بیان افتراقی ژن ‌های درگیر در مسیر تحمل به تنش کم آبی در راستای غربالگری ژنوتیپ های متحمل در گندم نان

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زیست فراورده‌های گیاهی، پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی، پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست‌فناوری، تهران، ایران.2 گروه زراعت

2 گروه زیست فراورده‌های گیاهی، پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی، پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست‌فناوری، تهران، ایران.

3 گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شاهد، تهران، ایران.

4 بخش تحقیقات زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع‌طبیعی استان همدان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، همدان، ایران.

چکیده

گندم به‌عنوان مهم‌ترین غله در بسیاری از مناطق جهان است و غذای اصلی اکثر مردم را تشکیل می‌دهد. با این وجود، اغلب مناطق تولید گندم در جهان در بخشی از فصل رشد و بیشتر در مراحل انتهایی رشد با کمبود آب مواجه هستند. لذا شناسایی ارقام متحمل و نیز مطالعه‌ی مکانیسم‌های افزایش‌دهنده مقاومت به تنش خشکی از راهکارهای مناسب جهت مقابله با عوارض تنش خشکی خواهد بود. تحقیق حاضر با هدف بررسی سطح بیان هشت ژن منتخب مرتبط با تحمل به خشکی P450 ,NCED ،ABF ، HKT ، PAL ، ABC transporter, bHLH و لیپواکسیژناز در دو ژرم پلاسم بومی‌گندم زمستانه ایرانی حساس و متحمل به خشکی انجام گرفت. سنجش بیان این ژن‌ها بر روی نمونه‌های برگی جمع‌آوری‌شده در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار و دو سطح تیماری (نرمال و تنش خشکی) از گیاهان کشت شده در گلخانه، صورت گرفت. برای این منظور پس از تکثیر cDNA با ژن‌های منتخب، بیان آن‌ها با استفاده از روش نورترن‌بلات معکوس نسبت به یک ژن کنترل داخلی (TEF-1α) سنجیده و با استفاده از نرم‌افزار توتال لب کمی‌گردید. مطالعه بیان نسبی هر ژن نسبت به ژن کنترل داخلی نشان داد که اعمال تنش خشکی بر میزان بیان تمامی ژن‌ها به جزء ژن bHLH اثر معنی‌داری داشته‌است. نمودار دوطرفه بر پایه مولفه‌های اول و دوم، جداسازی ژنوتیپ‌ها را در تنش کم‌آبی بر اساس مقدار بیان هفت ژن مورد ارزیابی امکان‌پذیر کرد. این روش می‌تواند در غربالگری و شناسایی ژنوتیپ‌های متحمل در توده‌های بومی‌گندم کاربرد مؤثری داشته‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Differential expression of genes related to dehydration tolerance for screening of tolerant genotypes in bread wheat

نویسندگان [English]

  • Mohammad Hassan Kaffash Moghaddam 1
  • Forough Sanjarian 2
  • Alaeddin Kordnaeeje 3
  • Mehrdad Chaichi 4
  • Amir Mohammad Naji 3
1 Plant Bio-Product group, Agricultural Biotechnology Institute, National Institute of Genetic Engineering and Biotechnology (NIGEB), Tehran. Iran.2) Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Shahed University, Tehran, Ir
2 Plant Bio-Product group, Agricultural Biotechnology Institute, National Institute of Genetic Engineering and Biotechnology (NIGEB), Tehran. Iran.
3 Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Shahed University, Tehran, Iran.
4 Department of Seed and Plant Improvement Research, Hamedan, Agricultural and Natural Resources, Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Hamedan, Iran.
چکیده [English]

Bread wheat is one of the most important crops in the world, which is essential in terms of global food security. However, its production is extremely compromised in agricultural regions affected by water deficiency during part of the growing season and mostly in the later stages of growth. Therefore, it is promising to identify the native drought-tolerant germplasms and molecular mechanisms used to enhance drought stress resistance. The aim of this study was to investigate the expression level of eight selected genes related to drought tolerance NCED, ABF, HKT, PAL, bHLH, ABC transporter and lipoxygenase in two native germplasms of Iranian winter wheat, one is sensitive and the other is drought tolerant. For this purpose, drought treatment was applied on native germplasms in a completely randomized design with three replications and two levels of treatment in the greenhouse. Selected gene fragments were amplified, gene expression was measured by Reverse Northern Blot and quantified using total lip software. Analysis of variance of the mean relative expression of each gene compared to the internal control gene showed that drought stress had a significant effect on the expression of all genes except bHLH gene. Biplot based on the first and second components made it possible to isolate genotypes in dehydration stress based on the expression of the seven genes evaluated. This method can be used in screening and identifying tolerant genotypes in landrace population of wheat.

کلیدواژه‌ها [English]

  • drought stress
  • gene expression
  • landrace population of wheat
  • Reverse Northern Blot

مراجع

Babenko, L. M., Shcherbatiuk, M. M., Skaterna, T. D., & Kosakivska, I. V. (2017). Lipoxygenases and their metabolites in formation of plant stress tolerance. The Ukrainian Biochemical Journal, 89(1), 5-21. Chaichi, M., Sanjarian, F., Razavi, K., & Gonzalez-Hernandez, J. L. (2019). Analysis of transcriptional responses in root tissue of bread wheat landrace (Triticum aestivum L.) reveals drought avoidance mechanisms under water scarcity. PloS one, 14(3), e0212671. Chen, N., Song, B., Tang, S., He, J., Zhou, Y., Feng, J., ... & Xu, X. (2018). Overexpression of the ABC transporter gene TsABCG11 increases cuticle lipids and abiotic stress tolerance in Arabidopsis. Plant Biotechnology Reports, 12(5), 303-313. Finkelstein, R. (2013). Abscisic Acid synthesis and response. The arabidopsis book, 11, e0166. https://doi.org/10.1199/tab.0166 Gholamnezhad, J. (2017). Transcriptomics and useful techniques of defense gene expression evolution of plant. Applied Biology. 6: 21-42. Gholamnezhad, J., Sanjarian, F., Mohammadi Goltapeh, E., Safaei, N., & Razavi, K. (2016). Evolution of housekeeping Genes for Gene Expression in Wheat Leaves Infected by Mycosphaerella graminicola with Reverse northern dot blot. Crop Biotechnology, 5(12), 1-10. Kassambara, A. (2017). Practical guide to principal component methods in R: PCA, M (CA), FAMD, MFA, HCPC, factoextra (Vol. 2). Sthda. He, R., Zhuang, Y., Cai, Y., Agüero, C. B., Liu, S., Wu, J., ... & Zhang, Y. (2018). Overexpression of 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase cisgene in grapevine increases drought tolerance and results in pleiotropic effects. Frontiers in plant science, 9, 970. Hwang, J. U., Song, W. Y., Hong, D., Ko, D., Yamaoka, Y., Jang, S., ... & Lee, Y. (2016). Plant ABC transporters enable many unique aspects of a terrestrial plant's lifestyle. Molecular plant, 9(3), 338-355. Igrejas, G., & Branlard, G. (2020). The importance of wheat. In Wheat quality for improving processing and human health (pp. 1-7). Springer, Cham. Krishna, V. V., Yigezu, Y. A., Karimov, A. A., & Erenstein, O. (2020). Assessing technological change in agri-food systems of the Global South: A review of adoption-impact studies in wheat. Outlook on Agriculture, 49(2), 89-98. Kamara, M. M., Rehan, M., Mohamed, A. M., El Mantawy, R. F., Kheir, A. M., Abd El-Moneim, D., ... & Mansour, E. (2022). Genetic potential and inheritance patterns of physiological, agronomic and quality traits in bread wheat under normal and water deficit conditions. Plants, 11(7), 952. Kaur, L., & Zhawar, V. K. (2015). Phenolic parameters under exogenous ABA, water stress, salt stress in two wheat cultivars varying in drought tolerance. Indian Journal of Plant Physiology, 20(2), 151-156. Lim, C. W., Han, S. W., Hwang, I. S., Kim, D. S., Hwang, B. K., & Lee, S. C. (2015). The pepper lipoxygenase CaLOX1 plays a role in osmotic, drought and high salinity stress response. Plant and Cell Physiology, 56(5), 930-942. Li, Z., Liu, C., Zhang, Y., Wang, B., Ran, Q., & Zhang, J. (2019). The bHLH family member ZmPTF1 regulates drought tolerance in maize by promoting root development and abscisic acid synthesis. Journal of experimental botany, 70(19), 5471-5486. Mega, R., Abe, F., Kim, J. S., Tsuboi, Y., Tanaka, K., Kobayashi, H., ... & Okamoto, M. (2019). Tuning water-use efficiency and drought tolerance in wheat using abscisic acid receptors. Nature plants, 5(2), 153-159. Muhammad Aslam, M., Waseem, M., Jakada, B. H., Okal, E. J., Lei, Z., Saqib, H. S. A., ... & Zhang, Q. (2022). Mechanisms of Abscisic Acid-Mediated Drought Stress Responses in Plants. International journal of molecular sciences, 23(3), 1084. Nguyen, V. N., Lee, S. B., Suh, M. C., An, G., & Jung, K. H. (2018). OsABCG9 is an important ABC transporter of cuticular wax deposition in rice. Frontiers in Plant Science, 9, 960. Pandian, B. A., Sathishraj, R., Djanaguiraman, M., Prasad, P. V., & Jugulam, M. (2020). Role of cytochrome P450 enzymes in plant stress response. Antioxidants, 9(5), 454. Rasool, F., Uzair, M., Naeem, M. K., Rehman, N., Afroz, A., Shah, H., & Khan, M. R. (2021). Phenylalanine ammonia-lyase (PAL) genes family in wheat (Triticum aestivum L.): genome-wide characterization and expression profiling. Agronomy, 11(12), 2511. Riedelsberger, J., Miller, J. K., Valdebenito-Maturana, B., Piñeros, M. A., González, W., & Dreyer, I. (2021). Plant HKT channels: an updated view on structure, function and gene regulation. International journal of molecular sciences, 22(4), 1892. Shrestha, A., Cudjoe, D. K., Kamruzzaman, M., Siddique, S., Fiorani, F., Léon, J., & Naz, A. A. (2021). Abscisic acid-responsive element binding transcription factors contribute to proline synthesis and stress adaptation in Arabidopsis. Journal of plant physiology, 261, 153414. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2021.153414 Waseem, M., Rong, X., & Li, Z. (2019). Dissecting the role of a basic helix-loop-helix transcription factor, SlbHLH22, under salt and drought stresses in transgenic Solanum lycopersicum L. Frontiers in plant science, 10, 734. Yang, Y., Li, H. G., Wang, J., Wang, H. L., He, F., Su, Y., ... & Xia, X. (2020). ABF3 enhances drought tolerance via promoting ABA-induced stomatal closure by directly regulating ADF5 in Populus euphratica. Journal of Experimental Botany, 71(22), 7270-7285. Yang, X., Lu, M., Wang, Y., Wang, Y., Liu, Z., & Chen, S. (2021). Response mechanism of plants to drought stress. Horticulturae, 7(3), 50.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار