پژوهش های ژنتیک گیاهی
سال:1398 | دوره:6 | شماره:1 |تعداد مقالات:10

به نژادی با هدف بهبود کمی و کیفی گیاهان، طیف گسترده ای از روش ها و فنون را به کار گرفته است. نشانگرهای ملکولی از ابزارهایی هستند که چشم انداز جدیدی را برای پیشرفت های به نژادی گیاهان فراهم کرده اند. این مقاله مزایا و کاربردهای متنوع نشانگرهای مولکولی و بهره گیری از توان بالای پلی مورفیسم طبیعی موجود در داخل جوامع در تلفیق با توانمندی های روش های به نژادی گیاهی مرسوم را مرور کرده است. نشانگرهای مولکولی از عوامل محیطی تاثیرپذیری ندارند و فراوانی بالای آنها از نظر تعداد و تنوع بالای ساختاری آنها به عنوان بخشی از مزایای نشانگرها در تشخیص هویت، تعیین تنوع ژنتیکی گونه ها و بررسی روابط خویشاوندی گیاهان به شمار می رود. نشانگرها در کشف اطلاعات بیشتر در مورد حفظ کلکسیون های ذخایر ژنتیکی گیاهی، تشخیص واریته ها، مکان یابی و تعیین تعداد ژن های کنترل کننده صفات کمک می کنند. توالی یابی ژنوم، تهیه نقشه های فیزیکی و ژنتیکی، انگشت نگاری های ژنومی و به نژادی گیاهان به عنوان برخی از دیگر کاربردهای این ابزار در به نژادی گیاهی می باشد. کارایی بالای انتخاب به کمک نشانگر در انتخاب ژنوتیپ ها به عنوان والد تلاقی و انتخاب به کمک نشانگر در برنامه های به نژادی و انتخاب ژنومی تاکید شده است. فناوری های جدید فرصت های خوبی را برای یافتن الگوهای تنوع ژنتیکی برای پیشبرد برنامه های به نژادی ایجاد کرده اند. امروزه با توسعه سریع فناوری توالی یابی های نسل جدید، توالی یابی ژنومی و روش های با کارایی بالا برای نشانگرها، ایجاد نشانگرهای جدید مانند EST-SSR از Simple Sequence Repeats (SSR) و Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) را آسان کرده است. این نشانگرها می توانند با موفقیت در شتاب بخشی به تحقیقات و برنامه های به نژادی گیاهان زراعی به کار گرفته شوند.

گیاه دارویی زنیان یک منبع غنی از ترکیبات فعال دارویی و دارای اثرات مختلف دارویی است. با توجه به اینکه نشانگرهای ریزماهواره دارای نقش کلیدی در ژنوم و مرتبط با ژن ها بویژه در بیوسنتز متابولیت های ثانویه در گیاهان دارویی هستند، لذا در این مطالعه، از توالی یابی ترنسکریپتوم زنیان برای اولین بار جهت شناسایی نشانگرهای ریزماهواره استفاده شد. پس از انجام توالی یابی توسط پلت فرمIllumina HiSeq 2000 بصورت دو طرفه، ارزیابی کیفیت خوانش ها توسط نرم افزار FastQC، تریم کردن با نرم افزار Trimmomatic و یکپارچه سازی نوپدید با استفاده از نرم افزار Trinity انجام گردید. در این پژوهش، 11468 توالی یونی ترنسکریپت (7913توالی یونی ژن) حاوی 13593 ریزماهواره بالقوه یافت شد. فراوان ترین نوع ریزماهواره ها، دی نوکلئوتیدها (67درصد) و تری نوکلئوتیدها (24درصد) بودند. همچنین تکرارهای شش تایی فراوان ترین تکرارها بودند و توالی غالب، AG/CT (31درصد) بود. 65درصد ریزماهواره ها از ریزماهواره کلاس دوم (10 تا 20 نوکلئوتید) و 35 درصد از ریزماهواره کلاس اول (بیش از 20 نوکلئوتید) بودند. فراوانی ریزماهواره ها تقریبا یک در هر 10. 1 کیلو باز توالی یکپارچه شده بود. 57. 9درصد یونی ژن های حاوی ریزماهواره، با ژنوم هویج بلاست شدند. تعداد 3437 یونی ژن (43درصد) دارای دسته بندی کارکردی بودند که از میان آنها تعداد 2219 یونی ژن (64. 6 درصد) به دسته "فرآیند متابولیکی" و 71 یونی ژن (2. 1درصد) به دسته "فرآیند متابولیکی ثانویه" تخصیص داشت. در این تحقیق 12 ژن در مسیر پایه بیوسنتز ترپنوئیدها شناسایی شدند که ترنسکریپت مربوط به آنها دارای ریزماهواره بود. این ریزماهواره ها احتمالا در بیان ژن ها و تولید متابولیت ها بویژه متابولیت های ثانویه نقش دارند. معرفی این نشانگرها می تواند برای مطالعات آینده انتخاب به کمک نشانگر، تنوع ژنتیکی و ساخت نقشه های ژنتیکی در این گیاه دارویی مورد بهره برداری قرار گیرد.

انتقال از فاز رویشی به فاز زایشی در گیاهان مهم ترین رویداد در تولید و نوآوری های ژنتیکی است، این پدیده در گیاهان عالی تحت تاثیر بسیاری از عوامل ژنتیکی و محیطی می باشد. مطالعات نشان می دهند که یکی از عوامل محیطی تاثیرگذار در فرایند رشد زایشی و گلدهی گیاهان، گونه های قارچ تریکودرما هستند که به فراوانی در خاک وجود دارند. این مطالعه به منظور ارزیابی توانایی دو سویه Trichoderma harzianum نوترکیب حاوی کیتیناز کایمر 42 (حاوی دمین ChBD) و سویه وحشی به منظور تاثیر بر گلدهی و بهبود عملکرد لوبیا در شرایط گلخانه ای انجام شد. بدین منظور، پارامترهای موثر در گلدهی مانند تعداد گل، زمان گلدهی و پارامترهای موثر در عملکرد اندازه گیری گردید. همچنین بیان برخی ژن های مربوط به گلدهی از جمله FT و SOC1 با استفاده از تکنیک PCR Real time مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که گیاهان تیمار یافته با سویه های نوترکیب افزایش معنی داری در تعداد گل و نیز گلدهی زودتر نسبت به والد وحشی و گیاهان کنترل داشتند. همچنین گیاهان تیمار یافته با سویه های نوترکیب تفاوت معنی داری در تعداد و وزن غلاف نسبت به گیاهان تیمار یافته با سویه وحشی تریکودرما و گیاهان بدون تیمار نشان دادند. علاوه براین، گیاهان تحت تیمار با سویه T13، سطوح بیشتر بیان FT و SOC1 را به ترتیب به میزان 3. 42 و 3. 41 برابر نسبت به سایر تیمارها و گیاه کنترل نشان دادند. در نهایت، سویه نوترکیب T13 با تاثیر بر میزان گلدهی و بدنبال آن افزایش عملکرد گیاه در مقایسه با سایر سویه ها، عملکرد بهتری نشان داد.

شیرین بیان یکی از گیاهان دارویی با ارزش و در معرض انقراض است. شناسایی و معرفی توده هایی که ماده موثره گلیسیریزین بیشتری دارند از برنامه های اصلاحی مهم است. روش های ژنومیکس کارکردی مانند تجزیه و تحلیل توالی های EST، امکان شناسایی خانواده های ژنی حفاظت شده بین گونه های مورد مطالعه و بررسی بیان ژن و تفسیر ژنوم را فراهم آورده است. در این پژوهش به منظور شناسایی جنبه های مولکولی و تحلیل کارکردی ژنوم و شبکه ژنی دخیل در سنتز گلیسیریزین، 55960 توالی EST مربوط به دو گونه مختلف این گیاه و همچنین توالی های پروتئینی مورد تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیکی قرار گرفتند. همچنین جهت اعتبار سنجی نتایج، تغییرات بیان نسبی چهار ژن مهم در مسیر بیوسنتز گلیسیریزین شامل اسکوآلن سنتاز(SQS)، بتا-آمرین سنتاز (BAS)، بتا-آمرین 11-اکسیداز (CYP88D6) و UDP-گلوکورونسیل ترانسفراز (UGT) مورد بررسی قرار گرفت. پس از پیرایش و کیفیت سنجی اولیه توالی ها، 6427 توالی کانتیگ و 30895 سینگل تون (37322یونی ژن) ایجاد گردید که در مجموع 26884666جفت باز (7. 06درصد) از ژنوم شیرین بیان را پوشش دادند. فعالیت عملکردی ژنومی نشان داد که اکثر ژن ها در فعالیت کاتالیزوری و فرآیند های سلولی و متابولیکی نقش داشتند و معلوم شد که این ژن ها در درون سلول و اندامک های درون سلولی فعالیت می کنند. مکان یابی این دسته از ژن ها نشان داد که ژن های مهم مسیر سنتز گلیسیریزین در شبکه آندوپلاسمی متمرکز شده اند. نتایج اعتبار سنجی با استفاده از qRT-PCR نشان داد که در فصل پاییز و در بافت ریزوم، ژن های BAS، CYP88D6، UGT و SQS دارای بیان نسبی بیشتری بودند. نتایج حاصل از این مطالعه می تواند برای توا لی یابی ژنوم، حاشیه نویسی (گروه های کارکردی)، تنوع ژنتیکی و نیز مطالعات عملکرد مولکولی و ژنومیکسی این گیاه ارزشمند باشد.

شوری یک عامل محدود کننده مهم در تولید بیشتر گیاهان و از جمله برنج است. با توجه به محدود بودن سطح زیر کشت، شناسایی ژنوتیپ های متحمل به تنش های محیطی و به ویژه شوری از اهمیت زیادی برخوردار است. هدف از اجرای این پژوهش، بررسی تنوع ژنتیکی بین 114 لاین نوترکیب حاصل از تلاقی ارقام طارم محلی × خزر تحت شرایط بدون تنش و تنش شوری هشت دسی زیمنس بر متر در مرحله رشد زایشی در قالب طرح کاملا تصادفی بود. تجزیه واریانس مرکب صفات نشان داد که اختلاف بین لاین ها برای تمامی صفات معنی دار بود. بررسی ضرایب تغییرات ژنوتیپی نیز نشان داد که بیشترین تنوع ژنتیکی در بین لاین های نوترکیب مورد مطالعه مربوط به صفات تعداد خوشه در بوته بود و در مقابل، صفات تعداد روز تا 50 درصد گلدهی کمترین تنوع ژنتیکی را در بین این لاین ها نشان دادند. در شرایط بدون تنش و تنش بالاترین همبستگی ژنوتیپی و فنوتیپی عملکرد دانه با تعداد دانه پر دربوته مشاهده شد. براساس تجزیه خوشه ایعملکرد دانه ی لاین ها در شرایط نرمال، ژنوتیپ ها به چهار دسته و در شرایط شوری به سه دسته گروه بندی شدند. لاین های مربوط به گروه سوم در هر دو شرایط از میانگین بالاتری نسبت به میانگین کل برخوردار بودند. در مجموع، نتایج حاصل از پژوهش حاضر نشان داد که تنوع ژنتیکی قابل توجهی بین لاین های مورد مطالعه از نظر تحمل به شوری وجود دارد و می توان از این تنوع در برنامه های اصلاحی بعدی استفاده کرد. بر این اساس، لاین های 83، 81، 56، 39، 37 و 89 حساس ترین و لاین های 107، 101، 16، 100، 84، 98، 47، 32، 14، 29، 95، 63، 5، 49، 92 و 10 متحمل ترین لاین ها به تنش شوری بودند و عملکرد و اجزای عملکرد بالاتری داشتند. لاین های متحمل مستقیما جهت کشت در مزارع شور و یا جهت انتقال تحمل به شوری به ارقام تجاری از طریق برنامه های اصلاحی آینده پیشنهاد می شوند.

بابونه آلمانی با نام علمی (chamomilla Matricaria) گیاهی علفی، یکساله از تیره کاسنی است. بابونه از دیرباز عمدتا به منظور استفاده از اسانس و عصاره آن در صنایع دارویی، آرایشی و بهداشتی، عطرسازی و چاشنی های غذایی به عنوان ستاره ای در میان گیاهان دارویی مطرح بوده است. مطالعه حاضر با هدف بررسی تنوع ژنتیکی در نه جمعیت بابونه آلمانی با استفاده از نشانگر ملکولی SCoT انجام شد. ده آغازگر SCoT مورد استفاده قرار گرفت، آغازگرها نوارهای چندشکل با الگوی نواری واضح ایجاد کردند. در مجموع 141 نوار ایجاد شد که از این بین 140 نوار (5/96 درصد) چندشکلی نشان دادند. تجزیه خوشه ایبا استفاده از الگوریتم UPGMA و بر اساس ضریب تشابه جاکارد انجام شد، نتایج حاصل از تجزیه خوشه ایو تجزیه به مولفه های اصلی توانست نمونه های جمعیتی بابونه را به چهار گروه تقسیم نماید. نتایج حاصل از تجزیه واریانس مولکولی (AMOVA) نشان داد میزان تنوع بین گروهی بیشتر از تنوع درون گروهی است به طوری که 55 درصد تنوع مربوط به تنوع بین گروه ها بود. نتایج این پژوهش نشان داد نشانگرهای SCoT در تعیین میزان تنوع ژنتیکی و روابط خویشاوندی نمونه های جمعیتی مورد مطالعه بابونه از کارایی بالایی برخوردار هستند.

در تحقیق حاضر، به منظور ارزیابی شاخص های تحمل به خشکی در ارقام کلزا و ارتباط آن ها با نشانگر های ISSR، 12 ژنوتیپ با استفاده از آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح بلوک های کامل تصادفی در 3 سطح آبیاری (شاهد و آبیاری بعد از تخلیه 60 و 85 درصد رطوبت) در گلخانه ی دانشگاه محقق اردبیلی مورد بررسی قرار گرفتند. ارزیابی ژنوتیپ ها از نظر تحمل به خشکی توسط شاخص های کمی شامل میانگین حسابی (MP)، میانگین هندسی (GMP)، حساسیت به تنش (SSI)، تحمل به تنش (STI) و شاخص تحمل (TOL) صورت گرفت. تجزیه واریانس در هر پنج شاخص محاسبه شده مورد بررسی بر اساس طرح کاملا تصادفی در دو سطح تنش، بین ارقام اختلاف معنی دار مشاهده شد. با توجه به نتایج مقایسه میانگین در هر دو سطح تنش، رقم SLMO46 با داشتن بیشترین مقدار شاخص های MP و STI و میزان پایین TOL به عنوان مقاوم ترین و رقم کارون با داشتن بیشترین مقدار شاخص SSI، حساس ترین رقم شناخته شد. با توجه به نتایج به دست آمده از تجزیه به عامل ها نیز در سطح اول ژنوتیپ ساری گل 32 و تا حدودی ژنوتیپ کارون و در سطح دوم رقم طلایه و تا حدودی رقم ساری گل 32 به عنوان ژنوتیپ های حساس و در هر دو سطح ژنوتیپ SLMO46 مقاوم به تنش شناخته شدند. همبستگی فنوتیپی عملکرد دانه در شرایط تنش و بدون تنش خشکی در دو سطح با 5 شاخص بررسی گردید. در شرایط تنش اول عملکرد دانه با شاخص های بهره وری متوسط، میانگین هندسی بهره وری و شاخص تحمل تنش همبستگی مثبت و معنی دار نشان داد. در شرایط تنش دوم نیز شرایط مانند تنش اول بود با این تفاوت که همبستگی معنی داری بین شاخص های تحمل و تحمل خشکی به دست نیامد. تجزیه همبستگی کانونیک در رابطه با شاخص های خشکی و نشانگرهای مولکولی در پنج نشانگر (5، 9، 11، 14 و 19) که دارای بیشترین درصد چندشکلی بودند با استفاده از ضرایب تابع اول انجام شد. از تکنیک ISSR-PCR برای شناسایی برخی از نشانگرهای مولکولی مرتبط با شاخص های تحمل خشکی استفاده شد. در مجموع از 18 آغازگر ISSR استفاده گردید که 106 نوار واضح و قابل امتیازدهی تولید کردند و از این میان 60 نوار (168/53 درصد) چندشکل بودند. در نهایت با توجه به نتایج به دست آمده، از نشانگر های مذکور می توان در برنامه های پرورش کلزا در جهت تحمل خشک سالی استفاده کرد.

