فهرست مطالب
مجله زیست فناوری گیاهان زراعی
پیاپی 47 (پاییز 1403)
- تاریخ انتشار: 1403/08/01
- تعداد عناوین: 7
-
-
صفحات 1-14
انار یکی از درختان میوه ارزشمند و دارای تنوع ژرم پلاسم مطلوب در ایران است. بررسی تنوع ژنتیکی اساس اصلاح گیاهان بوده و از اهمیت خاصی برخوردار است. بدین منظور، 38 صفت مورفولوژیک و پومولوژیک 30 ژنوتیپ امیدبخش انار طی چهار سال متوالی مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که به استثناء برخی از ویژگی ها مانند وجود میزان آنتوسیانین بر روی شاخه سال جاری، رنگ حبه، اندازه میوه، اندازه گل بارور و بریدگی میانی برگ، ژنوتیپ های مورد مطالعه از تنوع بالایی در سایر صفات برخوردار بودند. عارضه فیزیولوژیک حساسیت پوست میوه به ترکیدگی دارای همبستگی مثبت با حساسیت پوست میوه به آفتاب سوختگی بود، ولی ارتباط منفی با ضخامت پوست میوه و میانگین عملکرد میوه نشان داد. همبستگی مثبت بین اندازه میوه با اندازه گل مثمر و درصد گل بارور با موقعیت گل مشاهده شد. نتایج تجزیه به مولفه های اصلی نشان داد که صفات حساسیت پوست میوه به ترکیدگی، میانگین عملکرد درخت، ضخامت پوست میوه، موقعیت گل و شکل میوه، کلیدی ترین صفات در تعیین تنوع بین ژنوتیپ های مورد بررسی بودند. براساس نتایج تجزیه خوشه ای، ژنوتیپ ها در سه گروه تقسیم شدند که در گروه اول ژنوتیپ هایی قرار گرفتند که پایین ترین حساسیت پوست میوه به ترکیدگی و آفتاب سوختگی را داشتند. از میان ارقام مورد مطالعه، ارقام رباب ملس فارس، شهوار قصر دشت، شهوار، گرچ شهوار و ملس یزدی، را می توان به دلیل داشتن حساسیت پایین میوه به ترکیدگی و آفتاب سوختگی و نیز تعداد میوه و عملکرد درخت بالا به عنوان ارقام و ژنوتیپ های برتر...
کلیدواژگان: انار، تجزیه های چندمتغیره، تنوع ژنتیکی، صفات عملکردی -
صفحات 15-28براسینواستروئیدها هورمون های استروئیدی هستند که برای رشد و نمو گیاه ضروری هستند و نقش مهمی در پاسخ به تنش در گیاهان دارند. در این تحقیق اثر 24- اپی براسینولید بر روی شاخص های گیاهچه و صفات بیوشیمیایی ژنوتیپ های انتخابی گیاه کاهو تحت تنش خشکی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح آماری کاملا تصادفی با چهار تکرار در آزمایشگاه تحقیقاتی فیزیولوژی گیاهی دانشکده کشاورزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه رازی در سال 1402 اجرا گردید. در این آزمایش فاکتور اول شامل دو لاین انتخابی کاهو شامل (یخی و رومن) بود. فاکتور دوم شامل پیش تیمار بذر در چهار سطح پرایمینگ با 24- اپی براسینولید (صفر، 50، 100 و 150 میکرومولار) و فاکتور سوم شامل تنش خشکی در چهار سطح (0، 10%، 20% و 30%) با مانیتول بود. صفات مورد اندازه گیری شامل سرعت جوانه زنی، طول ریشه چه، طول ساقه چه، محتوای آب نسبی، محتوای قند کل، محتوای فنول کل و محتوای فلاوونوئید بود. مقایسه میانگین اثرات متقابل سه گانه نشان داد که با افزایش سطح تنش خشکی محتوای صفات بیوشیمایی شامل قند کل (480/0 میلی گرم در لیتر)، فنول (83/460 میلی گرم در لیتر) و فلاوونوئید (047/1 میکروگرم در لیتر) افزایش یافتند. تجزیه به مولفه های اصلی نیز نشان داد که دو مولفه اول 64 درصد از تغییرات را توجیه کردند. نتایج نشان داد که پرایمینگ با 150 میکرومولار هورمون 24- اپی براسینولید برای دستیابی به بیش ترین مقدار شاخص های گیاهچه گیاه کاهو توصیه می گردد.کلیدواژگان: کاهو، مانیتول، محتوای کل فنل، محتوای قند کل
-
صفحات 29-43
برنج، به عنوان غذای اصلی قشر وسیعی از مردم دنیا، نقشی مهم و استراتژیک در سراسر جهان ایفا می کند. در فرآیند تولید برنج، تغییر در میزان عناصر در دسترس این گیاه از جمله نیتروژن، می تواند عملکرد این گیاه را به طور قابل توجهی تحت تاثیر قرار دهد. نیتروژن با تاثیر قابل توجه بر فرآیندهای مختلف فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی در سلول های گیاهی، نقش مهمی در تولید برنج ایفا می کند و بر رشد، نمو و عملکرد آن تاثیر می گذارد. با توجه به اهمیت نقش نیتروژن، هدف از این تحقیق، شناسایی ژن ها، مطالعه مسیرهای بیولوژیکی و برهمکنش های پروتئین-پروتئین مهم در برنج در واکنش به تنش کمبود نیتروژن بود. در این راستا مجموعه داده بیان ریزآرایه از پایگاه داده NCBI استخراج و ژن های با بیان متفاوت بین تیمار شاهد و شرایط تنش شناسایی شد. عملکردهای مولکولی و مسیرها و فرآیندهای بیولوژیکی مرتبط با این ژن ها با استفاده از ابزار برخط DAVID مورد بررسی و شناسایی قرار گرفت. به کمک نرم افزار Cytoscape پس از ترسیم شبکه ژنی، تعداد ده ژن به عنوان ژن های کلیدی در شبکه، انتخاب شدند. نتایج حاصل از پژوهش نشان داد فرآیند مواجهه و پاسخ گیاه به تنش در ساعات ابتدایی اعمال تنش، شامل مسیرهای سیگنال دهی و تولید آمینواسیدها است. در شرایط کمبود نیتروژن در خاک، بیان ژن های دخیل در فرآیند انتقال یون آهن و بیوسنتز آمینواسیدها به طور معنی داری افزایش می یابد. سنتز ناقل های یون آهن در فرآیند فتوسنتز برگ گیاه دخیل بوده و به نحوی موجب ایجاد تعادل و پایداری تولیدات فتوسنتزی می شود و باعث تغییر در خصوصیات مورفولوژی و عملکرد گیاه می شود. انتظار می رود که از این ژن های کلیدی، بتوان در برنامه های به نژادی در مقابله با تنش کمبود نیتروژن استفاده کرد.
کلیدواژگان: آنالیز بیوانفورماتیکی، بیان ژن، انتقال دهنده یون آهن، ریزآرایه، شبکه برهمکنش پروتئین-پروتئین -
صفحات 45-65
سیانوباکتری ها به دلیل تثبیت بیولوژیکی نیتروژن، محلولسازی فسفات و تولید مواد تقویتکننده رشد نقش مهمی در بهبود حاصلخیزی خاک و افزایش بهره وری محصولات ارگانیک دارند. این تحقیق تاثیر سویه های مختلف سیانوباکتری (هشت سویه) بر رشد سه رقم برنج (فجر، روشن و طارم) در مرحله جوانه زنی، بررسی شد. با توجه به فرم ترجیحی جذب نیتروژن در برنج های غرقاب (آمونیوم)، مطالعه خانواده ژنی انتقال دهنده های آمونیوم (AMT) مدنظر قرار گرفت. در این آزمایش اثر سیانوباکتری بر صفتهای درصد جوانه زنی، سرعت جوانه زنی، طول ریشه چه، نسبت طول ریشه چه به ساقه چه، وزن خشک تک بوته و وزن تر تک بوته مورد مطالعه معنی دار بود. بهبود شاخص های جوانه زنی در همکشتی دو رقم پرمحصول روشن و فجر با هشت سویه سیانوباکتر، نسبت به رقم کیفی طارم هاشمی معنی دار بود. میزان برونریزش ازت در هر هشت سویه متفاوت بوده و بالاترین میزان برونریزش نیترات و آمونیوم در سویه شماره 7 به ترتیب به مقدار 08/0 میکروگرم بر میلیلیتر و 010/0 میکروگرم بر میلی لیتر مشاهده شد. در بررسی بیوانفورماتیکی، 12 مکان ژنی و 15 ایزوفرم OsAMT در ژنوم گیاه برنج شناسایی شد. بررسی اعضای خانواده ژنی OsAMT در پایگاه های اختصاصی دمین نشان داد که همه ژن های مورد بررسی (بجز OsAMT 3.4) دارای دمین پروتئینی انتقال دهنده آمونیوم می باشند. بررسی ساختار ژنی و روابط تکاملی OsAMTها نشان داد، همه OsAMTها در سه گروه طبقه بندی شده که هر گروه از الگوهای موتیف و ساختارهای اگزون/اینترون مشابه برخوردارند. شناسایی ژن های فعال و غیرفعال OsAMT در آنالیز این سیلیکو می تواند در مطالعات بررسی ژنومیکس عملکردی خانواده ژنی انتقال دهنده آمونیوم برنج خصوصا در شرایط همکشتی با سویه های سیانوباکتر راهگشا باشد.
