زیست فناوری گیاهان زراعی
سال:1397 | دوره:7 | شماره:21 |تعداد مقالات:7

سورگوم علی رغم تحمل قابل توجه به خشکی، در دوران قبل و بعد از گلدهی در صورت مواجهه با تنش خشکی، دچار کاهش عملکرد دانه ای می شود. عوامل رونویسیNAC، نقش کلیدی در سازگاری سورگوم به خشکی ایفا می کنند. در این مطالعه، اطلاعات مربوط به خانواده پروتئینیNAC از پایگاه های اطلاعاتی جمع آوری شد. سپس، مدل مخفی مارکوف دمین NAC (PF02365) بر علیه پروتئین های سورگوم مورد جستجو قرار گرفت. در مجموع، 183 توالی پروتئینی کدشونده توسط 131 مکان ژنی شناسایی شدند. درخت فیلوژنی بر اساس دمینNAC خانواده ژنیNAC سورگوم، به همراه 11 توالی پروتئینی شناخته شده در سایر گیاهان، با روش نزدیک ترین همسایه ها ترسیم شد که این خانواده را به 15 زیرخانواده طبقه بندی نمود. 13 عضو از خانواده پروتئینی NAC سورگوم به زیرخانوادهSNAC های سایر گیاهان پیوستند که احتمالا در تحمل به تنش های غیرزیستی دخیل باشند. 14 نوع عنصر تنظیمی پاسخ دهنده به تنش ها و هورمون ها در راه انداز ژن های زیر گروه SNAC پیش بینی شد. به منظور بررسی الگوی بیانی نسبی ژن های SNAC، کشت مزرعه ای به صورت اسپلیت پلات در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی اجرا شد. آبیاری در دو سطح شامل آبیاری معمولی و تنش خشکی (قطع آبیاری پس از گلدهی) و ارقام در دو سطح شامل کیمیا (متحمل) و سپیده (حساس) لحاظ گردید. با توجه به الگوی بیانی SbSNACها، انتظار می رود که برخی از اعضا به عنوان تنظیم کننده های رونویسی مثبت (سه عضو) و منفی (سه عضو) در پاسخ به تنش خشکی پس از گلدهی در سورگوم فعالیت کنند. همچنین، برخی در پیری برگ (دو عضو) و فرایند انتقال مجدد فلزات (دو عضو) نقش دارند.

خانواده ژنی NAC یک خانواده بزرگ عوامل نسخه برداری اختصاصی گیاهی است که نقش های متنوعی در مراحل نمو گیاهی و پاسخ به تنش ها ایفا می کند. با تکمیل پروژه توالی یابی ژنوم Hordeum vulgare cv. Morex امکان مطالعات بیوانفورماتیکی خانواده ژنی NAC در جو فراهم گردید. در این پژوهش با استفاده از پایش ژنومی، در کل 73 ژن غیرتکراری رمزکننده NAC در توالی های ژنومی Hordeum vulgare cv. Morex شناسایی شد. یک درخت تبارشناسی مرکب با توالی های پروتئینی HvNAC و تعدادی از توالی های پروتئینی NAC شناخته شده برنج و آرابیدوپسیس ترسیم شد و آنها به 15 زیرگروه مشخص طبقه بندی شدند. مشخص شد که پراکنش ژن های HvNAC روی کروموزوم های جو غیریکنواخت است. بیشتر ژن های NAC به صورت انفرادی قرار گرفته اند و معدودی از آنها با دو یا سه ژن خوشه بندی شده اند. بیشتر عناصر cis ردیابی شده در نواحی بالادست و پایین دست ژن های HvNAC در پاسخ به نور، پاسخ به تنش های غیرزیستی و به مقدار نسبتاً اندک در پاسخ به تنش-های زیستی دخیل هستند. در آنالیز in silico بیان ژن، ژن های HvNAC در دامنه گسترده ای از بافت های مختلف بیان شدند و در مراحل نموی به-طور عمده بیان نشدند، همچنین، ژن های HvNAC در شرایط تنش غیرزیستی تا حدودی و به مقدار نسبتاً کمتر در تنش های زیستی بیان شدند. این اطلاعات بیوانفورماتیکی چارچوبی برای مطالعات ژنومی و عملکردی این خانواده ژنی در جو فراهم می کند.

کیفیت گندم نان تحت تاثیر محتوای پروتئین و نشاسته دانه است که خواص آرد و خمیر را در فرایند پخت نان تعیین می کنند. ترکیب کلیدی آندوسپرم شامل پروتئین های گلوتن است. با توجه به اینکه یکی از ملزومات به نژادی و تولید ارقام پرمحصول، اطلاع از ساختار ژنتیکی منابع گیاهی می باشد، توالی نوکلئوتیدی نواحی کدکننده زیر واحد گلوتنین با وزن مولکولی بالا در ارقام گلستان، خزر یک و نسل F1 آنها مورد بررسی قرار گرفت و تفاوت ها و شباهت هایی در توالی نوکلئوتیدی نمونه های مورد مطاللعه آشکار گردید. توالی آمینو اسیدی ارقام والدینی و F1 حاصل از آن ها با توالی EGEAS شروع می شود. این پنج آمینواسید به عنوان پنج آمینواسید آغازین ژن HMW-گلوتنین شناخته شده اند. نتایج نشان می-دهد که تعداد آمینو اسیدها در نواحی انتهایی N و C در ارقام والدینی و نسل F1 باهم برابر و به ترتیب دارای 104 عدد رزیدو و 42 عدد رزیدو در نواحی انتهایی N و C هستند ولی در تعداد سیستئین های موجود در ناحیه ی N تفاوت وجود دارد. تعداد سیستئین های موجود در ناحیه ی انتهایی C در هر سه مورد باهم برابر بوده و 1 عدد می باشد. درخت فیلوژنتیکی بر اساس توالی آمینواسیدی ژن HMW-گلوتنین بین ارقام والدینی، نسل F1 و تعدادی از توالی های موجود در پایگاه های داده رسم گردید. با توجه به اینکه تفاوت هایی در توالی آمینواسیدی نسل F1 با والدین مشاهده گردید. امید است که در نسل های بعدی به تنوع بیشتری در رابطه با این پروتئین دست یابیم که در برنامه های اصلاحی گندم با هدف بهبود کیفیت نانوایی مورد استفاده قرار گیرد.

استویا با نام علمی Stevia rebaudiana bertoni یک شیرین کننده طبیعی است که از قند شیرین تر بوده، با این حال میزان کالری آن صفر می باشد و می تواند برای بیماران دیابتی استفاده شود. شیرینی این گیاه به دلیل گلیکوزیدهای انباشته شده در برگ آن است. ریبادیوساید A تا F و استویوساید ترکیب های اصلی استویا هستند. ژن های KO وUGT85C2 دو ژن مهم در مسیر بیوسنتز استویول و استویول مونوساید هستند که پیش ساز سنتز سایر گلیکوزیدهای استویا می باشند. به دلیل جوانه زنی ضعیف بذر استویا، کشت بافت سریع ترین روش برای تکثیر این گیاه است. بنابراین، بهینه سازی ترکیب محیط کشت غذایی، برای افزایش تولید مواد مؤثرره داروئی در گیاه استویا ضروری است. در این مطالعه، تأثیر محیط MS حاوی غلظت های مختلف نمک KH2PO4 (0، 25/4، 5/8، 17 و 34 میکرومولار) بر روی بیان ژن هایKO وUGT85C2 به روش RT-PCR نیمه کمی و نیز ظرفیت آنتی-اکسیدانی و میزان قندهای محلول گیاه استویا بررسی گردید. نتایج تجزیه واریانس داده ها نشان دهنده اختلاف معنی دار بین تیمارها در سطح 01/0 بود. مقایسه میانگین تیمارها با روش LSD در سطح 05/0 نشان داد که ژن های UGT85C2 و KO به ترتیب در غلظت های 25/4 و 17 میکرو-مولار KH2PO4 بیشترین افزایش بیان را داشتند. همچنین گیاه استویا در غلظت 34 میکرومولار KH2PO4 بالاترین میزان قند محلول و بیشترین فعالیت آنتی اکسیدانی را دارا بود. به طورکلی با توجه به نتایج این آزمایش به نظر می رسد که KH2PO4 می تواند باعث افزایش تولید کل قندهای استویا بشود اما تأثیر آن بر روی گلیکوزیدهای مختلف، یکسان نیست و احتمالاً نسبت گلیکوزیدهای مختلف در این گیاه را تغییر می دهد.

دیفنسین های گیاهی، خانواده ای بزرگ از پپتیدهای ضد میکروبی غنی از سیستئین هستند. این پپتیدها، مولکول هایی با جرم مولکولی 5 تا 7 کیلودالتون و دارای هشت اسید آمینه سیستئین محافظت شده هستند که در ایجاد پیوندهای دی سولفیدی نقش دارند. در این پژوهش برخی اعضاء خانواده ژنی دیفنسین در ژنوتیپ های مختلف گیاه عدس جداسازی و بررسی شدند. ابتدا، تمام توالی های کد کننده ی ژن های دیفنسین گیاهان دو لپه ای از بانک ژن دریافت شد. توالی های کد کننده ی دریافت شده، در کتابخانه EST گیاه عدس همردیف و نتایج حاصل با هم مخلوط و سر هم بندی شدند. کانتیگ ها و سینگلتون های حاصل از سرهم بندی با استفاده از ابزار BLASTn، علیه پایگاه داده nr همردیف شدند. از کانتیگ ها و سینگلتون های دارای چارچوب خوانش باز کامل دیفنسین برای طراحی آغازگرها استفاده شد. در مرحله ی بعدی، از ژنوتیپ های گچساران، محلی، Filip2003-2L، Filip2003-9L، Filip2005-2L و Filip2006-10L گیاه عدس استخراج DNA صورت گرفت. در نهایت، توالی ژنومی دیفنسین ها با استفاده از واکنش PCR تکثیر شد و پس از همسانه سازی در ناقل pTZ57R/T مورد توالی یابی قرار گرفت. نتایج، شباهت کامل را در دیفنسین های جداسازی شده از ژنوتیپ های مورد بررسی نشان داد. ژن های شناسایی شده همچنین دارای اینترون هایی با طول متغیر بودند که ساختاری محافظت شده داشتند و حاوی عناصر تنظیمی برای پاسخ به عوامل و شرایط مختلف بودند. در این پژوهش برای اولین بار، توالی ژنومی سه ژن از ژن های خانواده دیفنسین از ژنوتیپ های مختلف گیاه عدس جداسازی و ساختار و ویژگی های آن ها مشخص شد.

امروزه تغییر رنگ گل به دلیل اهمیت تجاری آن یکی از اهداف محققان است. با ایجاد تنوع در رنگ گلبرگ گیاهان زینتی می توان درآمدزایی بالایی برای کشور ایجاد کرد و راه را برای صادرات آن به سایر نقاط دنیا هموار کرد. در گذشته به روش سنتی و مهندسی ژنتیک تلاش هایی در راستای تغییر رنگ صورت گرفته است، اما با کندی همراه بوده است. با کشف سیستم کریسپر امکان ایجاد تغییرات هدفمند در سطح ژنوم سرعت بیشتری بخود گرفت. برای ایجاد تغییر بوسیله ی کریسپر باید ژن مورد نظر و ناحیه هدف شناسایی شود که اینکار بوسیله ی ابزار بیوانفورماتیک قابل انجام است. تغییر مورد نظر از طریق طراحی gRNA اعمال می شود. در ادامه پروتئین طبیعی و پروتئین جهش یافته عملکردشان بررسی خواهد شد. امروزه به منظور افزایش کارایی سیستم کریسپر از روش donor DNA استفاده می شود. در این سیستم با عمل نوترکیبی همولوگ می توان کارایی کریسپر را در راستای جایگزینی ژن سالم و یا خاموشی آن افزایش داد و از ایجاد تغییرات غیر اختصاصی در ژنوم جلوگیری کرد.

تنش شوری یکی از مهمترین عوامل محدود کننده محیطی در تولید گندم می باشد و تحقیقات در راستای ایجاد ارقام متحمل به تنش شوری از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. شناسایی ژن ها و سازوکارهای دخیل در تحمل به شوری در راستای اصلاح مولکولی این گیاه برای تحمل به شوری ضروری است. در این تحقیق به منظور شناسایی ژن های پاسخ-دهنده به تنش شوری در گندم، دو سری داده ریزآرایه مرتبط با تنش شوری گندم از پایگاه داده NCBI مورد آنالیز قرار گرفتند. نتیجه این تجزیه و تحلیل، شناسایی 3096 و 2060 ژن پاسخ دهنده به تنش شوری به ترتیب در ریشه و اندام هوایی بود. نتایج هستی شناسی (Ontology) ژن-های افتراقی در هر دو بافت نشان داد که این ژن ها در بخش فرایندهای زیستی برای پاسخ به محرک های شیمیایی، پاسخ به تنش اکسیداتیو، انتقال، تنظیم رونویسی و پردازش متالبولیکی کربوهیدرات ها و در بخش عملکرد مولکولی برای فعالیت کاتالیتیکی، فعالیت اتصال و فعالیت اکسیدوردوکتازی دارای فراوانی بالای معنی داری بودند. همچنین، به منظور تعیین ژن های کلیدی در ایجاد تحمل به شوری، ژن های پاسخ دهنده در ریشه تحت آنالیز هاب قرار گرفتند. بر اساس نتایج به دست آمده، نقش ژن های تنظیم کننده ای مانند پروتئین کینازها، پروتئین فسفاتازها و عوامل رونویسی همانند MYB و WRKY در ایجاد تحمل به تنش شوری مورد تاکید قرار گرفت.