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 الگوی بیان ژن های چرخه بیوسنتز جیبرالیک اسید و براسینواستروئید دخیل در جوانه زنی و تقویت کننده رشد و نمو کلزا در پاسخ به عصاره جلبک قهوه ای (Ascophyllum nodosum)

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد اصلاح نباتات، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.

2 استادیار، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.

چکیده

عملکرد کلزا و کیفیت قابل‌قبول روغن، این گیاه را به عنوان یکی از مهم-ترین گیاهان برای تأمین روغن خوراکی قرار داده‌است. با توجه به قرار گرفتن کشور ایران در اقلیم گرم و خشک و نیاز بذر برای جوانه‌زنی و استقرار مناسب گیاهچه‌ها به آب، ضرورت یافتن راهکاری در جهت بهبود جوانه‌زنی و استقرار گیاهچه‌ها احساس می‌شود. استفاده از پرایمینگ بذر و نیز تیمار گیاهچه‌ها با عصاره‌ی جلبک دریایی Ascophyllum nodosum یکی از راهکارها برای بهبود یکنواختی سبز شدن و استقرار گیاهچه است. پژوهش حاضر به تأثیر کاربرد عصارة جلبک دریایی بر جوانه‌زنی بذر کلزا و تغییرات الگوی بیان نسبی برخی ژن‌های چرخه بیوسنتز جیبرلیک اسید و براسینواستروئید دخیل در جوانه‌زنی و تقویت‌کننده رشد و نمو کلزا با استفاده از روش Real time- PCR پرداخته‌است. برای این منظور شاخص‌های جوانه‌زنی در اثر اعمال تیمار اندازه‌گیری شد، همچنین اعمال تیمار غلظت 1/0 درصد حجمی عصاره‌ی جلبک در چهار سطح تیمار زمانی (0، 10، 15 و 30 روز یک‌بار) تا زمان گل‌دهی گیاه صورت گرفت و نمونه‌برداری از برگ‌های گیاه مربوط برای هر تیمار در سه تکرار بیولوژیک در دو آزمایش جداگانه گلخانه‌ای و آزمایشگاهی انجام شد. نتایج این مطالعه، مؤثر بودن استفاده از تیمار عصارة جلبک دریایی را بر افزایش درصد جوانه‌زنی و بنیه بذر نشان داد به‌گونه‌ای که صد در صد جوانه‌زنی بذرهای تحت تیمار در روز سوم صورت پذیرفت. در بخش ارزیابی میزان بیان نسبی کاربرد تیمار مذکور افزایش در بیان ژن‌های EXP، ATI، ENTKO، AEC و BINSP که همگی از جمله ژن‌های مهّم و کلیدی در فرآیند جوانه‌زنی هستند را نسبت به تیمار شاهد نشان داد. استفاده از تیمار عصارة جلبک دریایی بیشترین میزان بیان نسبی را در ژن‌های ATI و ENTKO به‌ترتیب به میزان 39/4 و 70/5 در تیمار زمانی 30 روز و کمترین میزان بیان برای ژن‌های GIB و EXP در هر سه تیمار زمانی 10، 15 و 30 روز به‌دست آمد. همچنین، بیشترین میزان همبستگی مثبت در سطح احتمال %5 بین ژن‌های XEN با GIB (همبستگی 1) و ENTKO با BINSP (همبستگی 98/0) مشخص شد. همبستگی ژن‌های یاد شده در اثر کاربرد عصارة جلبک در نهایت منجر به تأثیر مثبت بر فرایند جوانه‌زنی بذرهای کلزا داشت. همچنین ژن‌های GIB و ATI (همبستگی 50/0-) و نیز XEN با ATI (همبستگی 49/0-) دارای همبستگی منفی در سطح احتمال 5% بودند و افزایش یکی، کاهش دیگری و برعکس کاهش بیان یک ژن، افزایش بیان ژن دیگر را به‌دنبال داشت و مشخص می‌کند که فعالیت فراورده پایانی هر کدام از این ژن‌ها قادر است بر فرآیند جوانه‌زنی و فرایندهای تقویت‌کننده رشد و نمو تأثیرگذار باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Expression pattern of key gene(s) of GA biosynthesis and Brassinosteroid pathway influences in germination and growth-promoting in response to Ascophyllum nodosum extract

نویسندگان [English]

  • Sepideh Charkhandaz 1
  • Karim Sorkheh 2

1 M.Sc student of Plant Breeding, Department of Production Engineering and Plant Genetics, Shahid Chamran University of Ahvaz, Iran.

2 Assistant Professor, Department of Production Engineering and Plant Genetics, Shahid Chamran University of Ahvaz, Iran.

چکیده [English]

The yield and acceptable quality of the oil of canola make this plant as one of the most important plants for providing edible oil. Due to the hot and dry climate in Iran and water necessary for seed germination, discovery of the solution to improve germination and seedling establishment is required. Seed priming and treatment of seedlings with the extract of the seaweed Ascophyllum nodosum is one of the solutions for uniform germination and establishment of seedlings. The currently study have been explore the effect of application of Ascophyllum nodosum seaweed extract on seed germination and changes in the relative expression pattern of some important key genes related to gibberellic acid and brassinosteroids biosynthesis pathway using qRT-PCR. For this purpose, germination indexes were measured by the application of treatment 1% v/v treatment of Ascophyllum nodosum extract in four levels of treatment (0, 10, 15 and 30 days) until flowering stage. The leaf of sampling in each treatment was performed in three biological replications. The results of this study showed the effectiveness of seaweed extract treatment on increasing germination and seed vigor percentage, so that 100% germination of treated seeds obtained on the 3-day. The relative expression of algae extract showed an increase in the expression of EXP, ATI, ENTKO, AEC and BINSP genes, which are all important and as the key genes in the germination process compared to the control treatment. The use of seaweed extract treatment showed the highest expression in ATI (4.39) and ENTKO (5.70) genes in 30-day treatment, respectively. The lowest expressions for GIB and EXP genes in all three treatments (10, 15 and 30 days) were obtained. Also, there was the highest positive correlation between EEN and GIB (1), ENTKO and BINSP (0.98), AEC and BINSP (0.96) genes at the 5% significantly level. The correlation of these genes due to the use of algae extract ultimately led to a positive effect on the germination process of rapeseed seeds. Also, the results of heat map showed the genes of EXP and AEC (-0.57), GIB and ATI (-0.50) genes and XEN and ATI (-0.49) have a negative correlation at an error level of 5% and the increase of one led to the decrease of the other. This indicates that’s the activity of the final product of each of these genes is able to affect the germination process and promoting plant growth and development.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ascophyllum nodosum
  • Brassica napus L
  • Real time-PCR
  • Relative gene expression
مراجع
Agrawal, R.L. (1991) Seed technology Oxford and IBH Publishing. 658 pp. Ahmadi, M. (2010) Plant cultivation of oilseed Mooad Eslam Puplisher Qum Pp. 123-245 (in Persian). Ahmadpour, R., Salimi, A., Armand, N. & Hosseinzadeh, S.R. (2019) The effects of Ascophyllum nodosum extract on the stimulation of germination indices in chickpea (Cicer arietinum) under drought stress. Nova Biologica Reperta, 6: 206-216. Alizadeh, H., Monem, R. & Hoseini Mazinani, S.M. (2019) Investigating the effect of vermicompost and Seaweed (Ascophyllum nodosum) spraying on yield and yield components of beans (Vigna unguiculata sppsinensis). Plant and Ecology Quarterly, 15 (59): 15- 25 (in Persian). Aminifard, M.H. & Khandan, S. (2019) The effect of different levels of Seaweed extract (Ascophyllum nodosum) on the growth yield and biochemical characteristics of Bitter Squash (Momordica charantia L.). Journal of Plant Environmental Physiology, 56-66. (in Persian) Amooaghaie, R. (2014) The effect of some hormones and nitrogenous compounds on capacity velocity and synchrony of germination of zygophyllum atriplicoides seeds under salinity stress. Journal of Plant Research (Iranian Journal of Biology), 26 (4): 465- 475. Azarmehr, A., Baghi, M. & Ziaeinasab, M. (2017) Effect of Seaweed extract (Basfoliar Kelp sl) and Sulphate (K-leaf) on yield and some yield components of winter rapeseed (Brassica napus L.) var Natalie'. Agronomic Research in Semi Desert Regions, 14(3): 155-165. (in Persian) Caffagni, D., Camargo, E., Casali, C., Lombardi, A. & Lima, M. (2015) Coupling microalgal cultures with hydroponics: Prospection for clean biotechnology processes. Journal of Algal Biomass Utility, 6: 88-94. Chen, F. & Bradford, K. J. (2000) Expression of an expansin is associated with endosperm weakening during tomato seed germination. Plant Physiology, 124: 1265-1274. Cen, F., Nonogaki, H. & Bradford, K. J. (2002) A gibberellins regulated xyloglucan endotransglycosylase gene is expressed in the endosperm cap during tomato seed germination. Journal of Experimental botany, 53: 215-223. Dogra, V., Sharma, R. & Yelam, S. (2016) Xyloglucan endo-transglycosylase/hydrolase (XET/H) gene is expressed during the seed germination in Podophyllum hexandrum: a high altitude. Himalayan plant Planta, 244: 505-515. Egamberdieva, D., Wirth, S., Behrendt, U., Abd-Allah, E.F. & Berg, G. (2016) Biochar treatment resulted in a combined effect on soybean growth promotion and a shift in plant growth promoting rhizobacteria. Frontier in Microbiology, 7: 209. Eltanahy, E. & Torky, A. (2021) Microalgae as Cell Factories: Food and Feed-grade High-value Metabolites in Microalgal Biotechnology: Recent Advances Market Potential and Sustainability pp 1-35. Farhangi-Abriz, S. & Torabian, S. (2018) Biochar increased plant growth-promoting hormones and helped to alleviates salt stress in common bean seedlings. Journal of Plant Growth Regulation, 37: 591-601. French, E. A. & Iyer-Pascuzzi, A.S. (2018) A role for the gibberellin pathway in biochar-mediated growth promotion. Scientific Reports, 8: 1-10. Ghadami, N. (2012) Cultivation and breeding of rapeseed (planting holding harvesting) Tehran Agricultural Education and Extension Publishing Pp.234. (in Persian) Gholami, A. (2018) hormones Brassinososteroids effects of plant. Journal of Biosafety, 11 (1):23-32 (in Persian). Graziano, S., Marando, S., Prandi, B., Boukid, F., Marmiroli, N., Francia, E., Pecchioni, N., Sforza, S., Visioli, G. & Gullì, M. (2019) Technological quality and nutritional value of two durum wheat varieties depend on both genetic and environmental factors. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 67: 2384-2395. Hedayati,V., Mousavi, A., Alagna, F., Pandolfi, S., Razavi, K., Baldoni, L. & Hosseini Mazinani, S. (2014) Identification and gene expression analysis of AUX1 influencing adventitious root induction in olive cuttings (Olea europaea L.). Iranian Journal of Plant Biology, 6(22):127-133. (in Persian) Hu, Y. & Yu, D. (2014) Brassinosteroid insensitive2 interacts with abscisic acid insensitive5 to mediate the antagonism of brassinosteroids to abscisic acid during seed germination in Arabidopsis. The Plant Cell, 26: 4394-4408. ISTA: International Seed Testing Association (2009) International rules for seed testing-Seed Sci Tech, 49:86-41. Jeshari, M., Zeinali, N. & Arvin, M.J. (2018) Study the changes of some physiological and antioxidant properties of Lycopersicon esculentum cv Teena affected by marmarine extract (Ascophyllum nodosum). Journal Plant Proceeding and Function, 7(23):273-282. (in Persian) Kumar, G. & Sahoo, D. (2011) Effect of seaweed liquid extract on growth and yield of Triticum aestivum var Pusa Gold. Journal of Applied Phycology, 23: 251-255. Kurowska, M.M. (2020) TIP Aquaporins in Plants: Role in Abiotic Stress Tolerance in Abiotic Stress in Plants Intech Open., 94165. Li, Z., Gao,Y., Zhang,Y., Lin,C., Gong, D., Guan, Y. & Hu, J. (2018) Reactive oxygen species and gibberellin acid mutual induction to regulate tobacco seed germination. Frontiers in Plant Science, 9: 1279. 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: 402-408. Mao, H., Shen, Q. & Wang, Q. (2017) CYP701A26 is characterized as an ent-kaurene oxidase with putative involvement in maize gibberellin biosynthesis. Biotechnology letters, 39: 1709-1716. Mao, Z. & Sun, W. (2015) Arabidopsis seed-specific vacuolar aquaporins are involved in maintaining seed longevity under the control of ABSCISIC ACID INSENSITIVE 3. Journal of Experimental Botany, 66: 4781-4794. Marowa, P., Ding, A. & Kong, Y. (2016) Expansins: roles in plant growth and potential applications in crop improvement. Plant Cell Reports, 35: 949-965. Montechiarini, N.H., Delgado, L., Morandi, E.N., Carrillo, N.J. & Gosparini, C. O. (2021) The expansin EXP1 gene in the elongation zone is induced during soybean embryonic axis germination and differentially expressed in response to ABA and PEG treatments. Seed Science Research, 31: 60-68. Moradi, F., Najafi, S. & Esmaeilzadeh Bahabadi, S. (2019) The effect of green algae (Ulva fasciata L.) extract on growth and physiological parameters of Sesamum indicum. Journal Plant Proceeding and function, 8 (33):1-14. (in Persian) Naba'ee, M., Roshandel, P. & Mohammad Khani, A. (2013) The effects of Plant growth regulators on breaking seed dormancy in Silybum marianum L. Journal of Cell & Tissue, 4(1): 45-54. (in Persian) Racioppi, M., Tartaglia, M., la Rosa, D., Mara, J., Marra, M., Lopez-Capel, E. & Rocco, M. (2020) Response of ancient and modern wheat varieties to biochar application: effect on hormone and gene expression involved in germination and growth. Agronomy, 10: 5. Rafeie, M., Amerian, M.R., Sorkhi, B., Heidari, P. & Asghari, H.R. (2020) Effect of exogenous brassinosteroid application on grain yield some physiological traits and expression of genes related to this hormone signaling pathway in wheat under drought stress. Plant Genetic Researches, 6(2): 157-172. (in Persian) Shusaku, N., Masayasu, N. & Akifumi, I. (2021) Mechanism for enhancing the growth of Mung bean seedlings under simulated microgravity, NPJ. Microgravity, 7:26. Sivritepe, N. (2008) Organic priming with seaweed extract (Ascophyllum nodosum) affects viability of pepper seeds. Asian Journal of Chemistry, 20:5689. Steber, C. M. & McCourt, P. (2001) A role for brassinosteroids in germination in Arabidopsis. Plant physiology, 125: 763-769. Sudhakar, M., Kumar B.R., Mathimani, T. & Arunkumar, K. (2019) A review on bioenergy and bioactive compounds from microalgae and macroalgae-sustainable energy perspective. Journal of Cleaner Production, 228: 1320-1333. Sulova, Z., Lednicka, M. & Farkas, V. (1995) A colorimetric assay for xyloglucan-endotransglycosylase from germinating seeds. Analytical Biochemistry, 229: 80-85. Vander Willigen, C., Postaire, O., Tournaire-Roux, C., Boursiac, Y. & Maurel, C. (2006) Expression and inhibition of aquaporins in germinating Arabidopsis seeds. Plant and Cell Physiology, 47: 1241-1250. Wang, Y.P., Sonntag, K., Rudloff, E., Groeneveld, I., Gramenz, J. & Chu, C.C. (2006) Production and characterization of somatic hybrids between Brassica napus and Raphanus sativus. Plant Cell Tissue Organ Culurer, 86:279-283. Yamamura, Y., Taguchi, Y., Ichitani, K., Umebara, I., Ohshita, A., Kurosaki, F. & Lee, J-B. (2018) Characterization of ent-kaurene synthase and kaureneoxidase involved in gibberellin biosynthesis from Scoparia dulcis. Journal of Natural Medicines, 72: 456-463. Yan, A., Wu, M., Yan, L., Hu, R., Ali, I. & Gan, Y. (2014) AtEXP2 is involved in seed germination and abiotic stress response in Arabidopsis. Plos One, 9: e85208. Zhang, H., Li, M., He, D., Wang, K.& Yang, P. (2020) Mutations on ent-kaurene oxidase 1 encoding gene attenuate its enzyme activity of catalyzing the reaction from ent-kaurene to ent-kaurenoic acid and lead to delayed germination in rice. PLos Genetics,16: e1008562. Zhang, Q., Li, J., Zhang, W., Yan, S., Wang, R., Zhao, J., Li, Y., Qi, Z., Sun, Z. & Zhu, Z. (2012) The putative auxin efflux carrier OsPIN3t is involved in the drought stress response and drought tolerance. The Plant Journal, 72: 805-816.
فصلنامه علمی زیست فناوری گیاهان زراعی
دوره 11، شماره 37 - شماره پیاپی 37
خرداد 1401
صفحه 35-51
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار