زیست فناوری گیاهان زراعی
سال:1399 | دوره:9 | شماره:29 |تعداد مقالات:6

گیاه فسکیوی پابلند (Festuca arundinacea) از خانواده Poaceae، یک گیاه آلوهگزاپلوئید (2n=6x=42) دگربارور است که در سرتاسر دنیا به صورت گیاه علوفه ای استفاده می شود. اکثر صفات مورفولوژیک با ارزش اقتصادی بالا توارث کمّی (پلی ژنیک) داشته و بیان ژن های کنترل کننده این صفات به طور وسیعی تحت تاثیر محیط قرار می گیرند از این رو اصلاح این گونه صفات با روش های اصلاح کلاسیک مشکل و زمان بر است. در 40 سال اخیر توسعه تکنولوژی نشانگرهای مولکولی و تلفیق آن با روش های بیومتری امکان شناسایی QTL و توسعه گزینش به کمک نشانگر را فراهم نموده است. این تحقیق با هدف مطالعه ژنتیکی و شناسایی QTLهای کنترل کننده صفات زراعی در ژرم پلاسم فسکیوی پابلند و با استفاده از تجزیه ارتباطی انجام شد. در آزمایش مولکولی، تنوع ژنتیکی نود جمعیت فسکیوی پابلند با 10 جفت آغازگرEST-SSR و 39 آغازگر ISSR بررسی شد. در ارزیابی های مزرعه ای، تنوع فنوتیپی نود جمعیت فسکیوی پابلند در رابطه با 10 صفت زراعی در قالب طرح بلوک-های کامل تصادفی با سه تکرار ارزیابی شد. از میان صفات زراعی مورد بررسی بیشترین تنوع در صفات تاریخ گرده افشانی و ارتفاع بوته مشاهده شد. در تجزیه به مؤلفه های اصلی براساس صفات زراعی مورد مطالعه جمعیت ها به دو گروه اصلی و چهار زیرگروه تقسیم بندی کنند. در گروه بندی جمعیت ها براساس کل نشانگرهای مولکولی به روش های UPGMA و بیزی، جمعیت های فسکیوی پابلند به دو گروه چمنی و علوفه ای تقسیم بندی شدند. نتایج نشان داد براساس هر دو نشانگر مورفولوژیکی و ژنتیکی مورد استفاده تنوع خوبی بین جمعیت ها وجود دارد. در تجزیه ارتباطی با دو روش GLM و MLM بیشترین تعداد نشانگر برای تاریخ گرده افشانی شناسایی شد. در روش GLM تعدادی نشانگر مشترک بین دو صفت تاریخ گرده افشانی و تاریخ گلدهی مشاهده شد که می توانند برای مطالعه همزمان هر دو صفت به کار روند.

پروتئین های خانواده آنتی پورتر یون کلسیم/کاتیون (CaCA) نقش حیاتی در هموستازی یون کلسیم دارند که یک رویداد مهم در طول نمو و پاسخ دفاعی گیاه است. در مطالعه حاضر با استفاده از داده های بانک های اطلاعاتی مرتبط، 14 ژن CaCAs در ژنوم ذرت شناسایی و براساس سازماندهی ساختاری و ارتباط تکاملی آن ها با پروتئین های شناسایی شده به سه گروه CAX، CCX و MHX طبقه بندی شدند. بیشتر پروتئین های ZmCaCA دارای دو دمین Na_Ca_ex بودند. تمامی ژن های شناسایی شده دارای حداقل یک موتیف کارکردی بوده و ساختار ژنی هر زیر گروه CaCA بسیار حفاظت شده است. در پیش بینی مولکول-های miRNA واکنش گر نسبت به ژن های CaCA در ذرت 33 نوع miRNA متفاوت شناسایی شد که در تنظیم بیان پس از رونویسی 13 ژن CaCAs از طریق برش mRNA یا ممانعت از ترجمه دخالت دارند. علاوه بر این، چندین عنصر تنظیمی cis پاسخ به تنش ها و هورمون ها در پیش بر این ژن ها شناسایی شد. بیان متغیر اکثر ژن های ZmCaCA در مراحل مختلف رشد و نمو، نقش مشخص آن ها در نمو ذرت را نشان می-دهد. همچنین القاء بیان این ژن ها در پاسخ به تنش های غیر زیستی (سرما، شوری، خشکی) کارکرد دفاعی ژن های ZmCaCA را مشخص نمود. بیشترین افزایش و کاهش بیان ژن مربوط به ژن های CAX است. نتایج این مطالعه اطلاعات پایه در مورد روابط فیلوژنی و کارکردهای احتمالی ژن های CaCA ذرت را برای پژوهش های آتی فراهم می سازد.

سیب زمینی، چهارمین گیاه ارزشمند در تغذیه بشر است. غده سیب زمینی علاوه بر کربوهیدرات ها، دارای ویتامین ها و ریزمغذی های مهمی برای تأمین سلامت بشر است. طی مراحل نموی غده سیب زمینی، تغییرات متعدد مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و مولکولی رخ می دهند. مطالعه این اتفاق ها از منظر مولکولی، برای به نژادی ارزش غذایی و بهبود عملکرد سیب زمینی بسیار مهم است. روش های توالی یابی نوین، داده های ژنتیکی فراوان و سودمندی برای به نژادی مولکولی محصولات زراعی تولید می-کنند. در این مطالعه، از غده در حال نمو سیب زمینی در دو دوره نموی نمونه برداری صورت گرفت. توالی یابی cDNA و ساخت RNA پس از استخراج با دو تکرار برای هر Illumina انجام شد. آنالیزهای بیوانفورماتیکی، هستی شناسی ژن و غنی سازی گروه های ژنی صورت گرفت. در نهایت، از 1829 ژن افتراقی، 1186 ژن توسط پایگاه های معتبر شناسایی شدند. نتایج مقایسه های هستی شناسی ژن نشان داد که به ترتیب 393، 483 و 669 ژن در فرایندهای بیولوژیکی، اجزای سلولی و کارکردهای مولکولی نقش داشتند. بیشترین تعداد ژن در مسیرهای بیوسنتز فنیل پروپانوئیدها، بیوسنتز متابولیت های ثانویه و مسیرهای متابولیکی حضور داشتند. ژن های کدکننده ی پراکسیدازها و ناقلین غشایی مهم ترین ژن ها در ابتدای دوره نموی تا شروع غده دهی بودند. نمو غده در سیب زمینی مسیرهای متابولیکی بسیاری را فعال می سازد، که نه تنها موجب رشد و نمو می گردند، بلکه باعث فعال شدن مسیرهای مقابله با تنش ها و همچنین مسیرهای ساخت مواد مورد نیاز می گردند. در مجموع تعداد ده ژن کلیدی برای بیوسنتز نشاسته در جریان نمو، شناسایی شدند که بیشتر آن ها افزایش بیان معنی داری نشان دادند، این موضوع نشان می دهد که فرایند بیوسنتز نشاسته از شروع نمو استولون تا بلوغ غده پیوسته ادامه دارد.

تنش شوری یکی از تنش های غیرزیستی محدودکننده رشد و نمو گیاهان می باشد. عامل پاسخ دهنده به اتیلن (ERF) خانواده ای از عوامل رونویسی دخیل در رشد و نمو گیاهان و نیز پاسخ دهنده به تنش های زیستی و غیرزیستی بوده و با توجه به اهمیت این خانواده در پاسخ به تنش شوری، در این تحقیق شناسایی ژن های این خانواده در گیاه شورزیست چمن شور آلوروپوس لیتورالیس (Aeluropus littoralis) مدنظر قرار گرفت. در مجموع، 36 ژن غیر تکراری ERF در ژنوم آلوروپوس لیتورالیس شناسایی شد. ترسیم درخت فیلوژنتیک بر مبنای همولوژی با گیاه آرابیدوپسیس، خانواده ژنی AlERF را به شش گروه مشخص (B1 تا B6) طبقه بندی نمود. تجزیه و تحلیل ساختار ژنی نشان داد که تعداد اینترون در ژن های AlERF بین صفر تا دو متغیر بود. تجزیه و تحلیل موتیف های حفاظت شده و جستجوی دمین در توالی های پروتئینی AlERF نشان داد از ده موتیف شناسایی شده، تنها موتیف های یک و دو در ساختار دمین AP2/ERF مشارکت دارند. بر اساس داده های ترانسکریپتوم و نمودار Heatmap، ژن AlERF6. 3 ببیشترین بیان را در شرایط تنش شوری در بافت ریشه نشان داد و بیشترین کاهش بیان نیز در ژن AlERF6. 7 در شرایط بازیابی در بافت برگی مشاهده شد. این الگوی متفاوت بیان ژن ها در بافت های برگ و ریشه در مواجهه با تنش شوری، حاکی از وجود مکانیسم های تنظیمی متفاوت در بیان این ژن ها می باشد. نتایج این مطالعه به عنوان اولین گزارش در مورد خانواده ژنی ERF در آلوروپوس لیتورالیس، اطلاعات پایه ای را برای مطالعات بیشتر در مورد خصوصیات کارکردی ژن های AlERF فراهم می نماید.

خشکی مهم ترین تنش محیطی است که باعث کاهش عملکرد محصولات گیاهی می شود. تحقیقات در راستای ایجاد ارقام متحمل به تنش خشکی از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. در این تحقیق تلاش شده است تا با آنالیز داده های تولید شده از طریق فناوری ریزآرایه، ژن های مهم پاسخگو به تنش خشکی و ژن های هاب در مرحله زایشی جو شناسایی شده و آنالیز پروموتور انجام گیرد. به همین منظور با استفاده از نرم افزار FlexArray تمامی ژن های دارای بیان افتراقی 5/2 ≥ و 5/2-≥ در بین دو سری از آزمایشات ریزآرایه انجام شده در جو شناسایی شدند. نتیجه این تجزیه و تحلیل، شناسایی 559 ژن پاسخ دهنده به تنش خشکی در مرحله زایشی بود. ژن های هاب با استفاده از سه الگوریتم محاسباتی Cyto-Hubba در نرم-افزار Cytoscape مشخص شدند. این امر منجر به شناسایی 10 ژن غیر تکراری شد که به عنوان مؤثرترین ژن ها در پاسخ به تنش خشکی در نظر گرفته شدند. براساس بررسی هستی شناسی ژن های دارای بیان افتراقی و ژن های هاب، تنظیم رونویسی از گروه های اصلی بود که نشان دهنده اهمیت عوامل رونویسی در مکانیسم تحمل به خشکی می باشد. در میان عوامل رونویسی می توان به HvCBF6، HvDRF1. 3، LFL1، VP1، WRKY71 و ABI5 (متعلق به خانواده های AP2، WRKY و bZIP) اشاره کرد. آنالیز پرموتر نشان داد که برخی از خانواده های عوامل رونویسی از جمله AP2، AT-hook family، bHLH، NAC، bZIP و MYB قابلیت اتصال به 85 درصد از پرموترهای شناسایی شده را دارند. مطالعه این عوامل رونویسی، می تواند به شناخت هر چه بیشتر سازوکار تحمل به تنش خشکی در جو کمک کند.

خشکی از مهم ترین عوامل محدود کننده برای تولید اقتصادی محصولات زراعی به خصوص برنج در دنیا است. به منظور شناسایی نشانگرهای مرتبط با عملکرد و صفات زراعی برنج تحت تنش خشکی، تعداد 40 رگه خویش آمیخته برنج از نسل نهم (F9) حاصل از تلاقی ارقام شاه-پسند×IR28 در مزرعه تحقیقاتی مؤسسه تحقیقات برنج کشور (رشت) در بهار و تابستان 1397 در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار مورد بررسی قرار گرفتند. در این راستا، چندشکلی110 نشانگر SSR و EST-SSR بین والدین جمعیت ارزیابی و 41 نشانگر، چندشکل مناسبی نشان دادند. نتایج به دست آمده از تجزیه رگرسیونی تحت شرایط بدون تنش و تنش به ترتیب 24 و 22 نشانگر معنی دار شناسایی نمود. بیش ترین ضریب تبیین (R2) در شرایط بدون تنش مربوط به نشانگر RM3496 برای تعداد روز تا گلدهی (8/24 درصد) و در شرایط تنش، مربوط به نشانگر RMES6-1 برای صفت میزان خروج خوشه از غلاف (1/28 درصد) بود. نشانگرهای RM211 و RM6697 به ترتیب در شرایط بدون تنش و تنش خشکی، بیشترین ارتباط معنی دار را با صفات مختلف از جمله طول خوشه، طول برگ پرچم، تعداد دانه بارور درخوشه، تعداد دانه کل درخوشه و وزن دانه بارور درخوشه داشتند. بر اساس جستجوهای بیوانفورماتیکی، بیش ترین الگوی بیان در شرایط تنش خشکی مربوط به ژن با کد دسترسی LOC_Os01g43370 بود. از نشانگرهای آگاهی بخش و ژن های شناسایی شده توسط روش های بیوانفورماتیکی، می توان پس از تآیید اعتبار، برای انتخاب به کمک نشانگر، جهت انتقال ژن و بهبود عملکرد برنج در شرایط تنش خشکی مورد استفاده قرار داد.