فهرست مطالب
فصلنامه ژنتیک نوین
سال نوزدهم شماره 2 (پیاپی 77، تابستان 1403)
- تاریخ انتشار: 1403/07/10
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 75-89
خانواده nakin/GASA پپتیدهای کوچک غنی از سیستئینی هستند که به طور گسترده در ژنوم گیاه توزیع شده و در رشد و توسعه و پاسخ گیاهان به تنش های زیستی و غیرزیستی نقش دارند. در مطالعه حاضر، وجود خانواده ژنی GASA در موجودات مختلف بررسی شد همچنین ساختار و تغییرات بیان این خانواده ژنی در گیاهان مختلف مقایسه شد. علاوه بر این، تغییرات پس از ترجمه و خاصیت ضد میکروبی پروتئین های GASA برای درک بیشتر مکانیسم های تنظیمی پیش بینی شد. حضور دمین GASA، پپتید سیگنال، تجمع خارج سلولی، شش پل دی سولفیدی، فسفوریلاسیون پس از ترجمه و فعالیت ضدمیکروبی برای همه ژن های GASA مشاهده شد. الگوی بیان متفاوت در بافت های مختلف (logFPKM= 0- 2.5) و القا تحت تنش های زیستی، غیرزیستی و هورمونی (در بازه logFold Change= -10 - +5 در شرایط خشکی و گرما) از دیگر ویژگی های این ژن ها بود و همچنین عناصر سیس تنظیم کننده کلیدی در نواحی پیشبر این ژن ها شناسایی شد که بیانگر این است که ژن های Snakin/GASA به عنوان یک خانواده ژنی مهم، نقش و عملکرد های متنوعی دارند. همچنین نتایج نشان داد که اغلب پروتئین های GASA مورد مطالعه بر اساس خصوصیات فیزیکوشیمیایی، ناپایدار و آبگریز بودند. همچنین، برهمکنش قوی بین ژن های خانواده GASA و عوامل رونویسی از خانواده های Dof، ERF و MYB در آرابیدوپسیس و برنج پیش بینی شد. به طور کلی، این نتایج می تواند دانش ما را در مورد عملکرد ژن های GASA بهبود بخشد و داده هایی را برای تحقیقات آینده فراهم کند.
کلیدواژگان: بیان اختصاصی بافت، تجزیه و تحلیل ژنومی، تنش های زیستی و غیر زیستی، خانواده ژنی Snakin، GASA، گیاهان تک لپه و دو لپه -
صفحات 91-102
نیتروژن (N) یک درشت مغذی ضروری برای رشد و نمو گیاهان می باشد که میزان جذب آن توسط گیاه به شدت تحت تاثیر تنش های محیطی قرار می گیرد. از این رو افزایش کارایی مصرف نیتروژن (NUE) به منظور کاهش مصرف کودهای ازته، کاهش آلاینده های محیطی، تقویت رشد گیاه و بهبود سیستم های مدیریت زراعی به خصوص در مواجهه با تغییرات تنش زای محیطی بسیار حائز اهمیت است. گیاهان قادرند با ایجاد حافظه تنش گرمایی، مقاومت بالایی به سطوح کشنده گرما نشان دهند. با این حال ارتباط بین جذب نیتروژن و تحمل اکتسابی گیاه به دماهای بالا هنوز به خوبی شناخته نشده است. از این رو در این مطالعه، ابتدا پروتئین های کلیدی (هاب) موثر در جذب نیتروژن در گیاه کلزا از طریق بیشترین برهم کنش بین تمام گره ها در شبکه پروتئینی با استفاده از چهار روش موجود در افزونه CytoHubba نرم افزار Cytoscape شناسایی شدند. سپس با توجه به نقش منفی تنش گرمایی در جذب نیتروژن توسط گیاه، رابطه بین حافظه تنش گرمایی و بیان برخی ژن های کلیدی موثر در جذب نیتروژن با استفاده از تکنیک qRT-PCR مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که تنش گرما و حافظه تنش گرمایی بر میزان بیان BnNRT1 (ناقل نیترات با میل ترکیبی کم) و BnNRT2 (ناقل نیترات با میل ترکیبی بالا) تاثیر گذاشت. بدین ترتیب که با اعمال پیش تیمار دمایی، سطح بیان این ژن ها در ساعات زمانی خاصی پس از قرار گرفتن در معرض دمای بالا، نسبت به گیاهان پیش تیمار نشده افزایش یافت. از این رو به نظر می رسد اثرات مثبت حافظه تنش گرمایی بر بیان ژن های موثر در انتقال و جذب نیتروژن می تواند به عنوان یک استراتژی کارآمد برای کاهش آستانه حساسیت گیاه کلزا به تنش های مکرر دمای بالا به کار گرفته شود.
کلیدواژگان: پرایمینگ دمایی، ترانسپورترهای نیتروژن، شبکه برهم کنش پروتئین، پروتئین، حافظه تنش گرما، کلزا -
صفحات 103-113
تنوع و نرخ پژوهش های زنبور عسل در طی یک قرن گذشته، به طور مداوم روند افزایشی داشته و اهمیت آن در عصر جدید به دلیل نقش چشمگیر زنبور عسل در جامعه و به صورت ویژه در بخش های کشاورزی، اقتصاد، امنیت غذایی، دارو و حتی فناوری محاسبات، روز به روز در حال گسترش است. در حال حاضر نژادهای زنبوعسل ایرانی، نژاد وارداتی کارنیولان و هیبرید ایرانی×کارنیولان، بیشترین فراوانی را در صنعت پرورش زنبور عسل ایران به خود اختصاص می دهند. هدف پژوهش حاضر مقایسه عملکرد نژاد ایرانی با نژاد کارنیولان و هیبرید ایرانی×کارنیولان برای صفات نرخ تخم ریزی ملکه، رشد جمعیت، جمع آوری گرده، رفتار دفاعی، تولید عسل و تولید بره موم بود. به این منظور، در پایان فصل زمستان گذرانی سال 1399 از هر نژاد تعداد 8 کلونی انتخاب و کندوها از نظر ذخیره عسل وگرده، تعداد قاب و جمعیت اولیه همسان سازی شدند. ثبت مشاهدات صفات رشد جمعیت و نرخ تخم ریزی ملکه به صورت هفتگی و در طی بهار 1400 در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه کردستان انجام شد. رکوردبرداری صفات نرخ تخم ریزی ملکه، جمع آوری گرده و تولید عسل به صورت پیوسته بود و تجزیه این صفات با مدل خطی انجام شد اما صفات رشد جمعیت، تولید بره موم و رفتار دفاعی به صورت کیفی ارزیابی شدند و برای این صفات از مدل رگرسیون لجستیک در نرم افزار SAS استفاده شد. نتایج پژوهش حاضر نشان داد برای صفات جمعیت سازی و جمع آوری گرده، هیبرید ایرانی×کارنیولان نسبت به نژادهای والدینی به طور معنی داری برتری داشت (p<0.05). این مساله به سبب هتروزیس، تکمیل کنندگی نژادی و استفاده از کلونی های برتر نژاد ایرانی در لاین پدری بود. نژاد زنبور عسل کارنیولان، برای صفت تولید عسل، عملکرد بهتری داشت(p<0.05). همچنین از نظر صفات رفتار دفاعی و تولید بره موم، نژاد زنبورعسل ایرانی به طور معنی داری از نژادهای دیگر در سطح بالاتری قرار داشت (p<0.05). درصد هتروزیس بر اساس اختلاف عملکرد مشاهده شده و مورد انتظار آمیخته ها نسبت به مقدار متوسط والدین برآورد شد. درصد هتروزیس برای صفت تولید عسل 8/3-%، برای صفت جمع آوری گرده 6/32%، برای صفت نرخ تخم ریزی 10%، برای صفت رشد جمعیت معادل 5/24%، برای صفت تولید بره موم 1/2-% و برای صفت رفتار دفاعی 3/16-% برآورد شد. نتایج نشان داد زنبور عسل ایرانی در اکثر صفات تنوع زیادی دارد که نشان دهنده ظرفیت ژنتیکی این نژاد برای برنامه های اصلاح نژادی و انتخاب ژنتیکی درون نژادی است. همچنین بهره گیری از نژادها و لاین های برتر به صورت خالص و یا آمیخته می تواند بهبود عملکرد و کارائی بخش زنبور عسل را به همراه داشته باشد.
کلیدواژگان: زنبورعسل ایرانی، زنبورعسل کارنیولان، هتروزیس، آمیخته گری، اصلاح نژاد زنبورعسل -
صفحات 115-126
تنش سرما، یکی از عوامل محدود کننده تولید و عملکرد برنج (Oryza sativa L.) می باشد. در این پژوهش، پاسخ های زودهنگام متابولیکی و مولکولی دو رقم برنج شامل یک رقم متحمل به سرما از زیر گونه ژاپونیکا، "گرده" و یک رقم حساس به سرما از زیر گونه ایندیکا "شیرودی" به تنش سرمای C° 4 بررسی شد. تنش سرما موجب کاهش معنی دار محتوی کلروفیل a و b و کاروتنوئید ها در هر دو رقم برنج شد. با این وجود، محتوی رنگریزه فتوسنتزی در رقم شیرودی، به میزان بیش تری در اثر سرما کاهش یافت که موید ظرفیت ژنتیکی پایین این رقم در حفاظت از سامانه فتوسنتزی بود. میزان پراکسید هیدروژن (H2O2) و مالون دی آلدهید (MDA) رقم شیرودی، حین سرما، به صورت معنی داری بالا تر از این مقادیر در ر قم گرده بود که این نتایج با ظرفیت پایین تر رقم شیرودی در سرکوب گونه های فعال اکسیژن مرتبط است. بالا تر بودن سطح بیان رونوشت ژن بتا-گلوکوزیداز (BG) در ساعات پایانی اعمال سرما در رقم گرده، می تواند بیانگر نقش این آنزیم در افزایش سطح آبسیزیک اسید فعال سلول در حین سرما در این رقم باشد. افزایش معنی دار سطح رونوشت ژن فنیل آلانین آمونیا لیاز (PAL) رقم گرده نسبت به رقم شیرودی، بیانگر القای پاسخ های دفاعی در مسیر فنیل پروپانوئیدی می باشد. نتایج این پژوهش نشان می دهد که توانایی حفاظت از ساختار های فتوسنتزی، ظرفیت بالا تر در حفاظت سلول در برابر تنش های اکسیداتیو و نیز تنظیم بیان ژن های دخیل در متابولیسم آبسیزیک اسید و ترکیبات ثانویه طی تنش، از جمله دلایلی هستند که در تحمل رقم گرده به سرما موثرند.
کلیدواژگان: رنج، بتاگالاکتوزیداز، بیان ژن، تنش سرما، تنش اکسیداتیو -
صفحات 127-135
پرورش ملکه همواره یکی از محورهای اصلی زنبورداری است که نیازمند تجربه و استفاده از تکنیک های نوین و علمی می باشد. استفاده از ابزارهای نوین در فرآیند پرورش ملکه، از جمله سلول های پرورش، بر ابعاد ملکه از نظر کیفیت و پارامترهای فیزیولوژیکی و مورفولوژیکی تاثیرگذار است. همچنین، این واقعیت پذیرفته شده است که کیفیت ملکه ها مستقیما با وزن و اندازه ملکه ها در زمان تولد ارتباط دارد. بنابراین هدف اصلی از مطالعه حاضر مقایسه پرورش ملکه با سه اندازه مختلف (کوچک، متوسط و بزرگ) تحت تاثیر تنش های دمایی بر بیان ژن های پروتئین های شوک گرمایی بود. برای دستیابی به این هدف، از 36 ملکه در یک آزمایش فاکتوریل 3×2 با اندازه های مختلف ملکه (بزرگ، متوسط و کوچک) و در دو سطح تنش (دمای پایین تر از چهار درجه سانتی گراد و دمای بالای 40 درجه سانتی گراد) به صورت کاملا تصادفی با 6 تیمار و 6 تکرار استفاده شد. برای استخراج RNA از نمونه های منجمد مخلوط قسمت قفسه سینه 3 ملکه استفاده شد. کیفیت و کمیت RNA استخراج شده به ترتیب با استفاده از ژل آگارز و نانودراپ بررسی شد. سپس cDNA سنتز شده و بیان نسبی ژن ها با استفاده از Real-Time PCR تحلیل شد. نتایج نشان داد که ملکه های با جثه بزرگ تر مقاومت بیشتری در مقابل تنش های گرمایی از خود نشان دادند (P=0.01)؛ اما در تنش های سرمایی، تفاوت معنی داری به لحاظ جثه ملکه مشاهده نشد. به طور کلی، اندازه سلول های پرورش ملکه بر تحمل استرس های گرمایی تاثیرگذار بود اما بر روی استرس های سرمایی موثر واقع نشد.
کلیدواژگان: تنش دمایی، HSP90، HSC70، ملکه، مقاومت به تنش -
صفحات 137-146
آشواگاندا یا جنسینگ هندی (Withania somnifera) به دلیل وجود گروهی از لاکتون های استروئیدی به نام ویتانولیدها اهمیت قابل توجهی در خانواده Solanaceae دارد. به دلیل مقادیر محدود این متابولیت ها در ریشه و برگ گیاه در شرایط طبیعی و تقاضای زیاد صنعت داروسازی، استفاده از روش ریشه مویین برای افزایش تولید این متابولیت ها اهمیت دارد. برای القای باکتری در شرایط آزمایشگاهی نیاز به کشت بافت و مراحل انجام آن می باشد، اما امروزه روشی جایگزین و ساده به عنوان روش تراریختی بدون استفاده از کشت بافت استفاده می شود که نیاز به کشت بافت ندارد و می تواند گیاه تراریخت با مقدار زیادی متابولیت ثانویه تولید نماید. در این آزمایش در محل گره اول گیاهچه تولید شده، اگروباکتریوم رایزوژنز سویه A4 از محل زخم به درون گیاه تزریق شد. 15 روز بعد ریشه مویین ظاهر و پس از رشد گیاه تراریخته در گلخانه، خصوصیات رشدی (حجم و مساحت ریشه و...) اندازه گیری و آنالیزهای فیتو شیمیایی روی گیاهان تراریخت و شاهد انجام شد. آزمایش در قالب طرح کاملا تصادفی در 3 تکرار اجرا شد. گیاهان تراریخته از لحاظ صفات زراعی مورد مطالعه طول ریشه (12/1 برابر)، حجم ریشه (2 برابر)، مساحت ریشه (49/1 برابر) نسبت به شاهد برتری داشتند. در نتیجه این بررسی فعالیت آنزیم کاتالاز و میزان فلاونوئید در گیاهان تراریخته نسبت به شاهد کمتر بود. نتایج همبستگی نشان داد آنزیم کاتالاز و میزان فلاونوئید با طول، حجم و مساحت ریشه همبستگی مثبت و معنی دار دارند. بر اساس نتایج این پژوهش، روش تراریختی بدون استفاده از کشت بافت می تواند به عنوان یک روش مفید در این گیاه برای افزایش ریشه مویین بدون افزایش در فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانی معرفی شود.
کلیدواژگان: Inplanta Transformation، Withania Somnifera، اگروباکتریوم رایزوژنز، تراریخته
-
Pages 75-89
The Snakin/GASA family consists of small, cysteine-rich peptides that are widely distributed across plant genomes, playing crucial roles in plant growth, development, and responses to biotic and abiotic stresses. In this study, the presence of the GASA gene family across various organisms was examined, and structural and expression variations of these genes were compared in different plant species. Additionally, post-translational modifications and the antimicrobial properties of GASA proteins were predicted to provide further insight into their regulatory mechanisms. Key characteristics observed for all GASA genes included the presence of the GASA domain, signal peptides, extracellular accumulation, six disulfide bridges, post-translational phosphorylation, and antimicrobial activity. Differential expression patterns were noted in various tissues (logFPKM = 0-2.5), with induction under biotic, abiotic, and hormonal stresses (logFold Change ranging from -10 to +5, particularly under drought and heat conditions). Furthermore, key cis-regulatory elements were identified in the promoter regions of these genes, highlighting the diverse roles and functions of the Snakin/GASA gene family. Physicochemical analysis revealed that most of the studied GASA proteins were unstable and hydrophobic. A strong interaction was also predicted between the GASA gene family and transcription factors from the Dof, ERF, and MYB families in both Arabidopsis and rice. Overall, these findings provide valuable insights into the functional diversity of GASA genes and offer a foundation for future research.
Keywords: Biotic, Abiotic Stresses, Genomic Analysis, Monocot, Dicot Plants, Snakin, GASA Gene Family, Tissue-Specific Expression -
Pages 91-102
Nitrogen (N) is an essential macronutrient for plant growth and development, and its uptake by plants is significantly influenced by environmental stresses. Enhancing nitrogen use efficiency (NUE) is therefore crucial for minimizing nitrogen fertilizer consumption, mitigating environmental pollution, promoting plant growth, and optimizing agricultural management systems, especially in response to changing environmental stresses. Plants possess the ability to withstand potentially lethal high temperatures through thermopriming and the establishment of heat stress memory. However, the relationship between nitrogen uptake and the acquisition of thermal tolerance remains unclear. In this study, the hub proteins involved in nitrogen uptake in canola plants were first identified as having the most interactions among all nodes in the protein network, using four computational algorithms available in the CytoHubba software. Considering the negative impact of heat stress on nitrogen uptake by plants, the relationship between heat stress memory and the expression of key genes involved in nitrogen uptake was evaluated using the qRT-PCR technique. It was observed that heat stress and heat stress memory affected the expression levels of BnNRT1 (low-affinity nitrate transporter) and BnNRT2 (high-affinity nitrate transporter). The expression levels of these transporters increased after exposure to high temperatures following thermopriming, compared to non-primed plants. Therefore, it appears that the effects of heat stress memory on the expression of nitrogen transporter genes can be used as an efficient strategy for reducing the sensitivity threshold of rapeseed plants to recurrent high-temperature stresses by maintaining nitrogen uptake under heat stress.
Keywords: Canola, Heat Stress Memory, Nitrogen Transporter, Protein, Protein Interaction, Thermopriming -
Pages 103-113
There has been extensive ongoing research on honey bees over the last 100 years, mainly due to their vital role in society, particularly in agriculture, economics, food security, medicine, and even computing technologies. Our knowledge is growing faster than our ability to absorb it. The most common and prominent honey bee species in Iran is the western honey bee, Apis mellifera, which includes the Iranian honey bee, Carniolan, and Iranian × Carniolan hybrids. The objective of this study was to identify the effects of crossbreeding on population dynamics, egg-laying rate, propolis production, honey yields, pollen collection, and defensive behavior in Iranian (Apis mellifera meda) bees. In early March 2021 (the end of the colonies' wintering season), eight colonies of each of the three bee breeds were randomly selected and standardized based on honey and pollen storage, the number of brood frames, initial population, and hive type (Langstroth hives). The tested colonies did not receive any chemical treatments during the experiment. Data collection and recording of egg-laying rates and brood rearing were conducted weekly during spring 2021 at the Honey Bee Research Centre, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran (35.27788; 46.99562). Data quality control and analysis were performed using the SAS program. The results showed that Iranian × Carniolan hybrids were more efficient than the parental stocks in terms of population dynamics and pollen collection (p<0.05), indicating positive heterosis and complementarity between the breeds. Carniolan (Apis mellifera carnica) bees demonstrated significantly favorable performance for honey yields (p<0.05). Iranian (Apis mellifera meda) bees were superior in propolis production and exhibited higher levels of aggressiveness, significantly (p<0.05). Heterosis was estimated based on the superiority of observed phenotypes in the hybrids relative to their inbred parents. The estimated heterosis values were -3.8% for honey yields, 32.6% for pollen collection, 10.0% for egg-laying rate, 24.5% for population growth rate, -2.1% for propolis production, and -16.3% for aggressiveness. The highest level of phenotypic diversity was observed in the Iranian honey bee, suggesting the potential benefits of this breed for selection programs. Additionally, the findings revealed that the controlled use of higher-performance lines, either in pure or hybrid forms, will improve the efficiency of honey bee colonies and is recommended.
Keywords: Genetic Analyses, Heterosis For Production, Behavioral Characteristics In Honey Bee (Apis Mellifera L.) -
Pages 115-126
Cold stress is one of the major factors limiting rice (Oryza sativa L.) productivity and yield. Two rice cultivars were chosen for this study: a japonica rice, ‘Gerde’, and an indica rice, ‘Shiroodi’, representing tolerant and sensitive cultivars, respectively. In this work, the early physiological and molecular responses of these two cultivars to 4°C cold stress were investigated. We found that cold stress caused a significant decrease in the content of chlorophyll a, chlorophyll b, and carotenoids in both rice cultivars. However, the photosynthetic pigment content in the Shiroodi cultivar decreased to a greater extent, indicating its limited genetic capacity to protect its photosynthetic machinery. During cold stress, the amounts of hydrogen peroxide and malondialdehyde produced by the Shiroodi cultivar were significantly higher than those in Gerde, suggesting a lower capacity of Shiroodi to scavenge reactive oxygen species. The higher level of beta-glucosidase gene expression in the final hours of cold treatment in the Gerde cultivar indicates the involvement of this enzyme in elevating cellular levels of active abscisic acid. Moreover, the significant increase observed in the transcript level of phenylalanine-ammonia-lyase in Gerde indicates the induction of defense responses related to the phenylpropanoid pathway. Altogether, one can conclude that the higher cold tolerance of the Gerde cultivar is multifaceted, involving various factors such as its ability to protect its photosynthetic machinery, its greater capacity for cell protection against oxidative stress, and the expression modulation of genes involved in abscisic acid metabolism and secondary metabolism.
Keywords: Beta-Galactosidase, Cold Stress, Gene Expression, Oxidative Stress, Rice -
Pages 127-135
Queen breeding has always been one of the main pillars of beekeeping, requiring experience and the use of modern, scientific techniques. The use of advanced tools in queen bee rearing, including breeding cells, significantly impacts various aspects related to the quality, as well as the physiological and morphological parameters of the queen. Additionally, it is widely accepted that queen quality is directly related to their weight and size at birth. Therefore, the purpose of this study was to compare queen rearing in three different sizes (small, medium, and large) and examine the effect of temperature stresses on the expression of heat shock protein genes. To achieve this goal, 36 queens were used in a factorial 3×2 experiment, with three queen sizes (large, medium, and small) and two levels of stress (temperatures below 4°C and above 40°C). The experiment followed a completely randomized design with 6 treatments and 6 repetitions. RNA was extracted from frozen samples of the combined thoracic region of 3 queens to assess its quality. The quality and quantity of the extracted RNA were analyzed using agarose gel and nanodrop, respectively. Subsequently, cDNA was synthesized, and the relative gene expression was analyzed using Real-Time PCR. The results showed that larger queens exhibited greater resistance to heat stress (P=0.01). Under cold stress conditions, no significant difference was observed in terms of queen size. In summary, the size of the queen rearing cells affected tolerance to heat stress but had no effect on cold stress.
Keywords: Heat Stress, HSP90, HSC70, Queen, Stress Resistance -
Pages 137-146
Ashwagandha, or Indian ginseng (Withania somnifera), is of considerable importance in the Solanaceae family due to the presence of a group of steroid lactones called withanolides. Given the limited production of these metabolites in the roots and leaves of the plant under natural conditions and the high demand from the pharmaceutical industry, it is crucial to use the hairy root method to increase metabolite production. To induce bacteria under laboratory conditions, tissue culture and its various steps are typically required. However, nowadays, an alternative and simpler transgenic method is used that does not rely on tissue culture and can produce transgenic plants with an increased yield of secondary metabolites. In this experiment, Agrobacterium rhizogenes strain A4 was injected into the plant at the wound site located at the first node of the seedling. Fifteen days later, hairy roots appeared, and after the growth of the transgenic plants in the greenhouse, growth characteristics (such as root volume and root area) were measured, and phytochemical analyses were performed on both transgenic and control plants. The experiment followed a completely randomized design with 3 replications. The transgenic plants outperformed the controls in terms of agronomic traits: root length (1.12 times longer), root volume (2 times greater), and root area (1.49 times larger). As a result of this study, catalase enzyme activity and flavonoid levels were found to be lower in transgenic plants than in control plants. Correlation results showed that catalase enzyme activity and flavonoid content had positive and significant correlations with root length, volume, and area. Based on the findings of this research, the transgenic method, without the need for tissue culture, can be introduced as a useful approach in this plant to increase root hair production without increasing antioxidant enzyme activity.
Keywords: Inplanta Transformation, Withania Somnifera, Agrobacterium Rhizogenes, Transgenic