lower rate of malondialdehyde and electrolyte leakage, as well as a higher level of chlorophyll pigment and leaf-relative water content. Additionally, P5CS gene expression and proline accumulation in inoculated plants were lower than in control plants.

    Keywords: Ion Leakage, Malondialdehyde, Plants-Microbe Interaction, Proline.Succinate Dehydrogenase
  • Mehdi Kakaei *, Leila Akbari Pages 418-431
    Introduction
    Rice (Oryza sativa L.) feeds more than half of the world's population. Rice is considered a model plant in biological and agriculture field research due to its small genome compared with other plants. Storage proteins in the aleurone layer of rice seeds include albumin and globulin, as well as the endosperm, prolamin, and glutelin proteins. To determine the number of proteins and identify the protein spots between the tissues of two embryo samples and rice endosperm, the protein spots were matched according to their expression level in the images obtained from two-dimensional gel electrophoresis.
    Materials and methods
    The profile of proteins in the endosperm and embryo of rice seeds was determined using isoelectric focusing (IEF) and polyacrylamide gel electrophoresis(SDS-PAGE) methods. The Image Master software was utilized to analyze the two-dimensional gels. Considering the importance of local rice consumption in Iran and the significant production of this economically important crop in the country, this study aimed to determine the diversity and differences in the expression of protein spots within the linear pH range of 4 to 7. The two-dimensional electrophoresis method was employed on the Hasan-Sarai variety of rice indigenous to the region of Guilan. For this research, the cultivar being examined was procured from the Guilan Rice Research Center. Subsequent stages of the experiment, including sample separation and total protein extraction, were conducted at the Payame Noor University laboratory in Asadabad. Ultimately, the protein samples obtained were sent to the Health Research Institute at the Faculty of Pharmacy, where two-dimensional electrophoresis was carried out using an isoelectric focusing device. Finally, the extracted protein samples were transferred to the Health Research Institute of the Faculty of Pharmacy to perform two-dimensional electrophoresis using an isoelectric focusing device.
    Results
    Based on the results of the two-dimensional gel analysis, a large part of the protein spots are present in the pH range of 4 to 7. The analysis of protein profile based on standard proteins with specific molecular weight and isoelectric point indicates that embryo tissue and endosperm based on isoelectric point and molecular weight showed that 284 protein spots in the embryo and 123 protein spots in endosperm have been identified. Among the identified spots, 57 common protein spots showed increased and decreased expression between the two samples. The presence of remaining protein spots in the two samples showed a significant difference between protein content in the embryo and endosperm.
    Conclusion
    Image master software was used to determine the isoelectric point and molecular weight of protein spots and expression changes between common spots. Analysis was done in protein databases and possible proteins were identified in embryo tissue and endosperm. The proteins identified in rice endosperm and embryo tissue in two-dimensional electrophoresis included grain storage proteins, glutelin precursors, acidic and alkaline glutelins, globulins, prolamins, HSPs, and hypothetical proteins. Therefore, in this way, it is possible to identify the level of expression of proteins and also their biosynthetic pathways.
    Keywords: Rice, Embryo, Endosperm, Isoelectric Focusing, Protein
  • Mohammadhasan Vafaei *, Hossein Reza Rouhi Pages 432-445
    Introduction

    Corn is one of the most important crops in the cereal family, and after wheat, it has the largest cultivated area in the world. Among the types of corn, sweet corn seeds are sensitive to storage conditions due to their low starch content and poor seed vigor. Therefore, it is essential to understand their physiological and biochemical behavior during storage to prolong their longevity and prevent the loss of vigor. On the other hand, seed deterioration is a natural phenomenon, resulting in seeds losing their viability and quality even under optimal storage conditions. This undesirable phenomenon causes more damage, especially in sensitive seeds such as sweet corn. Part of this damage is related to the decrease in the speed and percentage of seed germination, which leads to a decrease in plant density and failure to achieve the desired density in the field, resulting in decreased crop yield. This experiment evaluated and tested the ability of seed priming with ascorbic acid to improve damage caused by sweet corn seed deterioration.

    Materials and methods

    This experiment was carried out in the Laboratory of Seed Science and Technology, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, as a factorial in a completely randomized design with four replications. The seed used for the experiment was Chase variety. Wheat seeds deteriorated by accelerated aging method for 72 hours at 43 °C. Then, the deteriorated seeds were primed at 25°C with 1, 1.5 ml of ascorbic acid and distilled water for 18 hours. The studied traits included germination percentage, mean germination time, germination rate, vigor index, malondialdehyde content, soluble sugars, soluble proteins, and superoxide dismutase enzyme activity.

    Results

    The results showed that vitamin priming of seeds with ascorbic acid improved the germination percentage, germination rate, vigor index, soluble sugars, soluble proteins, and activity of the antioxidant enzyme superoxide dismutase in deteriorated seeds. Among the examined traits, the mean germination time and malondialdehyde content of primed seeds decreased compared to non-primed ones. The concentrations of ascorbic acid used in mean germination time, germination rate, vigor index, and soluble sugars were not significantly different. However, it had a more favorable effect than hydropriming in improving the studied parameters of sweet corn seeds. While seed priming with a concentration of 1.5 mM ascorbic acid had the most significant effect on germination percentage, soluble proteins, malondialdehyde content, superoxide dismutase activity, and its difference with other priming treatments was significant. Even though seed priming with a concentration of 1.5 mM ascorbic acid had the greatest effect on the germination percentage, soluble proteins, malondialdehyde content, superoxide dismutase activity. However, its difference was significant from other priming treatments. It increased the percentage of germination, soluble proteins, and superoxide dismutase activity by 71, 85, and 44%, respectively, and decreased the content of malondialdehyde by 52.9%.

    Conclusion

    Based on the results from this experiment, it can be concluded that applying ascorbic acid, especially the concentration of 1.5 mM, as the best priming treatment is recommended to recover the lost quality of deteriorated sweet corn seeds and improve their germination characteristics.

    Keywords: Germination Percentage, Germination Rate, Malondialdehyde Content
  • Hoshang Rahmati *, Ali Nakhzari Moghadam Pages 446-467
    Introduction
    Drought stress is known as one of the most important factors limiting the growth and production of agricultural plants in most parts of the world and Iran. It is a multidimensional stress and affects plants at different levels. From a physiological point of view, drought stress causes several changes in the relative water content of leaves and photosynthetic pigments of plants, which in turn causes a decrease in the efficiency of photosynthesis and a significant reduction in plant growth parameters and ultimately grain yield. In Iran, drought stress usually occurs during the filling stage of wheat grains, and due to the limitation of irrigation, supplementary irrigation can play an important role in dealing with drought stress. Durum wheat (Triticum durum, Desf) is an important food product due to its heavy gluten properties and non-sticky dough, ideal for preparing pasta products such as macaroni and spaghetti.
    Materials and methods
    To investigate the physiological characteristics, yield, and yield components of durum wheat cultivars under drought conditions and supplemental irrigation, 10 durum wheat genotypes were evaluated in the form of a split-plot design with the basis of randomized complete blocks in dryland and supplemental irrigation with 3 replications during Crop years 2017-2018 and 2018-2019 in Kohdasht city of Lorestan province. Grain yield and yield components (weight of 1000 seeds, number of seeds per spike, number of spikes per plant) as well as biochemical and physiological properties of photosynthetic pigments, greenness index, relative leaf water, leaf protein and light consumption efficiency were investigated.
    Results
    Variance analysis showed a significant variation among the examined cultivars, moisture conditions, as well as the interaction of cultivar × humidity conditions for most of the traits except the interaction effect of cultivar × humidity conditions for chlorophyll b and leaf protein. The effect of year and interaction effects of year with other factors were not significant for most of the traits. Performing supplementary irrigation compared to rainfed conditions caused all traits to increase significantly, except greenness index and protein content. Mean comparison of interaction effect of cultivar × moisture environment with Duncan's method at 5% level showed that the genotypes reacted differently for the traits in two moisture conditions and in dry conditions, Omrabi3, Hana, Aria and Saji genotypes were superior to other genotypes in terms of agricultural and physiological traits, and with supplementary irrigation, these for genotypes maintained their superiority, and two genotypes, Shabrang and Behrang, were added to this group.
    Conclusion
    In general, it can be said that the results were almost the same in the two years studied. Supplementary irrigation compared to rainfed conditions improved the agronomic and physiological characteristics of the cultivars. Among the genotypes, there was a high diversity for all the examined traits and this diversity was different in two humidity conditions. Considering the two-year mean yield, the genotypes of Omrabi3, Saji, Arya and Hana for rainfed conditions and Omrabi3, Hana and Behrang for supplementary irrigation conditions of the studied area are recommended.
    Keywords: Durum Wheat, Genetic Diversity, Moisture Stress, Supplementary Irrigation
  • Ali Akbarabadi *, Tohid Najafi Mirak, Seyyed Bahram Anderzian Pages 468-480
    Introduction

    Identifying superior genotypes in breeding programs is always difficult due to environmental changes in the target areas and the interaction of these changes with the studied genotypes. Therefore, advanced agricultural lines in breeding programs should be evaluated in environments with different weather conditions in different years to ensure production and stable performance. A genotype usually has different reactions in terms of yield in various environments. The purpose of this research is to increase the area under cultivation of durum wheat and introduce new high-performing varieties to farmers.

    Materials and methods

    In this regard, two new and promising lines of durum wheat obtained from the country's hot climate durum wheat breeding program, numbered D-98-8 and D-98-10, which were tested during the two crop years of 2019-2020 and 2020-2021 (EDYT-W2019) with higher yield than the available commercial cultivars, were selected. To compare the yield with Shabarang variety (as a control), they were grown in the farmers' fields in the warm climate of Khuzestan province ( Hamidiyeh and Ramhormoz cities). The seeds of the two superior durum wheat lines, D-98-8 and D-98-10, with Shebarang as the best regional and national control, were planted in November with a density of 450 seeds per square meter and using a seeder. The area of ​​each treatment in each location was 2500 square meters (without repetition) and according to the existing conditions of the area, gravity irrigation was used. During the growing season, routine operations were carried out and visits to the farm were made regularly and necessary notes were taken. To check the nutritional value, the qualitative characteristics of its bakery were analyzed.

    Results

    The results of the qualitative analysis showed that the line of D-98-10 was in good condition in terms of semolina extraction percentage (74%), protein percentage (12%) and other investigated traits. Based on the field analysis, in both locations, the D-98-10 line was almost the early-mature line and showed the highest yield (by 5.6%) compared to the Shabrang control. Line D-98-8 with 130 days was a med-maturing line and Shabrang with 135 days was the late one. In both locations, the D-98-10 line showed a higher yield than the other two genotypes, while being suitable for early maturity.

    Conclusion

    In total, D-98-10 and D-98-8 lines were selected due to their superior yield, relative earliness, high 1000 seed weight and relative superiority in terms of other studied traits compared to Shabrang variety, and they could be used for further investigation and release as a new variety of durum wheat for hot regions of the country.

    Keywords: Durum Wheat, Extention Projects, Grain Yield Comparison
  • Fatemeh Sohrabi, Armin Saed-Moucheshi * Pages 481-501

    According to the studies conducted on different plant species, about 90% of the entire genome of a plant is transcribed as RNA. However, only 1-2% of the transcribed genome is protein-coding RNAs which their transcription would end up in, at least, a protein peptide. Non-coding RNAs are RNA molecules from which no protein is synthesized and cannot be translated. Long non-coding RNAs (LncRNAs) are also a group of non-coding RNAs having a length of about 200 nucleotides. Different studies have verified that LncRNAs are widely diverse in type and function. Accordingly, sense and antisense, intronic, intergenic, bidirectional, and enhancer LncRNAs are some known altered types of LncRNAs. Long non-coding RNAa primarily interact with messenger RNAs (mRNA), DNA, proteins, and small RNAs (e.g. microRNAs, miRNA and siRNA) making them an important agent in gene expression processes at epigenetic, transcription, post-transcription, translation and post-translation-levels. There are also some studies vertifying the involvement of such RNAs in the regulatation of the time and quantity of expression in response to various conditions. In addition, this large group of RNAs has important roles in biological processes such as chromatin rearrangement, transcription activation and promoter settings, interference with the strcuture arrangement of transcriptional productions, and the mRNA-to-protein translation process. Among the biological effects of long non-coding RNAs, their essential role in phenotyping functions such as growth and development, response to biotic and abiotic stresses (environmental stresses), regulation of crop cell differentiation and cell cycle specially cereals can be mentioned. Due to the great importance of non-coding RNAs, especially LncRNAs, in this review article we try to investigate the types and mechanisms of LncRNA functions at different epigenetic, transcriptional, post-transcriptional, translational and post-transcriptional levels. Correspondingly, the relationship between LncRNAs and the response of crops to changes in environmental conditions and their interactive role on factors and proteins involved in such biological activities in crops are investigated. It has been verified that there are fewer published articles available related to the role and function of LncRNAs in biological systems of crops, especially cereal.

    Keywords: Chromatin Rearrangement, Gene Expression Regulation, Non-Coding RNA, Post-Translational, Epigenetics, Pre-Transcriptional