زیست فناوری گیاهان زراعی
سال:1402 | دوره:13 | شماره:44 |تعداد مقالات:6

گیاه پروانش (Catharanthus roseus) یکی از مهمترین گیاهان دارویی است که حاوی دو ماده ی ضدتوموری وین بلاستین و وین کریستین است و شناسایی ژن های درگیر و الگوی بیانی و اثرات ضدتوموری آنها در بافت های مختلف این گیاه حایز اهمیت است. است. در همین راستا، با استفاده از داده های بیانی (RNA-seque) RNA sequencing بافت های مختلف به بررسی ژن های با بیان افتراقی (Differential Expression Gene) و اثرات ضدتوموری آنها بصورت این سیلکو پرداخته شد. نتایج نشان داد که تعداد کل ژن های با بیان افتراقی در اندام ها بین 120 تا 1238 متغیر بود. بیشترین تعداد DEG نسبت به ریشه مربوط به برگ و کمترین آن متعلق به گل بود. در ادامه، 13 ژن مشترک بین سه اندام مختلف و 22 ژن مشترک بین برگ در برابر گل و برگ در برابر ریشه مشاهده شد که از بین آنها، 6 ژن مشترک در هر سه بافت بودند. آنالیز مستندسازی نشان داد که این ژن ها در مسیر بیوسنتزی دو ترکیب مهم وین بلاستین و وین کریستین نقش دارند. بیشترین بیان این ژن ها مربوط به برگ و کمترین آن مربوط به ریشه بود. آنالیز شبکه ی پروتئین مشخص کرد که تعدادی از ژن ها که بیشترین برهم کنش را با سایر ژن ها نشان دادند مربوط به ژن های مسیر بیوسنتری ترکیبات ضد توموری بودند. آنالیز داکینگ و دینامیک مولکولی نشان داد که وین بلاستین و وین کریستین ضمن اینکه برهم کنش خوبی به عنوان بازدارنده با فسفوگلیکوپروتئین (پروتئین مقاومت دارویی در سلول های توموری) دارند، از پایداری خوبی هم در برهم کنش با فسفوگلایکوپروتئین برخورار هستند. بطورکلی، ژن های DAT، STR، TDC، G10H، D4H، T16H2، Tryptophandecar-boxylase و Strictosidine synthase که در مسیر بیوسنتزی وین بلاستین و وین کریستین بودند، نقش موثری در اندام های مختلف داشتند. نتایج بدست آمده بینش های جدیدی در مورد مکانیسم درمان با محصولات طبیعی می دهد که می توان جهت بهبود افراد مبتلا مورد استفاده قرار داد.

ابرخانواده عامل رونویسی MYB در رشد و نمو گیاه، فعال سازی ژن های پاسخ دهنده به تنش و در مواردی بیوسنتز متابولیت های کلیدی نقشی اساس دارند. در دسترس بودن توالی های ژنومی سیب زمینی، آرابیدوپسیس، ذرت و جو این فرصت را فراهم کرد تا به ترتیب 121، 139، 190 و 144 ژن MYB غیرتکراری در ژنوم این گیاهان شناسایی شود. در بررسی خصوصیات تکاملی، دامنه های حفاظت شده ی MYB در دو گیاه تک لپه ای ذرت و جو از نظر همردیفی و ترتیب قرار گرفتن، شباهت چشمگیری با یکدیگر داشتند. این خصوصیت در رابطه با دو گیاه دولپه ای سیب زمینی و آرابیدوپسیس نیز صادق بود ولی تفاوت دامنه های حفاظت شده ی MYB در تک لپه ای ها و دولپه ای قابل توجه بود. اعضای 2R-MYB رایج ترین زیرگروه از خانواده ی MYB در گیاهان تک لپه ای و دولپه ای بودند و فقط یک عضو از زیرخانواده 4R-MYB در ذرت مشاهده شد. در هر چهار گیاه دلیل اصلی تمایز عملکردی ژن ها در این خانواده ی ژنی segmental duplication بود که منجر به گزینش تکاملی مثبت و منفی گردیده است. خانواده ی ژنی MYB روی تمامی کروموزوم های سیب زمینی، آرابیدوپسیس، ذرت و جو با پراکنش غیریکنواخت قرار گرفته اند. وجود عناصر تنظیمی همسو متنوع و متعدد پاسخ به تنش ها و هورمون ها در ناحیه ی راه انداز ژن های MYB و بررسی پروفایل های بیانی این خانواده ژنی در تنش های زیستی و غیرزیستی در آرابیدوپسیس دلالت بر تنوع کارکردی ژن های این ابرخانواده دارد. بررسی بیوانفورماتیکی ابرخانواده ژنی MYB در تک لپه ای ها و دولپه ای ها چارچوبی برای مطالعات مقایسه ای، تکاملی و عملکردی اعضای این ابرخانواده ی ژنی مهم فراهم می کند.

یکی از مضرترین آفات جنگل های زاگرس، پروانه ی جوانه خوار بلوط Tortrix viridana (Lep. Tortricidae) است. تنوع ژنتیکی جمعیت های گیاه میزبان پروانه ی جوانه خوار بلوط در جنگل های بلوط شمال غرب ایران و منطقه ی زاگرس شمالی با استفاده از توالی ژن 28s بررسی شد. جمع آوری نمونه ها، در مناطق جنگلی استان های آذربایجان غربی، لرستان، کردستان و کرمانشاه صورت گرفت. نمونه های جمع آوری شده که در مرحله ی لاروی بودند تا زمانی که به شفیره و سپس به حشره ی کامل تبدیل شوند، در آزمایشگاه نگهداری شدند. استخراج DNA به روش CTAB انجام و به منظور تکثیر ناحیه 28s از توالی ژن 28s جنس Tortrix از NCBI برای طراحی پرایمر استفاده شد. ناحیه ی مورد نظر با استفاده از روش PCR تکثیر و محصولات PCR توالی یابی شدند. 21 نمونه برای بررسی تنوع ژنتیکی با استفاده از ژن 28s انتخاب شد که 18 نمونه با کیفیت بالاتر توالی DNA برای بررسی های بیشتر مورد استفاده قرار گرفت. توالی های DNA با استفاده از نرم افزار Bioedit ویرایش و با نرم افزار MegaX تراز شد و درخت فیلوژنتیک به روش UPGMA با 1000 تکرار نمونه برداری ترسیم گردید. ارزیابی ساختار ژنتیکی جمعیت ها نشان داد که تنوع مابین جمعیت ها بیشتر از درون جمعیت ها است. نتایج درخت فیلوژنتیک نیز نشان داد که نمونه های مختلف پروانه ی جوانه خوار بلوط بر اساس فاصله ی جغرافیایی دارای تنوع ژنتیکی هستند. بنابراین زمان ظهور آفت، رفتار و نوع کنترل و مدیریت آفت آنها هم متفاوت است.

بیوانفورماتیک یک علم بین رشته ای است که از فناوری اطلاعات برای سازماندهی و تجزیه و تحلیل داده-های بیولوژیکی استفاده می کند. این علم به پژوهشگران امکان می دهد که بدون نیاز به انجام آزمایش های زمان بر و پر هزینه، مطالعات مستند و جامعی در مورد مسائل مختلف علوم زیستی انجام دهند. هدف از این مطالعه بررسی و شناسایی توالی های مربوط به (RT) Reverse transcriptase در ویروس ها با استفاده از روش های بیوانفورماتیکی است. بدین منظور هشت سویه ویروس دارای توالی RT با شماره دسترسی NC_001497.2، NC_001648.1، NC_001839.2، NC_003977.2، AF053008.1، EF428979.1، NC_001802.1 از پایگاه NCBI استخراج گردید. در این مطالعه، خصوصیات ساختاری و عملکردی، دمین ها و موتیف های این پروتئین ها مورد بررسی قرار گرفت. آنالیز ها نشان داد که پروتئین های هشت سویه ویروس، متعلق به خانواده های مختلف، ویژگی های متمایزی را از خود نشان می دهند که آنها را از یکدیگر متمایز می سازد. همچنین مشخص شد این پروتئین ها در غشاء، سیتوپلاسم و پری پلاسم قرار دارند و همه آنها حاوی حداقل یک دمین مربوط به آنزیم ترانس کریپتاز معکوس هستند. بر اساس آنالیز های صورت گرفته Cauliflower mosaic virus، Cassava vein mosaic virus و Soybean chlorotic mottle virus که همگی متعلق به خانواده Caulimoviridae هستند، برای تولید آنزیم RT مناسب می باشند. توانایی این ویروس ها برای سازگاری با میزبان های مختلف گیاهی می تواند به طور بالقوه منجر به توسعه روش های کارآمدتر و مقرون به صرفه تر برای تولید آنزیم RT شود. این سازگاری همچنین می تواند فرصت های جدیدی را برای مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی ایجاد کرده و امکان ایجاد آنزیم های با کارایی بیشتر را فراهم کند.

گونه های فعال اکسیژن (ROS) تولیدشده در اندامک هایی مانند میتوکندری، کلروپلاست و پراکسی زوم نقش مهمی در مسیرهای انتقال پیام در گیاهان دارند و واکنش های اکسایش-کاهش، رشد و نمو و همچنین پاسخ های دفاعی گیاه در برابر تغیرات محیطی را تنظیم می کنند. بنابراین، ROSها بر هر جنبه و مرحله ای از گیاه تأثیرگذار هستند. ROSها مانند پراکسید هیدروژن، رادیکال های سوپراکسید و هیدروکسیل و اکسیژن منفرد، در سلول های گیاهی به عنوان پیام رسان های ثانویه جهت تنظیم طیف متنوعی از عملکردهای پروتئینی (با تغیرات پساترجمه) و تنظیم بیان ژن عمل می کنند. ROSها به صورت طبیعی در جریان پاسخ گیاه به شرایط محیطی و ارتباطات داخل و بین سلولی تولید می گردند. با این حال تحقیقات اخیر نشان داده است که این ترکیبات نقش مهمی در پاسخ گیاهان به شرایط تنش بر عهده دارند. تنش های زیستی مانند: قارچ ها، ویروس ها، کنه ها، حشرات و سایر جانداران، به همراه تنش های محیطی غیرزیستی مانند: خشکی، شوری و فلزات سنگین موجب افزایش تولید ROS در گیاهان می شود. گیاهان مکانیسم های متنوعی جهت مقابله با تأثیرات منفی افزایش تولید ROSها دارند. حذف ROS در گیاهان به طور معمول توسط دو گروه اصلی از مولکول های آنتی اکسیدان آنزیمی و غیر-آنزیمی صورت می پذیرد. مولکول های آنتی اکسیدان با خنثی کردن ROS و تبدیل آن به آب، به عنوان محصول نهایی، نقش مهمی در تحمل گیاه به تنش ها را ایفا می کنند. با این حال در شرایط تنش شدید، گیاهان قادر به حذف همه ی مولکول های تولید شده مازاد نیستند و درنتیجه مقدار بالای ROS موجب ایجاد تنش اکسیدی و آسیب به ترکیبات اصلی سلول مانند پروتئین ها، لیپیدها، DNA، کربوهیدرات ها و درنهایت مرگ سلول می شود. هنوز به بسیاری از سوالات در مورد واکنش گیاهان به تنش اکسیدی و تنظیم ارتباطات سلولی در زمان تنش پاسخ داده نشده است. این مقاله ی مروری به بررسی محل و نحوه ی تولید ROSها، انواع و تأثیرات آن ها بر سیستم پیام رسانی سلولها و ایجاد پاسخ های سازگاری گیاهان در شرایط تنش می پردازد. همچنین، نحوه کارکرد آنتی اکسیدان های مؤثر در حفظ هموستازی سلول و کارایی آنها در حذف یا خنثی سازی اثر رادیکال های آزاد اکسیژن مورد بررسی قرار میگیرد.

جوانه زنی و سبز شدن یکی از مهم ترین مراحل رشد گیاه زراعی است. لذا جوانه زنی مناسب در محدوده وسیعی از شرایط محیطی برای استقرارگیاهچه ضروری است. در این تحقیق، 20 رقم جو ایرانی و 24 رقم جو اروپایی، به منظور بررسی تحمل تنش شوری در مرحله جوانه زنی، در سه سطح شوری (100، 200 و 300 میلی مولار کلریدسدیم) و شاهد (آب مقطر) به صورت آزمایش فاکتوریل براساس طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در اتاقک پرورش قارچ با شرایط دما و نور قابل کنترل و شرایط استریل واقع در مرکز خدمات کشاورزی نوسود و هم چنین توسط نشانگر پروتئینی در آزمایشگاه بیوتکنولوژی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه رازی ارزیابی شدند. نتایج تجزیه واریانس صفات مرتبط با جوانه زنی نشان داد که اثر شوری، اثر رقم و اثر متقابل شوری× رقم برای سایر صفات مورد بررسی معنی دار شد. با افزایش شدت تنش شوری از صفر تا 300 میلی مولار، کلیه صفت ها و شاخص ها به جز میانگین زمان جوانه زنی کاهش یافتند. درصد جوانه زنی همبستگی مثبت و معنی داری با طول کل گیاهچه، طول ساقه چه، شاخص بنیه بذر، میانگین سرعت جوانه زنی و شاخص سرعت جوانه زنی داشت. تجزیه رگرسیون گام به-گام صفات مختلف با نشانگرهای پروتئینی نشان داد در مجموع 13 نوار مرتبط با صفات مختلف بودند. بیشترین ارتباط معنی دار با صفات مربوط به نشانگر 60 کیلودالتون بود که با چهار شاخص بنیه بذر، میانگین سرعت جوانه زنی، طول ساقه چه و طول کلئوپتیل مرتبط بود. پس از مطالعات اعتبارسنجی و تأیید نتایج، می توان از نشانگرهای شناسایی شده در گزینش به کمک نشانگر برای صفات مرتبط استفاده نمود.