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

اثر پرایمینگ دمائی در پاسخ به رونویسی ژن‌های حافظه‌ای تنش گرما در گیاهچه‌های کلزا

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان. ملاثانی. ایران.

2 استادیار، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان. ملاثانی. ایران.

چکیده

تنش گرمایی از طریق تغییرات بیوشیمیایی، فیزیولوژیکی، مورفولوژیکی و مولکولی اثرات مضری بر رشد و عملکرد گیاهان دارد. گیاهان مکانیسم‌های پیچیده‌ای را برای متعادل کردن رشد و تحمل به تنش ایجاد کرده‌اند که به آن‌ها این امکان را می‌دهد که با به خاطر سپردن تنش‌های ملایم و شکل‌گیری حافظه‌ی تنش گرمایی که تحت عنوان پرایمینگ دمایی نامیده می‌شود، دفاع مؤثرتری در برابر تنش‌های شدیدتر داشته باشند. جهت بررسی نقش پرایمینگ دمایی در القاء پاسخ رونویسی ژن‌های HSFA1b، HSFA2 و MIPS2، تغییرات در سطح رونویسی این ژن‌ها در ساعات زمانی مختلف پس از پرایمینگ و تنش برگشتی در گیاهچه‌های کلزا با استفاده از تکنیک qRT-PCR مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیان این ژن‌ها در طول دوره‌ی بازیابی پس از فراغت از تنش ملایم اول (فاز حافظه) پایدار نیست، حال آن‌که سطح رونویسی آن‌ها بلافاصله پس از مواجهه با تنش شدید دوم در سطح بسیار بالاتری در گیاهان پرایم‌شده (تیمار P+T) نسبت به گیاهان پرایم‌نشده (تیمار T) القاء شد که تا 48 ساعت بعد از تنش برگشتی نیز ادامه داشت. همچنین بررسی نتایج مورفولوژیکی گیاهچه‌ها 7 و 14 روز پس از فراغت از تنش دوم نشان داد که پرایمینگ دمایی می‌تواند از طریق تقویت بیان ژن‌های حافظه‌ی تنش باعث افزایش شاخص‌های رشدی و القاء تحمل گرمایی در این گیاهان شود. از آن‌جا که ژن‌های HSFA1b، HSFA2 و MIPS2 سطح بیان خود را تا روزها پس از تنش برگشتی حفظ کرده‌اند، لذا می‌توان این ژن‌ها را به عنوان جزء کلیدی حافظه‌ی رونویسی تنش گرمایی در نظر گرفت و از آن در برنامه‌های به‌نژادی و توسعه‌ی واریته‌های متحمل به گرما استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The Effect of Thermopriming on Transcriptional Response of Heat Stress Memory in Rapeseed

نویسندگان [English]

  • Navid Taherifar 1
  • Hengameh Taheri 2

1 1. M.Sc. Student, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Agricultural Sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Iran

2 Assistant Professor, Department of Plant Production and Genetics, Faculty of Agriculture, Agricultural Sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Iran

چکیده [English]

Heat stress has detrimental effects on the growth and performance of plants through biochemical, physiological, morphological, and molecular changes. Plants have developed complex mechanisms to balance growth and tolerance to stress, allowing them to effectively defend against more severe stresses by remembering mild stress and forming heat stress memory, known as thermopriming. To investigate the role of thermopriming in inducing the transcription response of HSFA2, HSFA1b and MIPS2 genes, the changes in the transcriptional level of the genes were studied at different times after priming and return stress in canola seedlings using the qRT-PCR technique. The results showed that the expression of these genes was not stable during the recovery period after the initial mild stress (memory phase), while their transcription level immediately after facing the second severe stress was induced at a much higher level in primed plants (P+T treatment) compared to non-primed plants (T treatment) which continued until 48 hours after return stress. Also, morphological analysis of seedlings at 7 and 14 days after release from the second stress showed that thermopriming increase the growth indices and heat tolerance in these plants through strengthening the expression of stress memory genes. Since the HSFA1b, HSFA2 and MIPS2 genes have maintained their expression level until days after the return stress, these genes can be the key components of the transcriptional memory of heat stress and be used in breeding programs and the development of heat tolerant varieties.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Acquired thermotolerance. Thermomemory genes
  • Thermopriming
  • Rapeseed
  • Recurring stress
مراجع
AlKian Abadi, A., Taheri, H., & Sadr, A. S. (2023). Identification of key genes involved in the establishment and maintenance of heat stress memory in Arabidopsis seedlings using microarray data. Crop Biotechnology, 12(40), 63-81. Anckar, J., & Sistonen, L. (2011). Regulation of HSF1 function in the heat stress response, implications in aging and disease. Annual review of biochemistry, 80, 1089-1115. Balazadeh, S. (2022). A ‘hot’cocktail, The multiple layers of thermomemory in plants. Current Opinion in Plant Biology, 65, 102147. Bita, C. E., & Gerats, T. (2013). Plant tolerance to high temperature in a changing environment, scientific fundamentals and production of heat stress-tolerant crops. Frontiers in plant science, 4, 273. Brzezinka, K., Altmann, S., Czesnick, H., Nicolas, P., Gorka, M., Benke, E., ..., & Bäurle, I. (2016). Arabidopsis FORGETTER1 mediates stress-induced chromatin memory through nucleosome remodeling. elife, 5, e17061. Charng, Y. Y., Liu, H. C., Liu, N. Y., Chi, W. T., Wang, C. N., Chang, S. H., & Wang, T. T. (2007). A heat-inducible transcription factor, HsfA2, is required for extension of acquired thermotolerance in Arabidopsis. Plant physiology, 143(1), 251-262. Crisp, P. A., Ganguly, D. R., Smith, A. B., Murray, K. D., Estavillo, G. M., Searle, I., ..., & Pogson, B. J. (2017). Rapid recovery gene downregulation during excess-light stress and recovery in Arabidopsis. The Plant Cell, 29(8), 1836-1863. Crisp, P. A., Ganguly, D., Eichten, S. R., Borevitz, J. O., & Pogson, B. J. (2016). Reconsidering plant memory, Intersections between stress recovery, RNA turnover, and epigenetics. Science advances, 2(2), e1501340. Fragkostefanakis, S., Mesihovic, A., Simm, S., Paupière, M. J., Hu, Y., Paul, P., ..., & Scharf, K. D. (2016). HsfA2 controls the activity of developmentally and stress-regulated heat stress protection mechanisms in tomato male reproductive tissues. Plant physiology, 170(4), 2461-2477. Friedrich, T., Oberkofler, V., Trindade, I., Altmann, S., Brzezinka, K., Lämke, J., ..., & Bäurle, I. (2021). Heteromeric HSFA2/HSFA3 complexes drive transcriptional memory after heat stress in Arabidopsis. Nature Communications, 12(1), 3426. Hasanuzzaman, M., Nahar, K., Alam, M. M., Roychowdhury, R., & Fujita, M. (2013). Physiological, biochemical, and