تأثیر دمای پایین بر بیان ژن های درگیر در مسیر ارسال پیام و ترابری هورمون اکسین در ریشه گیاهچه های گوجه فرنگی

نوع مقاله: علمی پژوهشی

نویسنده

استادیار گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود

چکیده

اکسین به عنوان یک هورمون گیاهی دارای نقش چندگانه‌ای در تنظیم رشد و توسعه ساقه، ریشه و سایر اندام‌ها، تحت شرایط طبیعی و یا تنش است. در این تحقیق تغییرات رونوشت ژن‌های AUX/IAA، ARF، BRX و PIN4 درگیر در مسیر ارسال پیام و ترابری هورمون اکسین در ریشه ی دو ژنوتیپ متحمل و حساس به سرما گیاه گوجه فرنگی تحت شرایط 15 درجه سانتی گراد مورد بررسی قرار گرفت. ژن AUX/IAA4 که تنظیم کننده منفی ژن‌های پاسخ به اکسین است در ژنوتیپ متحمل تحت شرایط تنش دمای پایین، افزایش بیان را نشان داد اما رونوشت‌های این ژن در ژنوتیپ حساس کاهش یافتند. ژن های ARF و PIN4 افزایش بیان بالای تحت شرایط دمای پایین در ژنوتیپ حساس نشان دادند در حالی‌که در ژنوتیپ متحمل در زمان ریکاوری 2 ساعت بیشترین کاهش بیان را داشت. الگوی بیان ژن BRX به‌عنوان یک نقطه مشترک در برهمکنش اکسین و براسینواستروئید، نشان می دهد که بیان این ژن تحت دمای پایین در ژنوتیپ حساس افرایش می‌یابد و بیشترین میزان بیان در 2 ساعت بازیافت پس از تنش مشاهده شد. نتایج این تحقیق نشان داد که غلظت هورمون اکسین در ریشه ژنوتیپ حساس با کاهش دما، افرایش می‌یابد و این باعث القاء ژن های ARF، PIN4 و BRX می‌شود در حالی‌که بیان ژن AUX/IAA4 را کاهش می دهد. نتایج شناسایی موتیف مشترک در 1500 جفت باز بالادست ژن‌های مورد مطالعه نشان داد موتیف AATAT از الگوریتم PRISM یک موتیف مشترک کلیدی در تنظیم ژن های مورد مطالعه می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Suboptimal temperature effect on expression of genes involved in auxin transport and signaling in tomato root

نویسنده [English]

  • Parviz Heidari
Assistant Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran.
چکیده [English]

Auxin is a central hormone that exerts pleiotropic effects on plant growth including the development of shoots, roots, and other organs under normal condition or stress. In this study, the transcripts change of AUX/IAA, ARF, BRX and PIN4 which involve in auxin transporter and signaling were evaluated in root of tolerant and sensitive tomato genotypes under 15°C. AUX/IAA4 which is a negative regulator of auxin response genes was strongly up regulated in tolerant genotype at 15°C however, the transcript level of this gene was decreased in sensitive genotype. ARF and PIN4 were highly up regulated by suboptimal temperature in sensitive genotype whereas they were down regulated in tolerant genotype in recovery time (2 hours). The expression pattern of BREVIS RADIX (BRX) gene as a common point of interaction of auxin and brassinosteroids suggested that the BRX gene under sub optimal temperature in sensitive genotype was up regulated and reached the maximum level after 2h transfer to 23°C. The results of this study show that auxin concentration is increased in sensitive genotype and it induced the ARF, PIN4 and BRX whereas AUX/IAA4 was repressed. The results of common motifs in 1500 bp of upstream revealed that the AATAT motif of PRISM algorithm was frequency observed in all genes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Low temperature stress
  • Auxin hormone
  • tomato
  • Gene expression
Audran-Delalande C, Bassa C, Mila I, Regad F, Zouine M, Bouzayen M (2012) Genome-wide identification, functional analysis and expression profiling of the Aux/IAA gene family in tomato, Plant Cell Physiol. 53(4): 659–672.

Carlson JM, Chakravarty A, DeZiel CE, Gross RH (2007) SCOPE: a web server for practical de novo motif discovery. Nucleic Acids Research. doi: 10.1093/nar/gkm310.

Chandler JW (2016) Auxin response factors. Plant, Cell and Environment. 39: 1014–1028.

Chen H, Chen X, Chen D, Li J, Zhang Y, Wang A (2015) A comparison of the low temperature transcriptomes of two tomato genotypes that differ in freezing tolerance: Solanum lycopersicum and Solanum habrochaites. BMC Plant Biology. 15:132. doi:10.1186/s12870-015-0521-6.

Halliday KJ (2004) Plant hormones: the interplay of brassinosteroids and auxin. Curr. Biol. 14:10081010.

Heidari P, Ahmadizadeh M, Najafi-Zarrini H (2015) In Silico Analysis of Cis-Regulatory Elements on Co-Expressed Genes.  J. BIOL. ENVIRON. SCI. 9(25): 1-9.

Li SB, Xie ZZ, Hu CG, Zhang JZ (2016) A Review of Auxin Response Factors (ARFs) in Plants. Frontiers of Plant Sciences. 7:4.doi.org/10.3389/fpls.2016.00047.

Liu H, Ouyang B, Zhang J, Wang T, Li H, Zhang Y, Yu C, Ye Z (2012) Differential Modulation of Photosynthesis, Signaling, and Transcriptional Regulation between Tolerant and Sensitive Tomato Genotypes under Cold Stress. PLoS ONE. 7(11): e50785. doi:10.1371/ journal.pone.0050785

Livak KJ, Schmittgen TD (2001) Analysis of Relative Gene Expression Data Using Real-Time Quantitative PCR and the 2 –ΔΔct Method. METHODS. 25: 402–408.

Mouchel CF, Osmont KS, Hardtke CS (2006) BRX mediates feedback between brassinosteroid levels and auxin signalling in root growth. Nature. 443: 458-461.

Muday GK, Rahman A, Binder BM (2012) Auxin and ethylene: collaboration or competitors? Trends in Plant Science. 17: 181-195.

Nadella, V, Shipp MJ, Muday GK, Wyatt SE (2006) Evidence for altered polar and lateral auxin transport in the gravity persistent signal (gps) mutants of Arabidopsis. Plant Cell Environ. 29: 682–690.

Newburger DE, Bulyk ML (2009) UniPROBE: an online database of protein binding microarray data on protein–DNA interactions. Nucleic Acids Research. doi: 10.1093/nar/gkn660.

Nicot N, Hausman JF, Hoffmann L, Evers D (2005) Housekeeping gene selection for real-time RT-PCR normalization in potato during biotic and abiotic stress. J. Exp. Bot. 56 (421): 2907-2914. doi:10.1093/jxb/eri285.

Paul P, Dhandapani V, Rameneni JJ, Li X, Sivanandhan G, Choi SR, Pang W, Im S, Lim YP (2016) Genome-Wide Analysis and Characterization of Aux/IAA Family Genes in Brassica rapa. PLoS ONE. 11(4): e0151522. doi:10.1371/journal.pone.0151522.

Quint M, Gray WM (2006) Auxin signaling. Current opinion in plant biology. 9(5): 448-53.

Rahman A (2013) Auxin: a regulator of cold stress response. Physiologia plantarum. 147: 28-35.

Robert HS, Friml J (2009) Auxin and other signals on the move in plants. Nature chemical biology. 5: 325-332.

Rodrigues A, Santiago J, Rubio S, Saez A, Osmont KS, Gadea J, Hardtke CS, Rodriguez PL (2009) The Short-Rooted Phenotype of the brevis radix Mutant Partly Reflects Root Abscisic Acid Hypersensitivity. Plant Physiology. 149(4): 1917–1928.

Shibasaki K, Uemura M, Tsurumi S, Rahman A (2009) Auxin Response in Arabidopsis under Cold Stress: Underlying Molecular Mechanisms. The Plant Cell. 21: 3823-3838.

Sokolowska k, Kizinska J, Szewczuk Z, banasiak A (2014) Auxin conjugated to fluorescent dyes--a tool for the analysis of auxin transport pathways. Plant biology. 16: 866-877.

Teale WD, Paponov IA, Palme K (2006) Auxin in action: signalling, transport and the control of plant growth and development. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 7(11):847-859.

Venema JH, Linger P, Van Heusden AW, Van Hasselt PR, Bruggemann W (2005) The inheritance of chilling tolerance in tomato (Lycopersicon spp.).  Plant Biol. 7: 118–130.

Vert G, Walcher CL, Chory J, Nemhauser JL (2008) Integration of auxin and brassinosteroid pathways by Auxin Response Factor 2. PNAS. 105: 9829–9834.

Wachsman G, Sparks EE, Benfey PN (2015) Genes and networks regulating root anatomy and architecture. New Phytologist. 208(1):26-38.

Wang R, Estelle M (2014) Diversity and specificity: auxin perception and signaling through the TIR1/AFB pathway. Current Opinion in Plant Biology. 21: 51-58.

Weijers D, Wagner D (2016) Transcriptional Responses to the Auxin Hormone. Annual Review of Plant Biology. 67: 539 -574.