زیست فناوری گیاهان زراعی
سال:1397 | دوره:8 | شماره:24 |تعداد مقالات:7

افزایش تولید رادیکال های فعال اکسیژن در سطح سلولی در شرایط سمیت ناشی از آهن یکی از مهم ترین عوامل محدودکننده تولید برنج در زمین های کشاورزی است. در این پژوهش، تغییرات میزان بیان نسبی ژن های سوپراکسید دیسموتاز (SOD)، گلوتاتیون پراکسیداز (GPX1) و مونودهیدروآسکوربات ردوکتاز (MDHR) در دو ژنوتیپ Pokkali (متحمل) و IR64 (حساس) برنج در سطوح 0 (شاهد)، 100، 250، 400 و 500 میلی گرم در لیتر آهن (Fe-EDTA) در شرایط هیدروپونیک به مدت 2 هفته در مرحله چهار برگی بررسی شد. نتایج نشان داد بیان نسبی همه ژن های مورد بررسی در همه سطوح تنش در ژنوتیپ Pokkali بیش-تر از IR64 بود. با افزایش سطح تنش میزان بیان ژن SOD در IR64 افزایش و سپس کاهش یافت. همچنین با افزایش تنش میزان بیان ژن GPX1 در ژنوتیپ IR64 روندی صعودی و در ژنوتیپ Pokkali روندی نزولی داشت. بیان ژن MDHR در ژنوتیپ IR64 در ابتدا روند نزولی و سپس صعودی داشت. در حالی که بیان این ژن در ژنوتیپ Pokkali دارای روند کاهشی بود. به نظر می رسد که بیش بیانی نسبی ژن-های مورد بررسی در ژنوتیپ Pokkali نسبت به IR64 و همچنین تفاوت در روند تغییرات بیان ژن در سطوح مختلف تنش آهن می تواند از طریق کاهش میزان رادیکال های فعال اکسیژن اثر چشمگیری بر میزان مقاوت گیاه به سمیت ناشی از آهن داشته باشد.

هیستامین، یک آمین بیوژنیک مهم، توسط بسیاری از ارگانیسم ها تولید می شود و نقش های متنوعی در حیات و زندگی جانداران دارد. ذخیره هیستامین در غذا به خصوص در محصولات غذایی کنسرو شده مانند تن ماهی، سلامتی انسان ها را تهدید و به بدن فرد آسیب می رساند. دی آمین اکسیداز یا هیستامیناز، هیستامین موجود در بدن انسان را تجزیه و از اثرات مضر آن می کاهد. در این مطالعه cDNA کدکننده کامل یک آنزیم آمینواکسیداز، از نخود توده بومی گریت جداسازی شد و در پایگاه GenBank به شماره دسترسی Ku058599 ثبت گردید. به علاوه این توالی در یک پلاسمید بیانی همسانه سازی شد. cDNA جداسازی شده دارای یک ORF با طول bp2013، پروتئینی با 670 اسید آمینه و وزن مولکولی KDa 7/75 را تولید می کند. نتایج آنالیزهای هم ردیفی توالی چندگانه این پروتئین نشان داد که جایگاه های فعال و اسید آمینه های مهم در هیستامیناز باکتری ای کولای، نخود زراعی و نخود بومی گریت بسیار حفاظت شده هستند. بررسی های بیوانفورماتیکی نشان داد که هیستامیناز توده بومی گریت با هیستامیناز نخود موجود در پایگاه Genbank (CAA08855) در 4 اسید آمینه با هم اختلاف داشتند. نتایج حاصل از آنالیز فیلوژنتیکی هیستامینازهای موجودات مختلف نشان داد که هیستامیناز نخود توده بومی گریت با هیستامیناز های گیاهان و مخصوصا خانواده لگومینوزها با بوت استرپ 99% در یک گروه قرار گرفتند.