molecular mechanisms of heat stress tolerance in plants. International journal of molecular sciences, 14(5), 9643-9684. Hemme, D., Veyel, D., Mühlhaus, T., Sommer, F., Jüppner, J., Unger, A. K., … and Schroda, M. (2014). Systems-wide analysis of acclimation responses to long-term heat stress and recovery in the photosynthetic model organism Chlamydomonas reinhardtii. The Plant Cell, 26(11), 4270-4297. Hilker, M., Schwachtje, J., Baier, M., Balazadeh, S., Bäurle, I., Geiselhardt, S., ..., & Kopka, J. (2016). Priming and memory of stress responses in organisms lacking a nervous system. Biological Reviews, 91(4), 1118-1133. Hu, S., Ding, Y., & Zhu, C. (2020). Sensitivity and responses of chloroplasts to heat stress in plants. Frontiers in Plant Science, 11, 375. Jaskiewicz, M., Conrath, U., & Peterhänsel, C. (2011). Chromatin modification acts as a memory for systemic acquired resistance in the plant stress response. EMBO reports, 12(1), 50-55. Kappel, C., Friedrich, T., Oberkofler, V., Jiang, L., Crawford, T., Lenhard, M., & Bäurle, I. (2023). Genomic and epigenomic determinants of heat stress-induced transcriptional memory in Arabidopsis. Genome Biology, 24(1), 1-23. Lämke, J., Brzezinka, K., Altmann, S., & Bäurle, I. (2016). A hit‐and‐run heat shock factor governs sustained histone methylation and transcriptional stress memory. The EMBO journal,35(2),162-175. Ling, Y., Serrano, N., Gao, G., Atia, M., Mokhtar, M., Woo, Y.H., Bazin, J., Veluchamy, A., Benhamed, M., & Crespi, M. (2018). Thermopriming triggers splicing memory in Arabidopsis. Journal of Experimental Botany, 69(10), 2659-2675. Liu, H.C., Lämke, J., Lin, S.Y., Hung, M.J., Liu, K.M., Charng, Y.Y., & Bäurle, I. (2018). Distinct heat shock factors and chromatin modifications mediate the organ‐autonomous transcriptional memory of heat stress. Plant Journal, 95(3), 401-413. Livak, K. J., & Schmittgen, T. D. (2001). Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2−ΔΔCT method. Methods, 25(4), 402-408. Masson-Delmotte, V., Zhai, P., Pörtner, H. O., Roberts, D., Skea, J., & Shukla, P. R. (2022). Global Warming of 1.5 C, IPCC special report on impacts of global warming of 1.5 C above pre-industrial levels in context of strengthening response to climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty. Cambridge University Press. Moore, C. E., Meacham-Hensold, K., Lemonnier, P., Slattery, R. A., Benjamin, C., Bernacchi, C. J., ..., & Cavanagh, A. P. (2021). The effect of increasing temperature on crop photosynthesis, from enzymes to ecosystems. Journal of Experimental Botany, 72(8), 2822-2844. Nover, L., Bharti, K., Döring, P., Mishra, S. K., Ganguli, A., & Scharf, K. D. (2001). Arabidopsis and the heat stress transcription factor world, how many heat stress transcription factors do we need?. Cell stress & chaperones, 6(3), 177. Ohama, N., Sato, H., Shinozaki, K., & Yamaguchi-Shinozaki, K. (2017). Transcriptional regulatory network of plant heat stress response. Trends in plant science, 22(1), 53-65. Oyoshi, K., Katano, K., Yunose, M., & Suzuki, N. (2020). Memory of 5-min heat stress in Arabidopsis thaliana. Plant Signaling & Behavior, 15(8), 1778919. Pfaffl, M. W., Horgan, G. W., & Dempfle, L. (2002). Relative expression software tool (REST©) for group-wise comparison and statistical analysis of relative expression results in real-time PCR. Nucleic acids research, 30(9), e36-e36. Yeh, C. H., Kaplinsky, N. J., Hu, C., & Charng, Y. Y. (2012). Some like it hot, some like it warm, phenotyping to explore thermotolerance diversity. Plant Science, 195, 10-23. Yoshida, T., Ohama, N., Nakajima, J., Kidokoro, S., Mizoi, J., Nakashima, K., & Yamaguchi-Shinozaki, K. (2011). Arabidopsis HsfA1 transcription factors function as the main positive regulators in heat shock-responsive gene expression. Molecular Genetics and Genomics, 286, 321-332.
فصلنامه علمی زیست فناوری گیاهان زراعی
دوره 13، شماره 1 - شماره پیاپی 45
فروردین 1403
صفحه 1-14
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار