ژنتیک نوین
سال:1399 | دوره:15 | شماره:2 |تعداد مقالات:10

برای مقابله با چالش های فعلی در کشاورزی، ویرایش ژنوم با استفاده از نوکلیازهای اختصاصی محل (SSNs) به عنوان یک ابزار قدرتمند برای تحقیقات زیست شناسی پایه و کاربردی ارایه شده است. در این مقاله، اصول و کاربرد ابزارهای ویرایش ژنوم، از جمله مگانوکلیازها (MN)، نوکلیازهای انگشت روی (ZFNs)، نوکلیازهای افکتور شبه فعال کننده ی رونویسی (TALENs) و تناوب های کوتاه پالیندروم فاصله دار منظم خوشه ای CRISPR/Cas9 توصیف می شود. در این میان؛ CRISPR/Cas9، به عنوان جدیدترین فناوری ویرایش ژنوم، به سرعت در حال توسعه است و با موفقیت در بسیاری از ارگانیسم ها مورد استفاده قرار گرفته است. این مقاله به طور خاص قدرت CRISPR/Cas9 را به عنوان ابزاری برای مهندسی ژنوم گیاهی نشان می دهد و نقاط قوت و ضعف فن آوری CRISPR/Cas9 را در مقایسه با سه ابزار ویرایش مجدد ژنوم، MNs، ZFNs و TALEN تشریح می نماید.

درخت به (Cydonia oblonga Mill. ) از نظر سازگاری گرده، گونه ای خودسازگار محسوب می شود، لیکن سطوح متفاوتی از خود ناسازگاری در ارقام و ژنوتیپ های آن گزارش شده است. با توجه به عدم بررسی آلل های خودناسازگاری مکان ژنی و تنوع احتمالی آللی این مکان ژنی (S) در درخت به و تاثیر آن در میزان خود ناسازگاری، در این تحقیق به ارزیابی تنوع در مکان ژنی خودناسازگاری، جداسازی، تعیین توالی و ودیعه گذاری اولین آلل خودناسازگاری در شماری از ارقام و ژنوتیپ های بومی این درخت پرداخته شد. آغازگرهای مورد استفاده بر اساس نواحی محافظت شده C1 و C5 مکان ژنی S در گونه های نزدیک مشتمل بر سیب و گلابی طراحی شدند. ژنوتیپ های مورد بررسی مشتمل بر 55 رقم و ژنوتیپ از استان های اصفهان، خراسان رضوی، اردبیل و گیلان بودند و تکثیر این مکان ژنی نشان دهنده تنوع آن در ژنوتیپ ها بود. قطعات تکثیری با طول بین 500 تا 1100 باز در 13 اندازه مختلف در ارقام و ژنوتیپ ها مشاهده شدند که به صورت Sq1 تا Sq13 به صورت مقدماتی کدگذاری شدند. بیش ترین فراوانی آللی مربوط به آلل Sq13 با 7/17 درصد فراوانی و پس از آن آلل Sq4 با 4/14 درصد فراونی بود. تعیین توالی کامل این مکان ژنی در ژنوتیپ KM1 یا به ترش اصفهان ضمن تشخیص اولین آلل خودناسازگاری این گونه که به صورت S1 (MF281258) نام گذاری و ودیعه گذاری شد، بیانگر بالاترین شباهت این آلل با دو آلل خودناسازگاری S6 گونه سیب Malus domestica Borkh. و آلل Ss (S111) گونه گلابی Pyrus communis L. به ترتیب با 94 و 93 درصد شباهت نوکلیوتیدی بود.