سرما تنش مهمی است که تولید و پراکندگی جغرافیایی بسیاری از گیاهان زراعی از جمله کلزا به عنوان یک گیاه روغنی مهم را محدود می کند. در این مقاله عناصر سیس شناخته شده که تنظیم کننده پاسخ مولکولی گیاه به تنش سرما هستند، برای شناسایی ژن های دخیل در تحمل سرما استفاده شدند. از تعداد 62384 یونیژن از پایگاه داده Brassica Genome Gateway، تعداد 56 عدد ژن مسئول سرما شناسایی شدند. برای اعتبارسنجی ژن های شناسایی شده آنالیز پروموتر، هستی شناسی، هم بیانی، برهمکنش پروتئین-پروتئین و آنالیز بیان ژن به صورت پیش بینی محاسباتی انجام شد. نتایج حاکی از حضور عناصر سیس معمول پاسخ به سرما در ناحیه پروموتر تمامی ژن های شناسایی شده بود که در مسیرهای مختلف زیستی مانند چرخه کالوین، تنفس سلولی و مسیرهای انتقال پیام در بخش های مختلف سلول قرار داشتند. بررسی هم بیانی ژن های شناسایی شده، اثر متقابل ژن ها را با همبستگی بالای 64/0 نشان داد. بررسی پروموتر، شبکه برهمکنش پروتئین-پروتئین و بررسی فاکتورهای رونویسی دخیل در تنظیم رونویسی56 عدد ژن شناسایی شده و 98 عدد ژن هم بیان آن ها حاکی از سازوکار مولکولی و مسیرهای مشابه و مشترک پاسخ به تنش سرما در گیاه است و ژن های کاندید جهت بهره برداری در برنامه های اصلاحی و مهندسی ژنتیک کلزا را معرفی می کند.

لاکازها گروهی از گلیکوپروتئین ها با ویژگی پلیفنلاکسیدازی هستند که می توانند ترکیبات گوناگونی را اکسید نمایند. این گروه آنزیمی در گیاهان، قارچ ها، حشرات و باکتری ها بیان می شوند و دارای نقش های مهمی در فعالیت های زیستی و کاربردهای گوناگونی در صنایع غذایی، دارویی، نساجی و حتی نظامی می باشند. با توجه به ساختار این آنزیم و این که تشکیلات بیان پروتئین در گیاهان قادر به تولید کامل پروتئین ها ازجمله گلیکوپروتئین ها می باشند به جهت کاربرد در پالایش زیستی، سازه ای طراحی گردید که لاکاز II قارچی تحت کنترل پیشرانه باکتریایی ویژه بیان در ریشه مانوپین سنتاز و تشدیدکننده ترجمه Tobacco Etch Virus در گیاه توتون بیان شود. افزودن سیگنال پپتید اندوکیتیناز اسیدی Q توتون به ابتدای آنزیم باعث ترشح آن به فضای آپوپلاستی می شود. با استفاده از واکنش زنجیره ای پلیمراز، تراریختی گیاهان توتون توسط ژن لاکاز به وسیله آگروباکتریوم تأیید گردید. نتایج نیمهکمی بیان ترانسکریپتومیک لاکاز در ریشه و برگ تراریخت های مفروض نشانگر بیان متمایز آن در ریشه و برگ بود که ناشی از کارکرد متمایز پیشرانه باکتریایی مانوپین سنتاز می باشد. نتیجه وسترن بلاتینگ تولید پروتئین بالغ در ریشه را تأیید کرد. وجود این پروتئین به صورت تک سایز نشانه عملکرد صحیح سیگنال پپتید و ترشح آن به فضای آپوپلاستی در ریشه توتون می باشد. با توجه به کاربرد این گیاهان جهت استخراج آنزیم یا پالایش زیستی می توان تراریخت های موردنظر را بر اساس میزان پروتئین و فعالیت آنزیمی غربالگری و گزینش نمود.

جو (L. vulgare Hordeum) یک گیاه مدل برای پژوهش های ژنتیکی و فیزیولوژیکی بوده و سازگاری بالایی به شرایط مختلف نشان می دهد. به منظور مکان یابی QTLهای ژنومی کنترل کننده صفات زراعی جو آزمایشی در سال زراعی 1396-1395 با 104 خانواده به همراه والدین آنها ( بادیا و کویر) در مزرعه تحقیقاتی دانشکده گنبدکاووس در قالب طرح اگمنت اجرا گردید. بیوماس، وزن سنبله، تعداد سنبله، طول سنبله، عملکرد دانه، طول پدانکل، قطر ساقه، طول پرچم، عرض پرچم، وزن پرچم، تعداد دانه، وزن دانه، طول ریشک برای کلیه خانواده ها اندازه گیری شد. برای اشباع نقشه پیوستگی از 19 نشانگر ISSR (در مجموع93 آلل) در 7 گروه پیوستگی متعلق به 7 کروموزوم جو با سانتی مورگانی برابر با 5/617 و فاصله بین دو نشانگر مجاور برابر با 41/5 سانتی مورگان منتسب شد. برای صفات زراعی مورد بررسی در مجموع 21 جایگاه واجد QTL مکان یابی گردید. برای تعداد خوشه، پنج QTL روی کروموزوم های 3، 4، 5 و 7، برای طول سنبله دو QTLروی کروموزم های 4 و7، برای طول پدانکل در کروموزم 3، برای قطر ساقه دو QTL روی کروموزم های 1، 4، 6 و 7 برای طول پرچم با سه QTL روی کروموزم های 3 و4 و همچنین برای طول ریشک یک QTL بزرگ اثر ردیابی شد. QTLهای بزرگ اثر کنترل کننده صفات موردنظر و نشانگرهای پیوسته با آنها می توانند در برنامه های انتخاب به کمک نشانگر مورد استفاده قرار گیرند.

به منظور بررسی مکانسیم تحمل به تنش شوری در ارقام گندم، آزمایشی فاکتوریل بر پایه طرح کاملاً تصادفی با چهار تکرار در محیط گلخانه انجام شد. عوامل این آزمایش شامل تنش شوری از نوع کلریدسدیم در چهار سطح صفر (شاهد)، 100، 200 و 300 میلی مول و دو رقم گندم نیک نژاد و پیشتاز بترتیب بعنوان نماینده ای از ارقام متحمل و حساس بودند. نمونه های برگی، دو هفته پس از اعمال تنش شوری تهیه شدند. سپس استخراج پروتئین از بافت برگی صورت گرفت و الکتروفورز دوبعدی در گیاهان شاهد و تحت تیمارهای تنش شوری انجام شد. مقایسه نتایج تجزیه پروتئوم در سطوح تنش نشان داد که تعداد 15 لکه پروتئینی تکرارپذیر با تغییر بیان متفاوت بین دو رقم متحمل و حساس مشترک بوده و تعداد پنج لکه پروتئینی منحصر به هر رقم متحمل و حساس تحت تنش تغییر بیان معنی دار داشتند. لکه های پروتئینی با استفاده از طیف سنجی جرمی شناسایی شدند و نتایج نشان داد که پروتئین های مشترک شناسایی شده بیشتر در گروه های عملکردی شامل دفاع آنتی اکسیدانی و چرخه کالوین طبقه بندی شدند. در حالی که سایر پروتئین ها در هر رقم بیشتر در فعالیت آنتی-اکسیدانی نقش داشتند. در مجموع نتایج نشان داد که بین دو رقم مورد مطالعه از لحاظ پاسخ مورفو-فیزیولوژیکی به تنش شوری تفاوت معنی دار وجود دارد و رقم متحمل نیک نژاد پاسخ پروتئینی مناسبتری تحت تنش نشان می دهد.

استفاده از تأثیر سینرژیستیک باکتری های تثبیت کننده نیتروژن و باکتری های محلول کننده فسفات از جدیدترین استراتژی های تولید کود زیستی است. نمونه های خاک رایزوسفری از گلخانه های تجاری خیار، گوجه فرنگی و فلفل دلمه ای واقع در استان های کرمان، یزد و اصفهان جمع آوری و با استفاده از محیط کشت های انتخابی برای Pseudomonas و Bacillus غربال شد. تعداد 108 جدایه Pseudomonas و 92 جدایه Bacillus با صفات PGP جداسازی و شناسایی شد. پنجاه و سه درصد از جدایه های Pseudomonas و 25% از جدایه های Bacillus قادر به رشد بر روی محیط بدون نیتروژن بودند. نود و شش درصد از جدایه های Pseudomonas قادر به انحلال فسفات معدنی بودند و 70% از آن ها اکسین تولید کردند در حالیکه هیچ یک از جدایه های Bacillus واجد این صفات نبودند. سی درصد از جدایه های هر دو جنس سیدروفور تولید کردند هر چند نسبت قطر هاله به کلنی جدایه های Pseudomonas بزرگ تر بود. تنها 5% از جدایه های Bacillus و 31% از جدایه های Pseudomonas از رشد بیمارگرPhytophthora melonis ممانعت کردند. بر اساس این نتایج، اگرچه جدایه های PGP از هر دو جنس در خاک رایزوسفری گلخانه های تجاری یافت شد اما این باکتری ها در صفات محرک رشدی متفاوت بودند. یک جدایه Pseudomonas بنام P3-57 و یک جدایه Bacillus به نام C1BY-1 با توان ممانعت از رشد بیمارگر به میزان 50% که از نظر صفات محرک رشدی تفاوت داشتند برای مطالعه در شرایط گلخانه انتخاب شدند. بررسی تبارشناسی توالی ژن 16S rRNA نشان داد که سویه P3-57 و C1BY-1 به ترتیب شباهت زیادی با P. putida و B. subtilis دارند.