فصلنامه علمی زیست فناوری گیاهان زراعی

با همکاری مشترک دانشگاه پیام نور و انجمن بیوتکنولوژی جمهوری اسلامی ایران

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اعضای هیات تحریریه

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پیوندهای مفید

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

اطلاعات آماری نشریه

اخبار و اعلانات

بررسی تغییرات بیان ژن‌های SOS1، P5CS1 و PMP3-6 در لاین های ذرت تحت تنش شوری

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته ارشد بیوتکنولوژی کشاورزی، گروه تولید و ژنتیک گیاهی دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه ارومیه. ایران

2 استاد، گروه تولید و ژنتیک گیاهی دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

3 دانشجوی دکتری اصلاح نباتات- ژنتیک مولکولی و مهندسی ژنتیک، گروه تولید و ژنتیک گیاهی دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران.

چکیده

غلظت بالای نمک در آب و خاک یکی از عمده‌ترین عوامل محدود کننده رشد و تولید گیاهان در سراسر جهان است. در این مطالعه، میزان نشت یونی و تغییرات بیان نسبی ژن‌های SOS1، P5CS1 و PMP3-6 در ریشه و برگ لاین‌های متحمل و حساس ذرت تحت شرایط نرمال و تنش شوری dS/m8، در زمان‌های 24 ساعت (کوتاه مدت) و 7 روز (بلند مدت) بعد از اعمال تنش در قالب طرح کاملاً تصادفی با دو تکرار زیستی و 3 تکرار تکنیکی در سال 1398 با فناوری واکنش زنجیره ای پلی مراز در زمان واقعی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد میزان نشت یونی در لاین حساس در بلند مدت بیشتر از لاین متحمل بود. بیشترین میزان بیان نسبی دو ژن P5CS1 و PMP3-6 در شرایط تنش شوری (dS/m 8) در بافت ریشه لاین متحمل مشاهده شد. در مقابل بیشترین میزان بیان نسبی ژن SOS1 در بافت برگ لاین حساس در کوتاه مدت مشاهده شد. محاسبه همبستگی بین بیان نسبی ژن‌ها نشان داد بین بیان نسبی ژن‌های P5CS1 و PMP3-6 همبستگی مثبت و معنی‌داری (05/0P≤) وجود دارد. احتمالاً بیان بالای ژن‌های P5CS1 و PMP3-6 در ریشه لاین متحمل اندکی بعد از اعمال تنش شوری (کوتاه مدت) گیاه را در تنظیم فشار اسمزی و جلوگیری از ورود زیاد سدیم به درون گیاه یاری نموده و باعت افزایش تحمل گیاه به تنش شوری می شود. نتایج این پژوهش می‌تواند در برنامه‌های به‌نژادی ذرت برای تولید ارقام مقاوم به شوری مفید واقع شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Study the expression of SOS1, P5CS1 and PMP3-6 genes in maize under salt stress

نویسندگان [English]

  • Zahra Ebrahimipour 1
  • Reza Darvishzadeh 2
  • Sorour Arzhang 3

1 MSc. in Agricultural Biotechnology, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Urmia University, Urmia, Iran.

2 Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Urmia University, Urmia, Iran.

3 PhD Student in Plant Breeding, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Urmia University, Urmia, Iran.

چکیده [English]