کلیدواژگان: انتقال دهنده آمونیوم (AMT)، تثبیت نیتروژن، جوانه زنی، خانواده ژنی، همکشتی سینانوباکتر -
صفحات 67-86
پوسیدگی ساقه اسکلروتینیایی (SSR) که توسط قارچ خاکزاد Sclerotinia sclerotiorum ایجاد می شود، علاوه بر کاهش 10-20 درصدی عملکرد محصول، منجر به کاهش کیفیت بذر در کلزا (Brassica napus) می شود. عامل مهار زیستی Pseudomonas chlororaphis PA23 قادر است با القاء مقاومت سیستمیک، گیاه کلزا را از اثرات مخرب قارچ همی بیوتروف S. sclerotiorum مصون نگه دارد. با این حال سازوکار ملکولی القای مقاومت در برابر این بیمارگر تا حدود زیادی ناشناخته است. از این رو در مطالعه حاضر، الگوهای رونوشتی در گیاه کلزا با استفاده از سیستم کنترل زیستی باکتری PA23 مورد بررسی قرار گرفت تا با بررسی شبکه های برهم کنش پروتئین-پروتئین (PPI) به ویژه تمرکز بر ژن های کلیدی (Hub genes) احتمالی، هستی شناسی ژن ها (Gene Ontology)، مسیرهای بیوشیمیایی و بررسی شبکه های تنظیمی از طریق بررسی پروموتر ژن های کلیدی و پیش بینی miRNAها در برهم کنش گیاه-بیمارگر، به اطلاعات جامع تری از پاسخ گیاه کلزا پیش تیمار شده با PA23 در برابر آلودگی S. sclerotiorum رسید. با استفاده از الگوریتم های محاسباتی افزونه CytoHubba در نرم افزار Cytoscape، گره هایی (Nodes) با بیشترین درجه برهم کنشی با سایر ژن ها در شبکه ژنی تحت عنوان ژن های کلیدی شناسایی شدند که عمدتا در حفظ و بازیابی مسیرهای متابولیکی و فعالیت فتوسنتزی، کنترل وضعیت اکسیداسیون/ احیای (redox) سلولی، بیوسنتز اسیدهای آمینه آروماتیک و هورمون های گیاهی، فعال سازی پیام رسان های دفاعی وابسته به MAPK، تنظیم اسیمیلاسیون سولفور و بیوسنتز سیستئین نقش داشتند. همچنین تحلیل خوشه بندی شبکه با استفاده از الگوریتم IPCA در افزونه Cytocluster، ماژول های عملکردی را که عمدتا در بیوسنتز اسیدهای آمینه آروماتیک و تولید متابولیت های دفاعی در مسیر شیکیمات نقش داشتند را به عنوان مسیرهای اصلی پاسخ دفاعی حاصل از PA23 در برابر SSR معرفی کرد. آنالیز پروموتر ژن های کلیدی در ناحیه5′UTR ، عناصر تنظیمی سیس (CRE) متنوعی نظیر موتیف های وابسته به پیام رسان اکسین را در تنظیم پاسخ های دفاعی بر علیه آلودگی S. sclerotiorum شناسایی کرد. پیش بینی miRNAهایی که با ژن های کلیدی برهم کنش دارند، با استفاده از برنامه وب محور psRNATarget، miRNAهای متعلق به خانواده های miR172، miR395، miR6028، miR6029، miR6032، miR6035، miR166، miR156، miR396 و miR824 را به عنوان عناصر اصلی شبکه تنظیمی بیان ژن های کلیدی معرفی کرد. شناخت این برهم کنش ها در القای سامانه دفاعی کلزا در برابر آلودگی قارچی SSR می تواند به توسعه سیستم های کنترل بیولوژیکی جهت مدیریت بیماری های گیاهی و حفاظت از سیستم های زراعی کمک کند و مکانیسم های پایه جهت ایجاد واریته های متحمل به بیماری را توسعه دهد.
کلیدواژگان: پوسیدگی ساقه اسکروتینیایی، توالی یابی RNA، ریزRNAها، ژن هایی با بیان متمایز، شبکه های برهم کنش پروتئینی -
صفحات 87-106
ریزجلبک Arthrospira platensis یک پروکاریوت فتوسنتزکننده ارزشمند با مصارف صنعتی و غذایی متعدد می باشد. آنزیم های اسید چرب دساچوراز (FADs) مسئول تولید اسیدهای چرب غیر اشباع تک و چندگانه هستند. در مطالعه حاضر با استفاده از راهکارهای بیوانفورماتیکی، ژنوم A. platensis C1 به منظور شناسایی ژن های خانواده ApFAD بررسی شد. تعداد 8 ژن ApFAD در ژنوم اسپیرولینا شناسایی و به گروه های Omega، Sphingolipid، CrtR_beta-carotene-hydroxylase و Acyl-CoA، طبقه بندی شدند. چهار موتیف هیستیدینی حفاظت شده که برای اتصال به ساختارهای دای-آهن و فعالیت های کاتالیزوری ضروری هستند، شناسایی شدند. بررسی تغییرات پس از ترجمه پروتئین های ApFAD طیف گسترده ای از تغییرات گلیکوزیلاسیون و فسفریلاسیون را نشان داد. بررسی نواحی پروموتری ژن FAD انواع مختلفی از عناصر تنظیمی سیس پاسخگو به فیتوهورمون ها و شرایط تنش، به ویژه در دساچورازهای امگا (ApFAD-6) و آسیل-لیپید (ApFAD-3) را نمایان ساخت. همچنین، شبکه های برهم کنش پروتئین-پروتئین تعامل بین ApFADها و ژن های دخیل در مقابله با تنش به واسطه فرآیند بیوسنتزی متابولیت های ثانویه و نیز انتقال الکترون را نشان دادند. آنالیز داده های RNA-seq ژن های ارتولوگ در آرابیدوپسیس، پتانسیل ژن های گروه امگا و آسیل-لیپید در اسپیرولینا، مانند ژن های ApFAD-3، ApFAD-6 و ApFAD-7، را در پاسخ به تنش های محیطی مختلف نشان داد. بطورکلی، نتایج این تحقیق می تواند به درک و شناخت کاملتر عملکرد ژن های FAD در اسپیرولینا کمک کرده و زمینه را برای دستورزی این ژن ها با هدف افزایش محتوای اسیدهای چرب غیراشباع و بهبود ارزش تغذیه ای روغن ها و نیز افزایش تحمل گیاهان به تنش های محیطی مختلف فراهم نماید.
کلیدواژگان: ارزیابی بیوانفورماتیکی، اسید چرب دساچوراز، آنالیز ژنوم، تحمل تنش، Arthrospira Platensis -
صفحات 107-121
تجارت جهانی جلبک ها، 8/19 میلیارد دلار در سال 2021 بوده و پیش بینی می شود در سال 2028 با نرخ رشد مرکب سالیانه 5/10 درصد به به 36 میلیارد دلار برسد. جلبک های سبز یوکاریوتی و سیانوباکتری های پروکاریوتی گرم منفی در صنایع دارویی، غذایی، آرایشی، آبزی پروری، جیره غذایی طیور و سوخت های زیستی کاربرد گسترده ای دارند. همچنین، جلبک ها به واسطه افزایش دسترسی به مواد مغذی، حفظ کربن آلی و حاصلخیزی خاک، افزایش رشد و عملکرد گیاه و تحریک فعالیت میکروبی خاک؛ در کشاورزی مبتنی بر توسعه پایدار کاربرد دارند. سیانوباکتری های تولیدکننده هتروسیت که نسبت به دامنه وسیعی از شرایط محیطی سازگار شده اند، گروه ویژه ای از پروکاریوت های فتوسنتزکننده هستند که قادرند نیتروژن اتمسفری را توسط سیستم آنزیمی نیتروژناژ تثبیت کنند. علاوه بر این، جلبک های سبز و سیانوباکتری ها با تولید متابولیت هایی مانند هورمون های رشد، پلی ساکاریدها و ترکیبات ضد میکروبی نقش مهمی در کلونیزه شدن آن ها در فیلوسفر و ریزوسفر گیاهان و تکثیر جوامع میکروبی و یوکاریوتی در خاک دارند. در حال حاضر، توسعه کنسرسیوم سیانوباکتری ها با باکتری ها یا قارچ ها یا ریزجلبک ها و بیوفیلم های مبتنی بر آن ها دامنه استفاده از جلبک ها را توسعه بخشیده است. این بررسی به کاربرد جلبک ها در تولید محصولات زراعی، چالش های کاربرد جلبک ها و جنبه های تجاری آن ها در بخش کشاورزی تمرکز دارد.
کلیدواژگان: ریزجلبک، سیانوباکتری، کود زیستی، کنسرسیوم، بایوفیلم
-
Pages 1-14
Pomegranate is a valuable fruit tree that exhibits favorable genetic diversity in Iran. The investigation of genetic diversity is the basis of plant breeding and is of particular importance. For this purpose, 38 morphological and pomological traits of 30 pomegranate genotypes were evaluated over two consecutive years. The results indicated that the genotypes displayed a high diversity in the studied traits, with the exception of the presence of anthocyanin in the branch of this year, aril color, fruit size, fruitful flower size, and intermediate cut of the leaf. The physiological disorder of fruit skin sensitivity to bursting had a positive correlation with fruit skin sensitivity to sunburn, but it showed a negative relationship with fruit skin thickness and tree mean yield. A positive correlation was observed between fruit size and fruitful flower size, and between fruitful flower percentage and flower position. The results of the principle component analysis revealed that the characteristics of fruit skin sensitivity to bursting, tree mean yield, fruit skin thickness, flower position, and fruit shape were the most key traits in determining the diversity between the studied genotypes. Based on the results of cluster analysis, the genotypes were divided into three groups, and the first group included genotypes with the lowest fruit skin sensitivity to bursting and sunburn. Among the cultivars studied, Rabab Malas Fars, Garch-shahvar, Shahvar-ghasrdasht, and Malas-Yazdi could be considered superior and desirable cultivars due to their low sensitivity to bursting and sunburn, as well as their high fruit number and tree yield
Keywords: Pomegranate, Multivariate Analyses, Genetic Diversity, Functional Traits -
Pages 15-28Brassinosteroids are steroid hormones that are essential for the growth and development of plants and play a significant role in plant responses to stress. This study delves into examining how 24-epibrassinolide influences seedling indices, physiological and biochemical traits in specific lettuce genotypes under drought stress. The factorial experiment was conducted using a completely randomized statistical design with four replicates at the research laboratory of plant physiology, Faculty of Agriculture, Agriculture and Natural Resources Campus, Razi University, Kermanshah, Iran in 2023. The experiment included two selected lettuce genotypes, namely Icy and Romance, as the first factor. The second factor comprised seed pretreatment at four levels of priming with 24-epibrassinolide (0, 50, 100, and 150 μM), while the third factor consisted of drought stress at four levels (0%, 10%, 20%, and 30%) induced by mannitol. The assessed traits encompassed germination rate, root length, stem length, Relative Water Content (RWC), total sugar content, total phenol content, and flavonoid content. Comparative analysis of average traits revealed that the levels of biochemical traits, specifically total sugar (0.480 mg/l), phenol (460.83 mg/l), and flavonoid (1.047 μg/l), escalated with higher levels of drought stress. Principal component analysis indicated that the first two components elucidated 64% of the variations. The findings suggest that priming with 150μM of 24-epibrassinolide hormone is advisable to attain the highest seedling indices in lettuce. According to the results obtained in this research, the Roman line is introduced as the best line in drought stress conditions.Keywords: Lettuce, Mannitol, Total Phenol Content, Total Sugar Content
-
Pages 29-43
