تجزیة پروتئوم ریشة گندم رقم کویر تحت تنش کمبود آب

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران.

2 گروه بهنژادی و بیوتکنولوژی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

خشکی یکی از مهمترین عوامل ایجادکننده‌ی تنش غیرزیستی در گیاه محسوب می‌شود. گندم به عنوان یک گیاه زراعی مهم، اغلب در مناطقی کشت می‌شود که حداقل در دوره‌ای از سال با کم‌آبی مواجه‌ است. یکی از راهکارهای شناسایی پروتئین‌های درگیر در تحمل گیاه به تنش کمبود آب رهیافت پروتئومیک است. به منظور بررسی اثر تنش کمبود آب بر الگوی پروتئوم ریشه گندم رقم متحمل کویر، آزمایشی در قالب طرح کاملاً تصادفی با هفت تکرار انجام‌ شد. استخراج پروتئین‌های ریشه به روش TCA/ استون انجام‌ و الگوی بیان پروتئینی با استفاده از الکتروفورز دوبعدی بررسی‌گردید. پروتئین‌های احتمالی درگیر در تنش کمبود آب با مقایسه‌ی الگوی بیان تحت تنش کمبود آب با الگوی بیان در شرایط کنترل شناسایی‌شد. نتایج نشان داد که اختلاف بین تیمارها‌ برای صفات وزن تر ریشه و طول ریشه در سطح احتمال 5 درصد معنی‌دار ولی برای صفات وزن خشک ریشه، وزن خشک اندام هوایی و وزن تر اندام هوایی از نظر آماری معنی‌دار نبود. بررسی الگوی بیان پروتئوم ریشه‌، 98 نقطه‌ی پروتئینی تکرارپذیر را نشان ‌داد که از میان آنها تعداد 10 نقطه از لحاظ آماری دارای اختلاف بیان معنی‌دار بین شرایط کنترل و تنش بودند. از این تعداد هشت نقطه افزایش بیان و یک نقطه کاهش بیان را نشان‌دادند. این نقطه‌های پروتئینی بر اساس وزن مولکولی (Mw) و نقطه ایزوالکتریک (pI) با جستجو در بانک‌های اطلاعاتی شناسایی‌شدند. پروتئین‌های پاسخ دهنده به تنش در گروه‌های عملکردی مختلف قرار‌ دارند. این گروه‌ها شامل سنتز و تجمع پروتئین، تنش اکسایشی، پاسخ و دفاع در برابر تنش و مسیرهای متابولیکی بودند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analysis of root proteome in wheat (Kavir variety) under drought stress

نویسندگان [English]

  • Samira Mardani Zonouz 1
  • Mahmoud Toorchi 2
  • Shaghayegh aslzad 1
1 M.Sc. in Agricultural Biotechnology, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, Iran
2 Department of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Agriculture, University of Tabriz, Tabriz, IRAN
چکیده [English]

Drought is one of the most important factors causing abiotic stress in plants. Wheat, as a vital crop, is extensively cultivated in regions that face water scarcity at least during one period of the year. Proteomic approach is one of the ways to identify proteins involved in plant tolerance to water stress. In order to investigate the effect of water deficit stress on the root proteome pattern of desert-tolerant wheat, an experiment was conducted in the form of a completely randomized design with seven replications. Root proteins were extracted by TCA/acetone method and the protein expression pattern was analyzed using two-dimensional electrophoresis. Potential proteins involved in the response to water deficiency were identified by comparing the protein expression patterns under water deficit stress with the expression pattern in control conditions. The results revealed significant differences in root weight and root length at a 5% probability level, indicating the detrimental effects of water stress on plant roots. The proteomic analysis identified 98 reproducible protein spots, of which 10 exhibited statistically significant changes, with eight spots showing increased expression and one showing decreased expression. These protein spots were identified based on their molecular weight (MW) and isoelectric point (pI) through database searches. The identified proteins were classified into various functional categories related to stress response, including protein synthesis and accumulation, oxidative stress, response and defense against stress and metabolic pathways.

کلیدواژه‌ها [English]

  • expression pattern
  • iso-electric point
  • protein extraction
  • two-dimensional electrophoresis
Alguacil, M., Caravaca, F., Diaz-Vivancos, P., Hernández, J., & Roldan, A. (2006). Effect of arbuscular mycorrhizae and induced drought stress on antioxidant enzyme and nitrate reductase activities in Juniperus oxycedrus L. grown in a composted sewage sludge-amended semi-arid soil. Plant and Soil, 279, 209-218. Budak, H., Akpinar, B. A., Unver, T., & Turktas, M. (2013). Proteome changes in wild and modern wheat leaves upon drought stress by two-dimensional electrophoresis and nanoLC-ESI–MS/MS. Plant Molecular Biology, 83, 89-103. Caruso, G., Cavaliere, C., Foglia, P., Gubbiotti, R., Samperi, R., & Laganà, A. (2009). Analysis of drought responsive proteins in wheat (Triticum durum) by 2D-PAGE and MALDI-TOF mass spectrometry. Plant Science, 177(6), 570-576. Demirevska, K., Simova-Stoilova, L., Vassileva, V., Vaseva, I., Grigorova, B., & Feller, U. (2008). Drought-induced leaf protein alterations in sensitive and tolerant wheat varieties. Gen Appl Plant Physiol, 34(1-2), 79-102. Gao, L., Yan, X., Li, X., Guo, G., Hu, Y., Ma, W., & Yan, Y. (2011). Proteome analysis of wheat leaf under salt stress by two-dimensional difference gel electrophoresis (2D-DIGE). Phytochemistry, 72(10), 1180-1191. Gill, P. K., Sharma, A. D., Singh, P., & Bhullar, S. S. (2003). Changes in germination, growth and soluble sugar contents of Sorghum bicolor (L.) Moench seeds under various abiotic stresses. Plant Growth Regulation, 40, 157-162. Jangpromma, N., Kitthaisong, S., Lomthaisong, K., Daduang, S., Jaisil, P., & Thammasirirak, S. (2010). A proteomics analysis of drought stress-responsive proteins as biomarker for drought-tolerant sugarcane cultivars. American Journal of Biochemistry and Biotechnology, 6(2), 89-102. Kamal, A. H. M., Kim, K.-H., Shin, K.-H., Choi, J.-S., Baik, B.-K., Tsujimoto, H., Heo, H. Y., Park, C.-S., & Woo, S.-H. (2010). Abiotic stress responsive proteins of wheat grain determined using proteomics technique. Australian Journal of Crop Science, 4(3), 196-208. Kosová, K., Vítámvás, P., Prášil, I. T., & Renaut, J. (2011). Plant proteome changes under abiotic stress-contribution of proteomics studies to understanding plant stress response. Journal of Proteomics, 74(8), 1301-1322. Merewitz, E. B., Gianfagna, T., & Huang, B. (2011). Protein accumulation in leaves and roots associated with improved drought tolerance in creeping bentgrass expressing an ipt gene for cytokinin synthesis. Journal of experimental botany, 62(15), 5311-5333. Michaletti, A., Naghavi, M.R. Toorchi, M., Zolla, L. & Rinalducci, S. (2018). Metabolomics and proteomics reveal drought-stress responses of leaf tissues from spring-wheat. Scientific Reports 8:5710. DOI:10.1038/s41598-018-24012-y Mohammadi, M., Kav, N. N., & Deyholos, M. K. (2007). Transcriptional profiling of hexaploid wheat (Triticum aestivum L.) roots identifies novel, dehydration‐responsive genes. Plant, Cell & Environment, 30(5), 630-645. Nakayama, N. (2007). Response of growth, photosynthetic gas exchange, the translocation of^< 13> C-labelled photosynthate and N accumulation in two soybean (Glycine max L. Merrill) cultivars to drought stress. Int. J. Agric. & Biol., 9, 669-674. Naghavi, M.R., Toorchi, M., Moghaddam, M. & Shakiba, M.R. (2015). Evaluation of diversity and traits correlation in spring wheat cultivars under drought stress. Notulae Scientia Biologicae, 7, 349-354. Ndimba, B. K., Chivasa, S., Simon, W. J., & Slabas, A. R. (2005). Identification of Arabidopsis salt and osmotic stress responsive proteins using two-dimensional difference gel electrophoresis and mass spectrometry. Proteomics, 5(16), 4185-4196. Qureshi, M. I., Qadir, S., & Zolla, L. (2007). Proteomics-based dissection of stress-responsive pathways in plants. Journal of Plant Physiology, 164(10), 1239-1260. Razmjoo, K., Heydarizadeh, P., & Sabzalian, M. R. (2008). Effect of salinity and drought stresses on growth parameters and essential oil content of Matricaria chamomile. Int. J. Agric. Biol, 10(4), 451-454. Shahbazi, S., Toorchi, M., Moghaddam, M., Aharizad, S. & Bandehagh, A. (2023). Effect of salinity stress on the root proteome pattern of spring bread wheat. Journal of Plant Physiology and Breeding, 13(1), 51-68. Shewry, P. R. (2009). Wheat. Journal of Experimental Botany, 60(6), 1537-1553. Toorchi, M., Yukawa, K., Nouri, M.-Z., & Komatsu, S. (2009). Proteomics approach for identifying osmotic-stress-related proteins in soybean roots. Peptides, 30(12), 2108-2117. Torabian, S., Shakiba, M.R., Mohammadi-Nasab, A.D. & Toorchi, M. (2018). Leaf gas exchange and grain yield of common bean exposed to spermidine under water stress. Photosynthetica, 56 (4), 1387-1397. Valizadeh-Kamran, R., Toorchi, M., Moghadam, M., Mohamadi, H. & Pessarakli, M. (2017). Effects of freeze and cold stress on certain physiological and biochemical traits in sensitive and tolerant barley (Hordeum vulgare) genotypes. Journal of Plant Nutrition, DOI: 10.1080/01904167.2017.1381730 Wang, M. C., Peng, Z. Y., Li, C. L., Li, F., Liu, C., & Xia, G. M. (2008). Proteomic analysis on a high salt tolerance introgression strain of Triticum aestivum/Thinopyrum ponticum. Proteomics, 8(7), 1470-1489. Wilson, K., Baldocchi, D., & Hanson, P. (2001). Leaf age affects the seasonal pattern of photosynthetic capacityand net ecosystem exchange of carbon in a deciduous forest. Plant, Cell & Environment, 24(6), 571-583. Yan, S.-P., Zhang, Q.-Y., Tang, Z.-C., Su, W.-A., & Sun, W.-N. (2006). Comparative proteomic analysis provides new insights into chilling stress responses in rice. Molecular & Cellular Proteomics, 5(3), 484-496. Yoshimura, K., Masuda, A., Kuwano, M., Yokota, A., & Akashi, K. (2008). Programmed proteome response for drought avoidance/tolerance in the root of a C3 xerophyte (wild watermelon) under water deficits. Plant and Cell Physiology, 49(2), 226-241. Zhang, Y., Zhong, C., Chen, Y., Chen, Z., Jiang, Q., Wu, C., & Pinyopusarerk, K. (2010). Improving drought tolerance of Casuarina equisetifolia seedlings by arbuscular mycorrhizas under glasshouse conditions. New Forests, 40, 261-271.