High concentration of salt in soil and water is one of the major factors limiting crop growth and production worldwide. A factorial experiment based on completely randomized design with two biological and three technical replicates was performed in 2018-2019 to study the ion leakage rate and chanes in relative expression of SOS1, P5CS1 and PMP3-6 genes in the root and leaf of Zea mays L. tolerant and susceptible lines under normal and 8 dS/m salinity conditions using real-time PCR technique after 24-hours and 7-days (as short-time and long-time, respectively) of applying salt stress. The results showed that ion leakage rate at long-time was high in the susceptible line than that of the tolerant line. The highest relative expression of P5CS1 and PMP3-6 genes in 8 dS/m salinity stress was observed in the roots of tolerant line. In contrast, the highest increase in the reltive expression of SOS1 gene was observed in the leaf tissue of susceptible line at short-time. Correlation analysis among the relative expression of studied genes revealed a positive significant correlation (P≤0.05) between P5CS1 and PMP3-6 genes expression. Probabiliy, the high expression of PMP3-6 and P5CS1 genes in the root tissue of the tolerant line in the ealier time post salt stress application is responsible for regulating osmotic pressure and preventing excessive Na+ entry into the plant that results in icreasing the tolerance of plant to salt stress. The results of this study can be useful in Zea mays L. breeding programs for producing salinity tolerant varieties.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Abiotic stresses
  • Zea mays L
  • Salinity resistance
  • Ion leakage
  • Real time PCR
مراجع
Abdolahi B, Alipour M, Darvishzadeh R, Majroomi B (2017) The effect of drought stress on the expression of genes encoding phenylalanine ammonia lyase (PAL), eugenol synthase 1 (EGS1) and caffeic acid O-methyltransferase (COMT) enzymes in Basil (Ocimum basilicum). Agricultural Biotechnology Journal. 9(4): 117-128.
Alizadeh HA, Liaghat A, Abbasi F (2009) Effect of furrow fertigation on fertilizer and water use efficiency, productivity and yield components of corn (Zea mays L.). Journal of Water and Soil. 23(4): 137-147.
Bajji M, Kinet JM, Lutts S (2001) The use of the electrolyte leakage method for assessing cell membrane stability as a water stress tolerance test in durum wheat. Plant Growth Regulation. 36: 61-70.
Ebrahimi R, Bhatla SC (2012) Ion distribution measured by electron probe X-ray microanalysis in apoplastic and symplastic pathways in root cells in sunflower plants grown in saline medium. Journal of Biosciences. 37: 713-721.
Ehsanpour AA, Fatahian N (2003) Effect of salt and proline on Medicago Sativa callus. Plant Cell Tissue and Organ Culture. 73: 53-56.
Farooq M, Hussain M, Wakeel A, Siddique KH (2015) Salt stress in maize: effects, resistance mechanisms, and management. A review. Agronomy for Sustainable Development. 35(2): 461-481. ‏
Food and Agriculture Organization (2017) Statistics: FAOSTAT agriculture. Retrieved from http://fao.org/crop/statistics.
Fu J, Zhang DF, Liu YH, Ying S, Shi YS, Song YC, Wang TY (2012) Isolation and characterization of maize PMP3 genes involved in salt stress tolerance. PloS One. 7(2): e31101. ‏
Hana B, Bischofa JC (2004) Direct cell injury associated with eutectic crystallization during freezing. Cryobiology. 48: 8-21.
Hassani H, Abdollahi Mandoulakani B, Darvishzadeh R, Hassani A (2016) Increasing the expression of genes Chavicol O-Methyl Teransferase and Cinnamate 4-Hydroxilase under Methyl Jasmonate treatment in medicinal plant basil (Ocimum basilicum L.). Journal of Plant Production. 39(3): 101-112.
Horie T, Karahara I, Katsuhara M (2012) Salinity tolerance mechanisms in glycophytes: an overview with the central focus on rice plants. Rice 5: 11-29.
Huang D, Wu W, Abrams SR, Cutler AJ (2008) The relationship of drought-related gene expression in Arabidopsis thaliana to hormonal and environmental factors. Journal of Experimental Botany. 59(11): 2991-3007. ‏
Ibragimova SM, Trifonova EA, Filipenko EA, Shymny VK (2015) Evaluation of Salt Tolerance of Transgenic Tobacco Plants Bearing with P5CS1 Gene of Arabidopsis thaliana. Genetika. 51(12): 1368-1375.
Kaya C, Kirnak H, Higgs D, Satali K (2002) Supplementary calcium enhances plant growth and fruit yield in strawberry cultivars grown at high (NaCl) salinity. Horticulture. 93: 65-74.
Kishor KPB (1989) Salt stress in cultured rice cells, effects of proline and abscisic acid. Plant Cell and Environment. 12: 629-633.
Lutts S, Kinet JM, Bouharmont J (1995) Changes in plant response to (NaCl) during development of rice varieties differing in salinity resistance. Journal of Experimental Botany. 46: 1843-1852
Lyons J (2012) Low Temperature Stress in Crop Plants: the role of the membrane. Elsevier.
Maas EV, Poss JA, Hoffman GJ (1986) Salinity sensitivity of sorghum at three growth stages. Irrigation Science. 7(1): 1-11. ‏
Mandhanis S, Madan S, Whney V (2006) Antioxidant defence mechanism under salt stress in wheat seedling. Biologia Plantarum. 50(2): 227-231.
Mattioli R, Marchese D, D’Angeli S, Altamura MM, Costantino P, Trovato M (2008). Modulation of intracellular proline levels affects flowering time and inflorescence architecture in Arabidopsis. Plant Molecular Biology. 66(3): 277-288.
Munns R, Tester M (2008) Mechanisms of salinity tolerance. Annual Review of Plant Biology. 59: 651-681.
Navarre C, Goffeau A (2000) Membrane hyperpolarization and salt sensitivity induced by deletion of PMP3 a highly conserved small protein of yeast plasma membrane. EMBO Journal. 19: 2515-2524.
Oh DH, Ali Z, Park Hyeong C, Bressan RA, Yun Dae J, Bohnert HJ (2010) Consequences of SOS1 deficiency: Intracellular physiology and transcription. Plant Signaling and Behavior. 5(6): 766-768. ‏
Qadir M, Ghafoor A, Murtaza G (2000) Amelioration strategies for saline soils: a review. Land Degradation and Development. 11: 501-521.
Quintero FJ, Ohta M, Shi H, Zhu JK, Pardo JM (2002) Reconstitution in yeast of the Arabidopsis SOS signaling pathway for Na+ homeostasis. Proceedings of the National Academy of Sciences. 99(13): 9061-9066. ‏
Rani CR, Reema C, Alka S, Singh PK (2012) Salt tolerance of Sorghum bicolor cultivars during germination and seedling growth. Research Journal of Recent Sciences. 1: 1- 10.
Rengasamy P (2010) Soil processes affecting crop production in salt-affected soils. Functional Plant Biology. 37(7): 613-620. ‏
Rodríguez-Kessler M, Alpuche-Solís AG, Ruiz OA, Jimenez-Bremont JF (2006) Effect of salt stress on the regulation of maize (Zea mays L.) genes involved in polyamine biosynthesis. Plant Growth Regulation. 48(2): 175-185. ‏
Rosegrant MW, Msangi S, Ringler C, Sulser TB, Zhu T, Cline SA (2008) International model for policy analysis of agricultural commodities and trade (IMPACT): Model description. ‏
Saadia M, Jamil A, Ashraf M, Akram NA (2013) Comparative study of SOS2 and a novel PMP3-1 gene expression in two sunflower (Helianthus annuus L.) lines differing in salt tolerance. Applied Biochemistry and Biotechnology. 170(4): 980-987. ‏
Salvador RJ (1997) Maize. In: The Encyclopedia of Mexico: History, Culture and Society, Vol II. Fitzory Dearborn Publeasher, Chicago and London. pp. 769-775.
Shahbaz M, Ashraf M (2013) Improving salinity tolerance in cereals. Critical Reviews in Plant Sciences. 32: 237-249.
Shi H, Lee BH, Wu SJ, Zhu JK (2003) Overexpression of a plasma membrane Na+/H+ antiporter gene improves salt tolerance in Arabidopsis thaliana. Nature Biotechnology. 21(1): 81. ‏
Shi H, Quintero FJ, Pardo JM, Zhu JK (2002) The putative plasma membrane Na+/H+ antiporter SOS1 controls long-distance Na+ transport in plants. The Plant Cell. 14(2): 465-477. ‏
Von Braun J, Byerlee D, Chartres C, Lumpkin T, Olembo N, Waage J (2010) A draft strategy and results framework for the CGIAR. 20 March 2010. CGIAR, the World Bank, Washington, D.C.
Yoshiba Y, Nanjo T, Miura S, Yamaguchi-Shinozaki K, Shinozaki K (1999) Stress-responsive and developmental regulation of Delta (1)-pyrroline-5-carboxylate synthetase 1 (P5CS1) gene expression in Arabidopsis thaliana. Biochemical and Biophysical Research Communications. 261(3):766-772.
فصلنامه علمی زیست فناوری گیاهان زراعی
دوره 10، شماره 30 - شماره پیاپی 1
شهریور 1399
صفحه 1-14
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار