زیست فناوری گیاهان زراعی
سال:1398 | دوره:8 | شماره:25 |تعداد مقالات:6

ایزوپرینوئیدها و مشتقات آن ها بزرگترین گروه از ترکیبات طبیعی در گیاهان هستند که از واحدهای پنج کربنه ایزوپرینیل فسفات ساخته می شوند. این واحدهای پنچ کربنه در گیاهان از طریق دو مسیر بیوسنتزی مجزا شامل مسیر موالونات (MVA) در سیتوپلاسم و مسیر متیل اریتریتول فسفات (MEP) در پلاستید، تولید می شوند. به منظور انجام متا-آنالیز ژن های دو مسیر MVA و MEP از داده های بیانی آزمایشات ریزآرایه در بافت های مختلف، مراحل نموی، تنش های زیستی و غیرزیستی در گیاه مدل آرابیدوپسیس استفاده شد. متا-آنالیز ترانسکریپتوم با استفاده از ابزار Genevestigator به عنوان یک بانک اطلاعاتی بزرگ شامل داده های ترانسکریپتوم مخازن GEO در NCBI و ArrayExpress در EBI، انجام گرفت. نتایج حاصل از متا-آنالیز نشان داد که به طور کلی رونویسی ژن های کد کننده آنزیم های دو مسیر MVA و MEP گیاهی با هم هماهنگ نیست و در بافت ها، مراحل رشدی و شرایط مختلف الگوی بیانی متفاوتی دارند. ژن های مسیر MVA بیشترین بیان را در ریشه و اندام های زایشی نشان می دهند، درحالی که ژن های مسیر MEP بیشتر در بافت های فتوسنتزی بیان می شوند. این نتایج می تواند به درک چگونگی تولید پیش سازهای ایزوپرینوئیدها از طریق دو مسیر با جایگاه متفاوت کمک کرده و همچنین سازماندهی شبکه های ژنی و تنظیم آن ها در شرایط، بافت ها و مراحل نموی مختلف را آشکار می سازد.

تلقیح توام ریزوباکتری های افزاینده رشد گیاه و عوامل کنترل زیستی آفات و بیماری ها، رویکردی در مدیریت سلامت و بهبود تولید و کیفیت محصولات کشاورزی می باشد. در این تحقیق به مطالعه اثرات متقابل دو سویه باکتریایی Bacillus amyloliquefaciens UTB96 و Azospirillum oryzae NBT506 در تحریک رشد گیاه گندم و بازدارندگی قارچ Fusarium graminearum (عامل بلایت خوشه و پوسیدگی طوقه گندم) در دو حالت کشت منفرد و هم کشتی پرداخته شد. نتایج نشان داد که باکتری ها در کشت منفرد و هم کشتی بخوبی از رشد قارچ بیماری زا به صورت مستقیم و با ترکیبات فرار جلوگیری کردند و این نتایج در شرایط اتاقک رشد هم مشاهده شد که هم کشتی دو سویه به شدت باعث افزایش شاخص های رشدی گیاه و کاهش خسارت و علائم بیماری نسبت به شاهد شد. بهترین تیمارهای باکتری ها در حالت محلول پاشی در سطح خاک بودند. در محلول پاشی سطح خاک با این عوامل میکروبی، طول ریشه 80-14 درصد، وزن تر ریشه 167-18 درصد، وزن خشک ریشه 110-4 درصد، طول ساقه 61-17 درصد، وزن تر ساقه 169-47 درصد و وزن خشک ساقه 90-4/0 درصد افزایش را نشان دادند همچنین درصد کاهش شاخص بیماری نیز 100-62 درصد در تیمارهای مختلف برآورد شد. به طور کلی هم کشتی دو باکتری اثرات هم افزایی در افزایش رشد گندم و کاهش رشد قارچ بیمارگر نشان داد.

ایجاد گیاهان تراریخته نیازمند پروموترهای جدید است. با ظهور فناوری های توالی یابی نسل نو و تولید انبوه داده های ژنومی برای گونه های مختلف گیاهان زراعی که با توسعه ابزارهای بیوانفورماتیکی همراه شده، فرصت مناسبی برای شناسایی، جداسازی و بررسی ویژگی های پروموترهای جدید فراهم آمده است. به دلیل وجود ملاحظاتی در مورد استفاده از پروموترهای ویروسی در گیاهان تراریخته لزوم همسانه سازی و استفاده از پروموترهایی با منشأ گیاهی احساس می شود. پروموترهای دائمی با منشأ گیاهی معمولاً دارای عناصر تنظیمی غیر اختصاصی بوده و به سادگی قابلیت بیشتری را در به کارگیری ماشین رونویسی سلول گیاهی برای رونویسی از ژن ها دارا هستند. بر اساس نحوه بیان ژن ها، پروموترها به سه دسته دائمی، القایی و ویژه بافت طبقه بندی می شوند. ژن های خانه دار بهترین و مهمترین منبع برای جداسازی پروموترهای دائمی هستند. در این پژوهش، بیان ژن گزارشگر بتا-گلوکورونیداز تحت کنترل پروموتر ژن پلی یوبی کوئیتین 10 نخود (Cicer ariethinum) در بافت های توتون بررسی شد. عملکرد CaUBQ10 در برگ، ساقه و ریشه های گیاهان تراریخته پایدار توتون تأیید شد که نشان می دهد CaUBQ10 یک پروموتر دائمی است و می تواند انتخاب مناسبی برای بیان بالای ژن های مورد نظر در کلیه مراحل زندگی گیاه باشد.

گیاه ادریسی (Hydrangea macrophylla) گیاهی است که رنگ گل های آن در حضور آلومینیوم از صورتی به آبی تغییر می کند. از این رو می تواند به عنوان یک گیاه مدل برای شناسایی شبکه های متابولیکی درگیر در تشکیل رنگ آبی مورد بررسی قرار گیرد. در این تحقیق آنالیز پروفایل متابولیت ها با استفاده از کروماتوگرافی یونی جفت شده با اسپکترومتری جرمی (IC-MS/MS) و کروماتوگرافی مایع در فشار بالا (UPLC) به منظور بررسی شبکه های تنظیمی بین متابولیت ها در زمان تغییر رنگ گل از صورتی به آبی، در حضور و عدم حضور آلومینیوم، در گیاه H. macrophylla انجام شد. تعیین پروفایل متابولیت ها منجر به به شناسایی 35 نوع متابولیت شامل 2 قند محلول، 4 قندفسفات، 2 قند نوکلئوتیده، 4 اسید آلی، 4 نوکلئوتید و 17 آمینواسید شد. همچنین یک تغییر هماهنگ در متابولیت های گلیگولیز یافت شد که نشانگر تغییر در شار متابولیت ها در یک مسیر بیوشمیایی در زمان تغییر رنگ بود. همچنین یک همبستگی بالا بین ترکیبات نیتروژن دار از قبیل گلوتامین، آسپارتات، گلوتامات، گلایسین و ترئونین وجود داشت که بیانگر نقش مهم متابولیسم نیتروژن در تشکیل رنگ آبی است. این یافته ها مطالعات جامع بر روی شبکه های تنظیمی تغییر رنگ در گل H. macrophylla را تسهیل خواهد کرد.

میکرو RNAها (miRNAs) گروهی از مولکول های RNA کوچک و غیر کدکننده با طولی حدود 24-18 نوکلئوتید هستند که بیان ژن های هدف خود را در سطوح مختلف رونویسی و پس از رونویسی در گیاهان کنترل می کنند. میکرو RNAها در فرآیندهای مختلفی مانند رشد و نمو، فرآیندهای زیستی، تکثیر سلولی و پاسخ به تنش ها در گیاهان نقش مهمی بازی می کنند. گشنیز زراعی با نام علمی (Coriandrum sativum L. ) گیاهی از خانواده چتریان (Apiaceae) است که دارای کاربردهای غذایی و دارویی مختلفی است. ژنوم این گیاه تاکنون توالی یابی نشده است و هیچ گونه گزارشی از شناسایی میکرو RNAها برای آن ثبت نشده است. مطالعه حاضر به منظور شناسایی میکرو RNAهای محافظت شده بالقوه و ژن های هدف آن ها در ترنسکریپتوم گیاه گشنیز صورت گرفت. ابتدا ترنسکریپتوم بافت های بذر و برگ این گیاه سرهم بندی شد و رونوشت های غیر کد کننده به پروتئین شناسایی و به عنوان توالی های کاندید پیش ساز میکرو RNA در نظر گرفته شدند. در نهایت از بین توالی های کاندید سه میکرو RNA با نام های csa-miR162، csa-miR169 و csa-miR399 متعلق به سه خانواده محافظت شده میکرو RNA پس از اعمال فیلترهای سخت گیرانه شناسایی شد. میکرو RNAهای شناسایی شده دارای بیان متفاوتی در بافت های بذر و برگ بودند و نقش ژن های هدفشان در فرآیندهای مختلف زیستی نیز مورد تأیید قرار گرفت. در مجموع با توجه به اینکه میکرو RNAهای شناسایی شده در مطالعه حاضر دارای نقش تنظیمی بر طیف وسیعی از شبکه های ژنی و فرآیندهای زیستی مختلف در گیاه گشنیز هستند، می توان از آن ها به عنوان ژن های کاندید در بهبود عملکرد کمی و کیفی و همچنین مقاومت به تنش های مختلف در این گیاه بهره برد.

یکی از راهبردهای متداول جهت پیش بینی عملکرد ژن ها، تجزیه و تحلیل گستره ژنومی و شناسایی خوشه های ارتولوگ و پارالوگ در گونه های مختلف می باشد. با توجه به اهمیت ژن های پارالوگ در سازگاری یک گونه به شرایط خاص محیطی، در این تحقیق شناسایی ژن های پارالوگ در گیاه هالوفیت آلوروپوس لیتورالیس مدنظر قرار گرفت. بدین منظور پروتئوم این گیاه با برخی از گیاهان تیره گندمیان نظیر برنج، چمن جاوری و سورگوم در گستره ژنومی مقایسه شد. بر مبنای آنالیز OrthoMCL، بررسی مقایسه ای تعداد 15916 ژن آلوروپوس با توالی پروتئوم دیگر گیاهان، منجر به شناسایی بیش از 10312 گروه ژنی اورتولوگ گردید که در همه گونه های مورد بررسی مشترک بوده، در حالیکه70 گروه ژنی پارالوگ به گیاه آلوروپوس اختصاص پیدا نمود. مستندسازی این خوشه ها بر مبنای ژن انتولوژی حاکی از کارکرد آنها در مسیرهای مهم زیستی نظیر فرایندهای سلولی، فرایندهای متابولیکی DNA، سازماندهی کروماتین، پاسخ به محرک های محیطی، رشد و چرخه سلولی بوده است. بررسی بزرگترین گروه این مجموعه، منجر به شناسایی خانواده ای از پلی پپتیدهای کوچک با اندازه 72-39 اسید آمینه به نام DEVIL (DVL) گردید. بررسی موتیف های این گروه ژنی نشان داد 3 موتیف مختلف با مجموع 10 جایگاه در این گروه پروتئینی وجود دارد. نمودار Heatmap بر مبنای آنالیز ترانسکریپتوم نشان داد، الگوی متنوعی از بیان ژن در خانواده ژنی DVL وجود داشته که گواهی بر بازآرایی وظایف این ژن ها در فرایندهای زیستی و کارکردهای مولکولی سلول می باشد. بررسی عملکردی پپتیدهای فیتوهورمونی AlDVL در مطالعات آتی می تواند به شناسایی نقش احتمالی آنها در مکانیسم های دخیل در تحمل به تنش خشکی و شوری سودمند باشد.