اسید اورسولیک یک ترکیب طبیعی تری ترپن پنتا سیکلیک است که در گل ها و میوه ها و همچنین در برخی گیاهان دارویی همانند نعناع و ریحان و مرزه یافت می شود و روی ماهیچه اسکلتی تاثیر می گذارد. در این مطالعه اثر اسید اورسولیک بر سلول هایC2C12 و سلول های ماهواره ای (SC) جدا شده از جوجه های بومی یک روزه مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا سلول ها با استفاده از روش pre-plating کشت داده شدند. سپس، برای تعیین دوز مناسب اسید اورسولیک از تکنیک MTT استفاده شد. برای بررسی بیان ژن های دخیل در تکثیر و تمایز سلول های ماهواره ای از تکنیک qRT-PCR استفاده شد. تصاویر میکروسکوپی و نتایج تکنیک فلوسیتومتری با استفاده از آنتی بادیPAX7، ماهیت سلول های ماهواره ای رو تایید کرد. نتایج نشان داد که اسید اورسولیک در غلظت 00025/0 میلی گرم در میلی لیتر، بیان ژن های دخیل در تکثیر و تمایز سلول های ماهواره ای نظیر PAX7، MyoD و Myogenin را افزیش داد (p<0/05). با توجه به نتایج این آزمایش، اسید اورسولیک با افزایش بیان ژن های PAX7، Myogenin و MyoD موجب هیپرتروفی عضله در جوجه های بومی می شود. درنتیجه، می توان استفاده از اسید اورسولیک را به عنوان یک مکمل غذایی برای بهبود رشد جوجه های بومی پیشنهاد کرد.

تبارزایی کمپلکس Bromus pectinatus از بخشه Bromus و خاستگاه دورگه ای بین بخشه ای آن ها با استفاده از داده های کلروپلاستی matK و ترکیب داده های هسته ای ETS و ITSمورد بررسی قرار گرفت. 37 تاکسون شامل سه برون گروه (Hordeum marinum, Triticum turgidum, Littledalea alaica) و 34 تاکسون از سرده Bromus به عنوان درون گروه انتخاب شدند. روابط تبارزایشی بین گونه ای با استفاده از استنباط بیزی و روش بیشینه درست نمایی بازسازی شدند. در این مطالعه بخشه های Bromus و Genea در درختان هسته ای و کلروپلاستی چندنیایی هستند. داده های مولکولی هسته ای و کلروپلاستی در ارتباط با بخشه های Bromus و Genea به علت جایگاه گونه هایB. gedrosianus وB. pulchellus از کمپلکس B. pectinatus و گونه های B. oxyodon و B. sewerzowii ناسازگار هستند و از خاستگاه دورگه ای این گونه ها بین دو بخشه Bromus و Genea پشتیبانی می کند. درختان مولکولی از خاستگاه دورگه ای کمپلکس B. pectinatus از گونه B. japonicus به دلیل قرار گیری آن ها در کلادهای مجزا حمایت نمی کند. ارتباط میان گونه های B. sterilis و B. tectorum با کمپلکس B. pectinatus براساس داده های کلروپلاستی تایید می شود.

پروانه جوانه خوار بلوط(Tortrix viridana L. ) به عنوان زیان بارترین آفت درختان بلوط در جنگل های زاگرس، از طریق تغذیه از جوانه های زایای درختان خسارت سنگینی به بلوط ها وارد می کند. با وجود اهمیت کنترل آن، در رابطه با ساختار جمعیتی و تنوع ژنتیکی این آفت در سطح DNA اطلاعات کمی در دسترس است. در این مطالعه تنوع و ساختار ژنتیکی 16 جمعیت (شامل 105 ژنوتیپ) با استفاده از دو نشانگر ژنتیکی ISSR و RAPD تجزیه و تحلیل شد. با استفاده از 10 آغازگر از نشانگر ISSR در مجموع 127 نوار قابل امتیازدهی با میانگین 7/12 نوار برای هر نشانگر بدست آمد که از مجموع این نوارها تعداد 121 نوار (95 درصد) نوارهای تشکیل شده چندشکل بودند. همچنین از هشت آغازگر RAPD نیز 105 نوار با میانگین 1/13 نوار در هر آغازگر و با مجموع 99 نوار چندشکل (93 درصد) تکثیر شد. ضریب تمایز ژنتیکی بین جمعیتی (Φ St) برآورد شده از دو نشانگر ISSR و RAPD به ترتیب برابر با 26/0 و 18/0 بود. تجزیه واریانس مولکولی داده های دو نشانگر ISSR و RAPD نشان داد که بخش عمده تنوع ژنتیکی کل مشاهده شده ناشی از تنوع ژنتیکی درون جمعیت ها است. جریان ژنی برآوردشده بین جمعیت ها بر اساس نشانگر ISSR 461/0، و بر اساس نشانگر RAPD 527/0 بود که نشان دهنده جریان ژنی ضعیفی بین جمعیت هاست. دندروگرام UPGMA مبتنی بر هر دوی سیستم های نشانگری استفاده شده جمعیت های مورد مطالعه را بدون هیچ رابطه مشخصی با فاصله جغرافیایی آنها در خوشه های مجزا گروه بندی کرد. اطلاعات این مطالعه می تواند برای پایه ریزی استراتژی های مدیریت یکپارچه این آفت در جنگل های زاگرس سودمند باشد.