Rice, as the primary food source for a large portion of the global population, holds significant strategic importance worldwide. Variations in the availability of elements such as nitrogen can greatly impact rice production. Nitrogen is crucial for rice growth, development, and performance by influencing various physiological and biochemical processes in plant cells. Considering the importance of the role of nitrogen, the aim of this research was to identify key genes, study biological pathways, and analyze important protein-protein interactions in rice under nitrogen deficiency stress. In this regard microarray expression data sets were extracted from the NCBI database, and differentially expressed genes between control and stress conditions were identified. Using DAVID online tools, the molecular functions, pathways, and biological processes related to these genes were investigated. Cytoscape software was used to construct a gene network, and ten key genes were identified. The study revealed that signaling pathways and amino acid production are prominently activated in the initial hours of nitrogen stress. Under nitrogen deficiency, the expression of genes involved in iron ion transport and amino acid biosynthesis significantly increases. The synthesis of iron ion transporters is crucial for photosynthesis in plant leaves, contributing to the balance and stability of photosynthetic products and leading to changes in the plant's morphological characteristics and performance. It is expected that these key genes can be used in breeding programs to deal with nitrogen deficiency stress.
Keywords: Bioinformatics Analysis, Gene Expression, Iron Ion Transporter, Microarray, Protein-Protein Network -
Pages 45-65
Cyanobacteria improve soil fertility and organic product productivity by synthesizing growth-promoting substances, phosphate solubilization, and biological nitrogen fixation. We investigated the effect of eight various cyanobacterial strains on the germination-stage development of three different rice varieties namely Fajr, Roshan, and Tarem. The ammonium transporter (AMT) gene family was studied because ammonium is the most favored form of nitrogen that flooded rice can absorb. The majority of the experimental parameters were considerably impacted by cyanobacteria. In contrast to the qualitative cultivar Tarem Hashemi, germination characteristics were considerably enhanced when eight cyanobacteria strains were co-cultivated with two high-yielding cultivars, Roshan and Fajr. The amounts of nitrate and ammonium were highest in strain 7, with concentrations of 0.08 μg/ml and 0.010 μg/ml, respectively, out of the eight strains tested for nitrogen excretion. In silico analysis discovered 12 gene loci and 15 OsAMT isoforms in the rice genome. Examining the OsAMT gene family members in protein domain-specific databases revealed that all of the examined genes (excluding OsAMT3;4) include an ammonium-transporting protein domain. Three groups of OsAMTs were identified based on their gene structures and evolutionary relationships; each group shared common motif patterns and exon/intron order. The identification of active and inactive OsAMT genes in bioinformatic analysis could bring new insights into functional genomics studies of the rice ammonium transporter gene family, particularly in co-cultivation with cyanobacteria.
Keywords: Ammonium Transporter Proteins (Amts), Co-Culture, Cyanobacteria, Nitrogen Fixation, Oryza Sativa -
Pages 67-86
Sclerotinia stem rot (SSR), caused by the soil-borne fungus Sclerotinia sclerotiorum, adversely impacts seed quality in rapeseed (Brassica napus) causing a 10-20% reduction in crop yield. The biological control agent Pseudomonas chlororaphis PA23 can protect rapeseed from the deleterious effects of the hemibiotrophic fungus S. sclerotiorum by inducing systemic resistance. However, little is known about the molecular mechanisms underlying defense priming and its regulatory processes. In this study, we amid to identify the protein-protein interaction (PPI) networks, with a particular focus on potential hub genes, gene ontology (GO), Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG), and regulatory network analysis including hub genes promoter analysis and miRNA prediction in canola plants pre-treated by PA23 in the presence of S. sclerotiorum using transcriptome data. Using the computational algorithms of the CytoHubba plugin in the Cytoscape platform, nodes with the highest interactions within the gene network were identified as hub genes, which are mainly involved in the maintenance and retrieval of metabolic pathways and photosynthetic activities, controlling cellular oxidation/reduction (redox) status, biosynthesis of aromatic amino acids and plant hormones, activation of MAPK-mediated defense signals, regulation of sulfur assimilation and cysteine biosynthesis. Using clustering analysis based on the IPCA algorithm in the Cytocluster plugin, functional modules effective in defense priming against SSR infection were identified. These modules were primarily involved in the biosynthesis of aromatic amino acids and the production of defensive metabolites in the shikimate pathway. The promoter analysis of 5′UTR region of hub genes identified various cis-regulatory elements (CREs), such as auxin signaling-responsive motifs involved in regulating defense responses against S. sclerotiorum infection. Prediction of miRNAs targeting hub genes, using the web-based psRNATarget program, revealed that miRNAs belonging to the families miR172, miR395, miR6028, miR6029, miR6032, miR6035, miR166, miR156, miR396 and miR824 play key roles as regulatory elements in the gene expression network of hub genes. These findings can aid in establishing biological control systems for plant disease management and protection of agricultural systems, as well as in advancing the fundamental mechanisms for developing disease-tolerant varieties.
Keywords: Biological Control, Micrornas, Protein Interaction Networks, RNA Sequencing, Sclerotinia Stem Rot -
Pages 87-106
Arthrospira platensis (Spirulina) is a valuable photosynthesizing prokaryote with numerous industrial and food applications. Fatty acid desaturase enzymes (FADs) are responsible for the production of monounsaturated and polyunsaturated fatty acids. In the present study, the genome of A. platensis C1 was investigated using bioinformatics methods in order to identify ApFAD genes family. A total of 8 ApFAD genes were identified in Spirulina genome and classified into Omega, Sphingolipid, CrtR_beta-carotene-hydroxylase and Acyl-CoA groups. Four conserved histidine motifs that are essential for binding to the di-iron structures and catalytic activities were identified. Investigation of post-translational modifications of ApFAD proteins revealed a wide range of glycosylation and phosphorylation changes. Evaluation of FAD gene promoter regions revealed different types of cis-regulatory elements responsive to phytohormones and stress conditions, especially in Omega (ApFAD-6) and Acyl-lipid (ApFAD-3) desaturases. Also, protein-protein interaction networks showed the relations between ApFADs and genes involved in dealing with stresses through the biosynthetic process of secondary metabolites and electron transfer. Analysis of RNA-seq data of orthologous genes in Arabidopsis showed the potential of Omega and Acyl-lipid genes, such as ApFAD-3, ApFAD-6 and ApFAD-7, in response to various environmental stresses. In general, the results of this study can contribute to a more complete understanding of the function of FAD genes in Spirulina and lay the basis for the transgenic study of these genes with the aim of increasing the content of unsaturated fatty acids, improving the nutritional value of oils, as well as promoting the stress tolerance of plants.
Keywords: Arthrospira Platensis, Bioinformatic Analysis, Fatty Acid Desaturase, Genome Analysis, Stress Dealing -
Pages 107-121
The global algae market was valued at USD 19.8 Billion in the year 2021 and it is expected to reach USD 36 Billion in 2028 by Compound Annual Growth Rate (CAGR) of 10.5%. Eukaryotic green algae and Gram-negative prokaryotic cyanobacteria are widely used in pharmaceutical, food, cosmetic, aquaculture, poultry and biofuel industries. Algae are also used in agriculture based on sustainable development by facilitating increased access to nutrients, maintaining organic carbon and soil fertility, increasing plant growth and crop yield, and stimulating soil microbial activity. Heterocyte-forming cyanobacteria, which have acclimated to diverse environmental conditions, represent a unique subset of photosynthetic prokaryotes capable of nitrogen fixation via the nitrogenase enzyme system. In addition, green algae and cyanobacteria by producing metabolites such as growth hormones, polysaccharides and antimicrobial compounds play an important role in their colonization in the phyllosphere and rhizosphere of plants and the proliferation of microbial and eukaryotic communities in the soil. Currently, the development of the consortium of cyanobacteria with bacteria or fungi or microalgae and biofilms based on them has expanded the scope of using algae. This review focuses on the application of algae in the production of crops and the protection and management of natural resources, the challenges of using algae and their commercial aspects in agriculture.
Keywords: Microalgae, Cyanobacteria, Bio-Fertilizer, Consortium, Biofilm