میکروRNAها (miRNAs) به عنوان گروهی از RNAهای کوچک غیرکدکننده نقش مهمی در تنظیم رشد، نمو و پاسخ گیاهان به تنش های مختلف ایفا می کنند. در این تحقیق بیان سه miRNA پاسخ دهنده به خشکی (miR160، miR159 و (miR169 با استفاده ازqRT-PCR در دو رقم انگور متحمل (یاقوتی) و حساس به خشکی (بیدانه سفید) تحت شرایط تنش خشکی مورد مقایسه قرار گرفت. به منظور شناسایی عناصر تنظیمی بالقوه در پروموتر miRNAهای مورد بررسی، توالی بالادست پیش ساز این miRNAها توسط پایگاه داده ای PlantCARE مورد آنالیز قرار گرفت. موتیف های مرتبط با خشکی مانند ABREها و MBSها در مناطق تنظیمی miRNAها شناسایی شدند. سه فاکتور رونویسی مرتبط با سیگنالینگ هورمون های گیاهی اسید آبسیزیک (ABA) و اکسین به عنوان مهم ترین ژن های هدفmiRNA های مورد بررسی، شناسایی شدند. الگوی بیان miRNAهای مورد بررسی بسته به نوعmiRNA و نوع رقم، متفاوت بود، به طوری که بیان miRNA159 تحت تاثیر تنش در رقم بیدانه سفید بدون تغییر بود و در رقم یاقوتی افزایش یافت اما بیان miRNA160 وmiRNA169 در دو رقم مورد بررسی به صورت معکوس تغییر یافت. پروفایل بیان وابسته به ژنوتیپ (رقم) نشان داد که پاسخ miRNA ها به تنش خشکی در میان ژنوتیپ های خیلی نزدیک با حساسیت متفاوت به تنش نیز متفاوت است. به طورکلی با توجه به نقش ژن های هدف بالقوه miRNA های مورد بررسی، به نظر می رسد که تغییر بیان miRNAهای ارزیابی شده درنهایت به تحمل بهتر تنش خشکی در رقم یاقوتی منجر می شود.

به منظور تجزیه و تحلیل گرافیکی و برآورد پارامترهای ژنتیکی مربوط به عملکرد و اجزای آن، از تلاقی های دای آلل یک طرفه شش رقم توتون استفاده شد. در این بررسی نتاج F2 به همراه والدها در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج تجزیه واریانس حاکی از وجود تفاوت معنی دار بین ژنوتیپ ها برای صفات ارتفاع بوته، تعداد برگ، وزن خشک برگ و وزن تر برگ بود. برای تجزیه ی داده ها از روش گرافیکی هیمن استفاده گردید. تجزیه دای آلل نشان دهنده ی وجود عمل افزایشی و غالبیت در وراثت همه صفات مورد مطالعه بود. البته در صفات ارتفاع بوته، تعداد برگ، طول و عرض برگ، قطر ساقه، فاصله میانگره و وزن خشک برگ میزان اثرات افزایشی بیش از اثرات غالبیت و در صفت وزن تر برگ میزان اثر غالبیت بیش از اثر افزایشی بود. دخالت عمل افزایشی ژن در وراثت وزن خشک برگ (عملکرد) نشان دهنده ی تاثیر انتخاب برای اصلاح این صفت بود. با توجه به اینکه وزن تر برگ توسط عمل غالبیت کنترل شد، بنابراین روش های مبتنی بر دورگ گیری برای اصلاح این صفت موثر هستند. هم چنین عمل افزایشی و غالبیت ژن در وراثت صفات عملکرد، ارتفاع بوته و تعداد برگ دخالت داشتند. با توجه به برآوردهای میانگین درجه غالبیت و نتایج تجزیه و تحلیل گرافیکی، عمل ژن برای وزن تر برگ از نوع فوق غالبیت بود، بنابراین برای افزایش و بهبود این صفت می توان از پدیده ی هتروزیس بهره برد. برای ارتفاع بوته، تعداد برگ و عملکرد، عمل ژن از نوع غالبیت نسبی بود.

اخیرا، روش های جدید به نژادی مولکولی و مهندسی ژنتیک برای غلبه بر محدویت های به نژادی سنتی در ایجاد گیاهان مقاوم به بیماری به وجود آمده اند. استفاده از پپتید های ضد میکروبی در تولید گیاهان تراریخت مقاوم به طیف گسترده ای از بیمارگر های گیاهی با موفقیت های فراوانی همراه بوده است. در میان تعداد زیادی از پپتید های ضد میکروبی، درماسپتین B1 یک پپتید ضد میکروبی کاتیونی به طول 31 اسید آمینه با خاصیت ضد میکروبی علیه طیف وسیعی از بیمارگر های بیماری زا می باشد. با هدف افزایش کارایی ضد میکروبی این پپتید، توالی کد کننده ی پپتید ضد میکروبی DrsB1 یک بار به انتهای N و بار دیگر به انتهای C توالی کد کننده ی دمین اتصال به کیتین ژن Avr4 قارچ کلادوسپوریوم فلاوم (Cladosporium fulvum) متصل و سامانه های ژنی (CBD-DrsB1 and DrsB1-CBD) به کمک روش اگروباکتری به ریزنمونه های برگی گیاه توتون منتقل گردیدند. با استفاده از واکنش های PCR، RT-PCR و SDS-PAGE به ترتیب حضور ترانسژن ها و بیان آن ها در گیاهان تراریخت توتون تایید شد. فعالیت ضد میکروبی پپتید های نوترکیب استخراج شده علیه تعدادی از بیمارگر های گیاهی و انسانی مورد بررسی قرار گرفت. دو پپتید نوترکیب دارای اثرات بازدارندگی معنی داری (P ≤ 0. 01) روی رشد و نمو قارچ های بیماری زا بودند. همچنین نتایج حاصل از آزمایش CFU نشان داد که پپتید های نوترکیب تولیدی گیاهان تراریخت، اثر ممانعت کننده نسبتا بالای روی این بیمارگر ها داشتند. پپتید نوترکیب CBD-DrsB1 دارای بیشترین اثر ضد باکتریایی، در حالی که پروتیین نوترکیب DrsB1-CBD از توانایی ضد قارچی بالاتری برخوردار بود. علاوه بر این، بیان پپتید نوترکیب DrsB1-CBD سبب افزایش مقاومت معنی داری علیه قارچ R. solani در مقایسه با قارچ. Pythium sp گردید. جالب توجه آن که، قارچ هایی با مقدار بیشتری از کیتین در دیواره سلولی نسبت به پپتید های نوترکیب آسیب پذیر تر بودند که این مسیله نشان می دهد پپتید های نوترکیب دارای تمایل بیشتری به کیتین دیواره سلولی هستند. به دلیل فعالیت ضد میکروبی بالا و جدید بودن پپتید های نوترکیب، می توان از این راهکار برای اولین بار، برای تولید ارقام مقاوم تراریخت محصولات زراعی علیه بیمارگر ها استفاده نمود.