خشکی یکی از مهم ترین تنش های غیرزنده در تولید محصولات کشاورزی می باشد که هر ساله خسارت های زیادی به گیاهان زراعی مخصوصا گندم وارد می نماید. مقاومت به خشکی صفتی پیچیده است که به صورت چند ژنی کنترل می شود و گواهی بر پیچیدگی اصلاح این صفت زراعی مهم می باشد. تاکنون روش های زیادی برای اصلاح گیاهان به تنش خشکی به کار گرفته شده است. در این میان پرتوتابی رهیافت مناسبی برای بهبود سطح تنوع ژنتیکی در کوتاه مدت به نظر می رسد. مطالعات بسیاری نشان می دهد که بیان اکثر ژن ها در شرایط متغییر محیطی مبتنی بر کنترل ترکیبی چند فاکتور رونویسی و اتصال آنها به عناصرموجود در ناحیه ی پروموتر است. لذا در مطالعه ی حاضر توالی یابی کامل یکی از ژن های دخیل در تخریب پروتیین ها (26sP7) برای اولین بار، با روش پیمایش ژنومی، بررسی توالی پروموتر ژن با استفاده از نرم افزارهای NEW PLACE و Plant CARE و همچنین بررسی الگوی بیان ژن با روش QRT-PCR در گندم رقم طبسی (حساس به خشکی) و لاین موتانت آن T-65-58-8 (نیمه متحمل به خشکی) تیمار شده با اشعه ی گاما، طی تنش خشکی اعمال شده با PEG در سطح 5/0 مگاپاسکال در مرحله ی گیاهچه ای انجام شد. بیان ژن26sP7 در لاین نیمه متحمل موتانت و رقم حساس طبسی طی تنش خشکی افزایش یافته است. در لاین موتانت در تیمار سه ساعت پس از اعمال تنش، به حداکثر میزان تظاهر رسیده است. در رقم طبسی، با شروع تنش خشکی میزان بیان این ژن افزایش یافته، تااینکه در 48 ساعت پس از اعمال تنش به حداکثر میزان خود رسیده است. الگوی بیان ژن در رقم طبسی نشان دهنده ی افزایش بیان ژن در تمامی تیمارهای تنش می باشد که احتمالا نشان دهنده تخریب پروتیین ها طی تمامی تیمارها و دلیل بر حساس بودن این رقم می باشد. بررسی توالی پروموتر این ژن حاکی از وجود درصد بالایی از عناصر تنظیم کننده ی همسوساز طی تنش خشکی و دهیدر اسیون سلولی مانند عناصر پاسخ دهنده به کم آبی (DRE)، جایگاه اتصال پروتیین های (MYB) و(MYC)، عناصر پاسخ دهنده به اسیدآبسیزیک (ABRE)، پاسخ دهنده به نور(GT)، عناصر تنظیم کننده ی رونویسی ژن مانند جعبه ی TATA و جعبه ی CAAT بود. بنابراین، افزایش بیان این ژن طی تنش خشکی را می توان احتمالا به جایگاه های اتصال فاکتورهای رونویسی که طی تنش خشکی موجب بیان این ژن می شود، نسبت داد.

لوبیا، یکی از حبوبات غنی از پروتیین است که در اثر بیماری با قارچ خاک زاد Sclerotium rolfsii، دچار پوسیدگی طوقه و کاهش شدید عملکرد می شود. زراعت لوبیا در گیلان، عمدتا به کشت بهاره و تابستانه نوعی لوبیای محلی پاکوتاه با رگه های قرمز و سرمه ای بر روی دانه، اختصاص دارد. 30 لاین انتخابی لوبیا محلی گیلان، با بیماری زاترین جدایه S. rolfsii تحت آلوده سازی مصنوعی در گلخانه قرار گرفتند. در این بررسی شاخص شدت بیماری (DSI) و صفات مورفولوژیک مرتبط با واکنش به قارچ اندازه گیری شدند. از 8 نشانگر اختصاصی SCAR پیوسته با مقاومت به بیماری قارچی لوبیا نیز برای ارزیابی تکمیلی استفاده شد. تغییرات بیان سه ژن دفاعی کیتیناز (Chiti)، چالکون ایزومراز (ChI) و فنیل آلانین آمونیالیاز-3 (PAL-3) با کمک RT-PCR در لاین های منتخب از هر یک از گروه های مقاوم، متحمل و حساس، با فواصل 2، 4 و 6 روز پس از آلوده سازی مصنوعی با قارچ S. rolfsii مورد ارزیابی قرار گرفت. غربالگری ژنوتیپ ها با استفاده از داده های گلخانه و نشانگرهای SCAR، منجر به تفکیک ژنوتیپ ها و شناسایی 1 مقاوم، 21 متحمل و نیمه حساس و 8 ژنوتیپ کاملا حساس گردید. نتایج نشان داد، ژن Chiti با افزایش تدریجی بیان در طی زمان در لاین های مقاوم و متحمل، روند مشابهی داشت، هرچند که میزان بیان در مقاوم ها بیش از متحمل ها بود. اگرچه بیان ژن های ChI و PAL-3 نیز در ژنوتیپ های مقاوم روند افزایشی داشت، ولی تغییرات بیان با گذشت زمان مانند روند ژن Chiti نبود. لذا ژن Chiti می تواند عامل اصلی مقاومت به قارچ S. rolfsii در لوبیا محلی گیلان باشد.

انگور یاقوتی سیستان، زودرس ترین انگور در ایران می باشد و هر ساله محصول آن در اواخر اردیبهشت و اوایل خرداد برداشت می شود. زودرس بودن انگور یاقوتی یک صفت مطلوب است. چرا که محصول، پیش از آغاز بادهای گرم و خشک 120 روزه سیستان و گرمای شدید تابستان برداشت می شود. در این تحقیق الگوی بیانی ژن های Chalcone Synthase و ABA-8′ Hydroxylase به عنوان فاکتورهای رونویسی دخیل در فرآیند زودرسیدن انگور یاقوتی سیستان، با استفاده از نمونه های برگی ارقام زودرس (یاقوتی قرمز و یاقوتی سفید) و ارقام دیررس (فخری و چشم گاوی) و رقم شاهد میان رس سنگی در دو مرحله نموی خوشه انگور پر شدن حبه ها و رسیدگی حبه ها) با استفاده از روش واکنش زنجیره ای پلیمراز در زمان واقعی مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج بدست آمده از تغییرات بیانی ژن های مورد مطالعه، برای هر دو ژن الگوی بیانی معنی داری را در ارقام زودرس نسبت به ارقام دیررس در مراحل نموی خوشه انگور نشان دادند. نتایج نشان دادند که ژن Hydroxylase ABA-8′ یک عامل رونویسی دخیل در زودرسیدن انگور یاقوتی سیستان می باشد و ژن Chalcone Synthase نقش موثر در فرآیند رسیدگی و تغییر رنگ حبه ها ایفا می نماید.

گیاه کنگرفرنگی خاردار (Cynara cardunculus L) یک گیاه علفی دیپلویید و چند ساله می باشد. قند کنگر فرنگی فروکتان می باشد که کمترین اثر بر قند خون را دارد و از این نظر برای دیابتی ها بسیار مفید می باشد. هدف از تحقیق حاضر جدا سازی، شناسایی و ارزیابی بیان نسبی ژن فروکتان 1-اگزوهیدرولاز (FEH1) در گیاه کنگر فرنگی بود. در راستای شناسایی و ارزیابی روند تکامل مولکولی ژن FEH1 از نمونه های برگی گیاه کنگر فرنگی خاردار DNA استخراج و پس از تکثیر توسط تکنیک PCRتوالی یابی گردید. همچنین جهت بررسی اثرات شوری، نانو ذرات نقره سنتز سبز و سالسیلیک اسید بر تغییر بیان نسبی ژن FEH1، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در گلخانه اجرا شد. الگوی بیان نسبی این ژن به روش Real Time PCR سنجیده شد. نتایج تجزیه وتحلیل توالی های نوکلیوتیدی ژن FEH1 نشان داد که بیشترین فراوانی متعلق به باز گوانین (56/31) و کمترین فراوانی مربوط به باز تیمین (4/12) می باشد. همچنین نتایج تست Neutrality انتخاب جهت دار بر روی این ژن را در طول تکامل نشان داد. بررسی فیلوژنتیکی توالی ژن FEH-1 و مقایسه آن با سایر توالی های مشابه در گیاهان مختلف، ثابت کرد که میزان شباهت در میان توالی های مورد مطالعه بالاست (بالای نود درصد) و گیاهان از نظر فاصله ژنتیکی با همدیگر اختلاف ناچیزی دارند. نتایج حاصل از مقایسه میانگین اثر متقابل غلظت های اسید سالسیلیک و شوری نشان داد که کاربرد تیمار 12 دسی زیمنس بر متر شوری به تنهایی باعث افزایش معنی دار بیان ژن FEH1 در سطح احتمال یک درصد شده است. کاربرد اسید سالسیلیک تواما با شوری باعث تعدیل اثرات شوری و همچنین کاهش بیان ژن FEH1 شد. همچنین نتایج حاصل از مقایسه میانگین اثر متقابل غلظت های اسید سالسیلیک و نانو نقره نشان داد که در تیمار 200 و 400 میلی مولار اسید سالسیلیک با 40میلی مولار نانو نقره در سطح احتمال 1 درصد بیان ژن FEH1 در گیاه کنگر فرنگی افزایش معنی داری داشته است. مشخصا در این گیاه معلوم شد که هم از نظر میزان بیان و هم از نظر شدت بیان ژن FEH1 استعداد بالایی جهت تمرکز روی آن جهت افزایش قندهای محلول و نهایتا افزایش تحمل گیاه به تنش شوری وجود دارد.

روغن های خوراکی یکی از کالاهای اساسی موجود در سبد غذایی مردم می باشند و حفظ پایداری اکسیداتیو آن ها جهت افزایش عمر انبارداری و ارتقای ارزش کیفی و تغذیه ای محصول از اهمیت ویژه ای برخوردار است. دستیابی به این هدف توسط افزایش محتوای آنتی اکسیدان های طبیعی نظیر توکوفرول ها از طریق مهندسی متابولیک ژن های کدکننده آنزیم ها و فاکتورهای رونویسی کلیدی دخیل در مسیر بیوسنتز توکوفرول محقق می شود. هدف از پژوهش حاضر، شناسایی فاکتورهای رونویسی متناظر با موتیف های حفاظت شده موجود در توالی پروموتری ژن گاما توکوفرول متیل ترنسفراز (VTE4) به عنوان یک گلوگاه محدودکننده در مسیر بیوسنتز توکوفرول در گیاه مدل Arabidopsis thaliana با استفاده از ابزارهای بیوانفورماتیکی می باشد. بر اساس نتایج حاصل، فاکتورهای رونویسی یافت شده عمدتا متعلق به خانواده های هومیودومین (4/24 درصد)، bZIP (1/17 درصد)، SANT/MYB (6/14 درصد)، K-box (2/12 درصد)، MADS-box (2/12 درصد) و MYB (2/12 درصد) بودند. علاوه بر این، تحلیل عملکرد فاکتورهای رونویسی حاصله ارتباط معنی دار میان بیوسنتز توکوفرول، پاسخ به تنش های غیرزنده و مسیرهای سیگنال دهی هورمونی به خصوص آبسیزیک اسید و جیبرلیک اسید را نشان داد. از طرف دیگر، نقش محرک های نوری، به ویژه نور قرمز و مادون قرمز و اجزای مسیر سیگنال دهی نوری در القای بیان فاکتورهای رونویسی مرتبط با ژن VTE4 به وضوح مشاهده گردید.