زیست فناوری گیاهان زراعی
سال:1390 | دوره:1 | شماره:1 |تعداد مقالات:8

شوری خاک و آب یکی از عوامل محدود کننده کشت برنج در سراسر دنیا است و این گیاه در مرحله گیاهچه (seedling) حساسیت زیادی نسبت به شوری دارد. پروتئومیکس با توانایی کشف پروتیین ها و ژن های پاسخ دهنده به تنش از پتانسیل مطلوبی جهت استفاده در فرایند به نژادی برای تنش ها به ویژه تنش شوری برخوردار است. به منظور بررسی اثر تنش شوری بر فرآیندهای فیزیولوژیکی و الگوی بیان پروتیین های گیاه برنج، بذور دو رقم متحمل و حساس، به ترتیب (Oryza sativa cv.IR651 and cv.IR29) در محیط کشت یوشیدا، در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار کشت شدند. وزن خشک، تر و نسبت K+/Na+ در برگ سوم و ریشه گیاهان اندازه گیری شد. نتایج نشان داد، کاهش وزن کل ماده خشک گیاهچه ها در رقم حساس (IR29) نسبت به رقم متحمل (IR651) اثر معنی دار داشت. همچنین نسبتK+/Na+ در رقم IR651 بیش از دو برابر این نسبت در رقم IR29 بود. در این بررسی 345 نقطه پروتئینی تکرارپذیر در برگ و 468 نقطه در ریشه با استفاده از نرم افزار Melanie3 شناسایی شد. از این آن ها 107 پروتئین در ریشه و 86 پروتئین در برگ هر دو ژنوتیپ پاسخ معنی داری به تنش از خود نشان دادند. توالی یابی نشان داد که مهم ترین پروتئین های شناسایی شده عبارت اند از فریتین، آسکوربات پراکسیداز و روبیسکو اکتیواز در برگ و پراکسیداز و آسکوربات پراکسیداز در ریشه. پروتیین های مذکور همگی آنزیم بوده و در سازوکارهای سم زدایی و حذف رادیکال های آزاد اکسیژن (پراکسیداز، آسکوربات پراکسیداز)، هموستازی آهن (فریتین) و فعال سازی دیگر آنزیم ها (روبیسکو اکتیواز) نقش دارند.

در این پژوهش از هیبریدهای F1 شامل M85-6×90، M85-8×90×mv17 شیرودی، کویر mv17× و کویر×بم، با هدف بهینه سازی القای جنین زایی در میکروسپورهای جدا شده گندم نان استفاده شد. میکروسپورها در محیط کشتA2  با میزان متفاوت قند مالتوز (60 و 90 گرم در لیتر) بسته به ژنوتیپ کشت شدند. نتایج نشان داد که از نظر صفات جنین زایی و باززایی بین هیبریدها تفاوت معنی دار وجود دارد. اما بین دو میزان قند مالتوز و اثر متقابل آن با ژنوتیپ تفاوت معنی داری مشاهده نشد. هیبریدهای M85-6×90، ×mv17 شیرودی و ×mv17 کویر بیشترین جنین زایی را در میان سایر هیبریدها داشتند. اما بالاترین میزان باززایی جنین در هیبریدهای ×mv17 شیرودی و M85-6×90 مشاهده شد. در این آزمایش هم چنین اثر 2,4-D به عنوان تنش القاکننده جنین زایی در رقم فلات که یک رقم پاسخ پذیر به کشت میکروسپور می باشد، برررسی گردید. میکروسپورها در سه غلظت 15، 25 و 35 میلی گرم در لیتر 2,4-D به مدت 30 دقیقه تحت تیمار قرار گرفتند، در حالی که از میکروسپورهای بدون اعمال تیمار 2,4-D به عنوان شاهد استفاده شد. نتایج نشان داد که فراوانی جنین زایی در میکروسپورهای تحت تنش با 2,4-D در غلظت 15 میلی گرم در لیتر در مقایسه با میکروسپورهای شاهد به طور معنی دار می باشد. بیشترین جنین زایی با اعمال 15 میلی گرم در لیتر و بالاترین تعداد جنین باززایی شده از غلظت 15 و 25 میلی گرم در لیتر 2,4-D مشاهده شد. طبق نتایج بدست آمده می توان 2,4-D به عنوان یک تنش کارآمد و جدید در القای جنین زایی میکروسپورهای گندم معرفی نمود.

پروتئین فسفاتاز های 2C گروهی از سرین/ترئونین فسفاتازهای حفظ شده در طی تکامل هستند که در ترارسانی پیام تنش نقش دارند. زیرخانواده ای از این پروتئین فسفاتاز ها در آرابیداپسیس، شامل ABI1 و ABI2، به عنوان جزئی از مسیر ترارسانی پیام ABA شناخته شده اند که جهش یافته های آنها حساسیت بیشتری به ABA نشان داده، خواب بذر و پاسخ های تطابقی به خشکی در آنها بیشتر است. از آنجا که برنج نسبت به تنش های غیر زیستی به ویژه خشکی بسیار حساس است، شناسایی این زیرخانواده ژنی در برنج و مطالعه نقش آنها در پاسخ به این تنش ها ارزشمند خواهد بود. در این پژوهش، طی بررسی های بیوانفورماتیکی تعداد 9 پروتئین در برنج شناسایی شدند (osPP2C1 تا osPP2C9) که دارای تمامی نواحی حفظ شده و حائز اهمیت زیرخانواده مذکور بودند. از میان آنها، تنها میزان رونوشت های OsPP2C5 تحت تاثیر تنش خشکی و هورمون آبسیزیک اسید به شدت افزایش و با آبیاری مجدد یا حذف ABA کاهش یافت. تنش خشکی در تمامی بافتهای مورد مطالعه موجب القای ژن  OsPP2C5شد و بر اساس نتایج دورگه سازی در محل، رونوشت های این ژن، در تمامی سلول ها به ویژه در دسته های آوندی اولیه و ثانویه، سلول های همراه آوند آبکشی و پارانشیم آوند چوبی، سلول های اپیدرمی و سلول های پیش ساز اسکلرانشیم و کلرانشیم ناحیه تقسیم سلولی دمگل های در معرض تنش مشاهده گردید و در بیشتر سلول ها رونوشت های زیادی در هسته تمرکز یافته بودند. بر اساس نتایج به دست آمده به نظر می رسد که ژن OsPP2C5 در مسیر ترارسانی پیام ABA /تنش خشکی در برنج نقش دارد. امید است اصلاحات ژنتیکی مناسب در این ارتباط، تحمل به تنش خشکی را افزایش دهد.

سیستمی با قرار دادن پیشبر شوک حرارتی (groE) E. coli در ناقل پلاستیدی و ساخت سیگما فاکتور هیبرید گیاه- باکتری تحت یک پیشبر مختص بافت طراحی گردید تا بتوان بر مشکل کاهش رشد و یا باروری گیاه در انتقال ژن به پلاستید که اغلب به دلیل اثرات تولید دائمی محصول تراژن ایجاد می گردد غلبه نمود. به طوری که با ترکیب موتیف های قسمت انتهای آمین شبه سیگما فاکتور توتون که دارای توالی نشانه برای ورود به کلروپلاست و موتیف برهمکنش با پلیمراز کلروپلاستی می باشد با موتیف های قسمت -Cترمینال فاکتور سیگما 32 ی E. coli که قدرت تشخیص و اتصال به پروموتر groE را دارد، یک فاکتور سیگمای هیبرید گیاه E. coli طراحی گردید. این ژن هیبرید موسوم به HSig طی مراحلی با افزودن نواحی تنظیمی در وکتور اگروباکتریومی کلون سازی شد. از وکتور نوترکیب حاصل برای انتقال ژن به رقم ایرانی توتون استفاده گردید و ردیابی گیاهان تراریخته حاصل توسط آنالیزPCR ، سادرن بلات و رونویسی معکوس اثبات گردید. گیاهان تراریخته HSig حاصل با استفاده از ناقل pFNGi به روش تفنگ ژنی مورد تراریختی مجدد پلاستید قرار گرفتند و بیان پروتئین فلورسنت سبز (GFP) تحت پیشبر groE در کلروپلاست، بیان HSig در بافت سبز گیاه تراریخته و هدف گیری آن به پلاستید با استفاده از پپتید نشانه را اثبات نمود. سیستمی که برای بیان GFP در ژنوم کلروپلاستی طراحی و ساخته شد این قابلیت را خواهد داشت که با جایگزینی هر ژن دلخواه دیگری به جای GFP استفاده و برای اختصاصی کردن بیان ژن در کلروپلاست در کشاورزی ملکولی مورد استفاده قرار گیرد.

این بررسی با هدف اعتبار سنجی و اشباع ظریف ناحیه کروموزومی کنترل کننده تحمل به شوری در برنج (Saltol)، در موسسه بین المللی تحقیقات برنج (IRRI) در شهر لوس بانیوس فیلیپین از سال 1384 تا 1386 اجرا گردید. QTL بزرگ اثر (Saltol) که در تنظیم جذب سدیم، جذب پتاسیم و نسبت سدیم به پتاسیم و در نتیجه تحمل به شوری در مرحله گیاهچه ای در برنج موثر است، با استفاده از جامعه اینبرد نوترکیب حاصل از تلاقی Pokkali×IR29 روی کروموزوم 1 شناسایی شده است که حدود 64.3 تا 80.2 درصد از تنوع فنوتیپی را برای صفات فوق توجیه کرد. در این پژوهش، به منظور اشباع دقیق ناحیه  Saltolاز 10 نشانگر ریزماهواره EST-SSR و جمعیت لاین های نسبتا ایزوژن BC3F4 حاصل از تلاقی IR29×Pokkali که برای این ناحیه ایجاد شده بود استفاده شد. بدین منظور افراد تصادفی جامعه BC3F4 در سطوح شوری 12 و 16 و 18 دسی زیمنس بر متر فنوتیپ یابی و ژنوتیپ یابی شدند و QTL کنترل کننده تغییرات تحمل به شوری در سطوح شوری 12 و 16 دسی زیمنس بر متر در مکانی تقریبا یکسان مشاهده شد. این مکانهای ژنی به ترتیب 18 و 24 درصد از تغییرات امتیاز تحمل به شوری را توجیه کردند. بر اساس یافته های این پژوهش، مکان احتمالی Saltol در فاصله ای به طول حدود 1.2 سانتی مورگان در روی کروموزوم 1 تعیین شد که بر اساس مطابقت با نقشه فیزیکی برنج این محدوده در حدود 350 کیلوباز می باشد و در فاصله نشانگریRM8094 ، CP6224 و RM3412 می باشد. بنابراین گزینش به کمک این نشانگرها برای اصلاح ژنوتیپ های ایرانی برای تحمل به شوری امکان پذیر است.

گیاهانی که ریشه آنها توسط قارچ های میکوریز آربوسکولار کلونیزه می شوند، بطور معمول نسبت به تنش های مختلف از قبیل شوری تحمل بالاتری دارند، بنابراین جداسازی و شناسایی این قارچ ها می تواند جهت تولید کودهای بیولوژیک برای مناطق مذکور بسیار مفید باشد. بدین منظور پس از نمونه برداری ریشه و اسپور از ریزوسفر گیاهان مورد مطالعه (گندم، جو و برخی از علف های هرز) از خاکهای شور استان های یزد، آذربایجان شرقی، قم و مرکزی، کل ژنوم گیاه و ریزوسفر با روش PCR آشیانه ای دو مرحله ای برای حضور قارچ های میکوریز مورد بررسی قرار گرفت. در مرحله اول PCR از آغازگرهای اختصاصی قارچ های میکوریزی (LSU-Glom1 and SSU-Glom1) و پس از هضم آنزیمی با Alu1، در مرحله دوم PCR از آغازگرهای عمومی قارچها (ITS5 و (ITS4 استفاده شد. محصولات مرحله دوم PCR هر نمونه، همسانه سازی و کلنی های مثبت با آنزیم برشی Taq1 هضم شدند. با مقایسه الگوهای RFLP نمونه های هضم شده و توالی یابی نماینده هایی از هر الگوی برشی، وجود جنسهای Glomus و Acaulospora در ریزوسفر نمونه ها مشخص شد. جنس Glomus غالبترین جنس (بیش از 90 درصد) و گونه های Glomus mosseae (50%)،G. intraradices ، G. versiforme،G. sinuosum ، G. fulvum،G. constrictum وGlomus sp  در جنس مذکور مشاهده شدند. بیشترین تنوع گونه ای در خاک های یزد و در گیاه گندم مشاهده شد. نتایج نشان داد که گونه G. mosseae دارای بالاترین سازگاری به شرایط شور در مناطق مختلف کشور می باشد و لذا میتواند پس از انجام آزمایشات تکمیلی به عنوان کود بیولوژیک در این مناطق استفاده شود.

در چغندر چندین نوع نرعقیمی سیتوپلاسمی معرفی و تاکنون از نرعقیمی سیتوپلاسمی آون در تولید ارقام دورگه تجاری استفاده شده است. کشف این نرعقیمی در یک رقم زراعی چغندرقند توسط آون، در توسعه ارقام دورگه نقش به سزایی داشته و روند اصلاح این گیاه صنعتی را تغییر داده است. ارقام هیبرید تولید شده با نرعقیمی آون نیمه بارور هستند. هدف از این تحقیق بررسی تنوع سیتوپلاسمی و نوع نرعقیمی به کار رفته در اصلاح ارقام تجاری جدید چغندرقند می باشد که بدین منظور از نشانگرهای مولکولی ماهوارکی میتوکندریایی و یک نشانگر نرعقیمی CAPS کلروپلاستی استفاده شد. الگوهای نواری چهار رقم تجاری و دو لاین نرعقیم و نربارور، حضور سیستم نرعقیمی سیتوپلاسمی آون در اصلاح این ارقام تجاری را نشان دادند. تنوع سیتوپلاسمی در بین ارقام تجاری مورد مطالعه مشاهده نشد، اما تلاقی بین گیاهان رقم تجاری کاملا نرعقیم با رگه گرده افشان SHR01-P12 و بررسی باروری نتاج حاصل از تلاقی نشان داد که بیش از نیمی از نتاج، عقیم هستند. به این ترتیب به نظر می رسد که ژن یا ژن هایی در هسته علاوه بر نرعقیمی سیتوپلاسمی آون در تولید برخی ارقام تجاری نقش دارند.

در این تحقیق چهارده جمعیت از بخش های Hymenobrychis، Lophobrychis و Onobrychis از جنس Onobrychis، جمع آوری شده از مناطق طبیعی ایران، با استفاده از مریستم انتهایی ریشه و اندازه گیری تعداد و ابعاد کروموزم ها درتقسیم میتوز و فرمول کاریوتیپی هر گونه ارزیابی شدند. تعداد کروموزوم پایه در گونه هاx=7  یا x=8 و نوع کروموزومها نیز از نوع متاسنتریک (m) تا ساب متاسنتریک(sm)  بود. بیشترین میانگین طول ژنوم متعلق به گونه 48.157) O. Viciaefoliaمیکرومتر) و کمترین آن متعلق به گونه O. amoana subsp. meshhedensis (14.409 میکرومتر) بود. نتایج تجزیه واریانس ویژگی های کروموزومی نشان داد که بین گونه های مورد مطالعه از نظر تمامی صفات در سطح احتمال یک درصد تفاوت معنی دار وجود داشت. بر خلاف سایر گونه ها که در کلاس A استبینز بودند، گونه O. michauxii 2 در کلاس B قرار گرفت و دارای کاریوتیپ نامتقارن تری بود. گونه O. amoena subsp. meshhedensis با داشتن فرمول کاریوتیپی 14m، قرار گرفتن در کلاس 1A، بیشترین طول نسبی کروموزوم (68.26 میکرومتر)، کمترین عدم تقارن بین کروموزومی (0.12) و درصد فرم کلی بالا (41.19) به عنوان متقارن ترین گونه بود که نشان دهنده ابتدایی تر بودن این گونه از لحاظ تکاملی می باشد. در تجزیه به مولفه های اصلی، 2 مولفه اول بیش از 97.94 درصد از تنوع بین داده ها را توجیه نمودند. با توجه به گروه بندی گونه ها بر اساس پارامترهای کروموزومی بیشترین شباهت بین جمعیت های O. schahuensis 1 و O. chorassanica 2 و کمترین قرابت و نزدیکی بین گونه های O. schahuensis 1 و O. viciaefolia بود.