
تعداد نشریات | 31 |
تعداد شمارهها | 796 |
تعداد مقالات | 7,614 |
تعداد مشاهده مقاله | 29,034,625 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 7,669,587 |
ارزیابی بیان برخی ژهای کلیدی مسیر بیوسنتز پرولین و صفات بیوشیمیایی و فیزیولوژیک دو رقم گندم نان در واکنش به تنش شوری طی مراحل اولیه رشد | ||
تحقیقات غلات | ||
دوره 14، شماره 3 - شماره پیاپی 52، آذر 1403، صفحه 213-230 اصل مقاله (317.79 K) | ||
نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22124/cr.2024.27777.1826 | ||
نویسندگان | ||
الهام اکبری1؛ سعید نواب پور* 2؛ حوریه نجفی3 | ||
1دانشآموخته کارشناسی ارشد، گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران | ||
2گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران | ||
3دانشجوی دکتری، گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران | ||
چکیده | ||
مقدمه: شوری یکی از مهمترین عاملهای محدود کننده تولید تمامی محصولات کشاورزی در بسیاری از مناطق جهان بهشمار میرود. در محیط شور، جذب عناصر غذایی در گیاهان کاهش مییابد. سازگاری گیاهان به تنشهای محیطی مستلزم تغییرات مورفولوژیک، فیزیولوژیک و بیوشیمیایی از جمله تجمع اسمولیتها است که میتوانند در زمان تنش اسمزی نقش سازگاری را ایفا کنند. یکی از پاسخهای عمومی و رایجی که گیاهان در ارتباط با تنش اسمزی از خود نشان میدهند، تجمع اسید آمینه پرولین است که بهعنوان یک اسمولیت مهم و شناخته شده طی تنش در بسیاری از اندامهای گیاهی تجمع پیدا میکند. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی الگوی بیان ژنهای P5CS و P5CR و بررسی برخی صفات فیزیولوژیک در دو رقم گندم نان طی تنش شوری در مراحل اولیه رشد انجام شد. مواد و روشها: آزمایش بهصورت کرتهای خرد شده فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با چهار تکرار اجرا شد. بذر رقمهای گندم مورد مطالعه با استفاده از اتانول 10 درصد ضدعفونی و پس از شست و شو با آب مقطر استریل، در 32 گلدان که با کوکوپیت و پرلیت به نسبت 2:1 پر شده بودند، کشت شد. در هر گلدان تعداد 15 عدد بذر از هر رقم کشت شد. تنش شوری پس از جوانهزنی و استقرار گیاهچهها توسط آب آبیاری اعمال شد، به این ترتیب که در زمان نیاز آبی گیاه، گلدانهای شاهد با آب مقطر استریل (صفر دسیزیمنس بر متر) و گلدانهای تیمار شوری با آب شور حاوی NaCl (12 دسیزیمنس بر متر) آبیاری شدند. پس از رسیدن گیاهان به مرحله رشد پنجهزنی و ساقهدهی، از هر گلدان آزمایشی تعداد پنج بوته تصادفی بهعنوان نمونه برداشت شد و صفات بیوشیمیایی شامل کلروفیل، پرولین، شاخص اکسیداسیون سلولی، میزان پتاسیم و سدیم در هر دو مرحله از رشد گیاه اندازهگیری شد. همچنین، ارزیابی بیان برخی ژنها شامل P5CS و P5CR نیز روی نمونههای برگی صورت گرفت. یافتههای تحقیق: نتایج بهدست آمده از این آزمایش نشان داد که اثرات تنش شوری و رقم بر تمامی صفات بیوشیمیایی اندازهگیری شده (بهجز اثر رقم بر میزان سدیم) معنیدار بود. بررسی محتوای کلروفیلهای a و b نشان دهنده کاهش محتوای هر دو کلروفیل در در هر دو رقم بود و این کاهش در مرحله رشد پنجهدهی محسوستر بود. میزان آنزیمهای کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز در هر دو رقم احسان و بهاران تحت تاثیر تنش شوری افزایش یافت که این افزایش در رقم احسان در مرحله ساقهدهی چشمگیرتر بود. میزان سدیم نیز در اثر تنش شوری افزایش یافت، اما این افزایش در رقم بهاران در مرحله پنجهزنی و در رقم احسان در مرحله ساقهدهی معنیدار نبود. در مقابل، تغییرات میزان پتاسیم در اثر تنش شوری در دو رقم متفاوت بود، بهطوری که میزان پتاسیم در رقم بهاران در هر دو مرحله از رشد در اثر تنش شوری افزایش قابل توجه و معنیداری را نشان داد، در حالیکه در رقم احسان در مرحله پنجهزنی بهطور معنیداری کاهش یافت، اما در مرحله ساقهدهی تغییرات معنیداری مشاهده نشد. بررسی میزان پرولین نیز افزایش معنیدار آن را در اثر تنش شوری در هر دو رقم و در هر دو مرحله از رشد نشان داد. علاوه بر این، میزان فعالیت هر دو ژن یعنی P5CS و P5CR نیز در هر دو رقم گندم مورد مطالعه در اثر تنش شوری افزایش یافت و نشان داد که رابطه مستقیمی بین تغییرات میزان پرولین با فعالیت ژنهای دخیل در مسیر بیوسنتز آن یعنی P5CS و P5CR تحت تاثیر تنش شوری وجود دارد. نتیجهگیری: ارزیابی صفات بیوشیمیایی و همچنین بررسی بیان ژنها در دو رقم گندم مورد مطالعه در این تحقیق نشان داد که رقم احسان میتواند بهعنوان یک رقم متحمل به شوری معرفی و در برنامههای بهنژادی آینده برای افزایش تحمل به شوری در گندم استفاده شود. | ||
کلیدواژهها | ||
پرولین؛ تنش غیرزیستی؛ ژنهای P5CS و P5CR؛ سوپراکسید دیسموتاز؛ کاتالاز | ||
مراجع | ||
Abdelaziz, M., Xuan, T., Mekawy, A., Wang, H., & Khanh, T. (2018). Relationship of salinity tolerance to Na+ exclusion, proline accumulation, and antioxidant enzyme activity in rice seedlings. Agriculture, 8(11), 166. doi: 10.3390/agriculture8110166.##Aebi, H. (1984). Catalase in vitro. Methods in Enzymology, 105, 121-126. doi: 10.1016/S0076-6879(84)05016-3.##Al-Tawaha, A. R., Samarah, N., & Ranga, A. D., Darvhankar, M. S., Saranraj, P., Pour-Aboughadareh, A., Siddique, K. H. M., Imran, A., Qaisi, A. M., Al-Tawaha, A. R., Khalid, S., Rauf, A., Thangadurai, D., Sangeetha, J., Fahad, S., Al-Taisan, W. A., & Al-Taey, D. K. A. (2021). Soil salinity and climate change. In: Fahad, S., Sonmez, O., Saud, S., Wang, D., Wu, C., Adnan, M., & Turan, V. (Eds.). Sustainable Soil and Land Management and Climate Change. CRC Press. pp. 83-93. doi: 10.1201/9781003108894.##Amini, A., Amirnia, R., & Gazvini, H. (2016). Evaluation of relationship between physiological and agronomic traits related to salinity tolerance in bread Wheat (Triticum aestivum L.) genotypes. Iranian Journal of Crop Sciences, 17(4), 329-348. [In Persian]. dor: 20.1001.1.15625540.1394.17.4.6.4.##Anjum, F., Yaseen, M., Rasool, E., Wahid, A., & Anjum, S. ( 2003). Water stress in barley (Hordeum vulgare L.). II. Effect on chemical composition and chlorophyll contents. Pakistan Journal of Agricultural Science, 40(1-2), 43-49.##Askari Kolestani, A. R., Ramadanpour, S. S., Barzoui, A., Sultanlou, H., & Nawabpour, S. (2016). Study of biochemical and molecular changes of salt tolerance in bread wheat lines (Triticum aestivum L.) irradiated with gamma rays. Ph. D. Dissertation, Gorgan University of Agriculture and Natural Resources, Gorgan, Iran. [In Persian].##Bates, L. S., Waldren, R. P. A., & Teare, I. D. (1973). Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant & Soil, 39, 205-207. doi: 10.1007/BF00018060.##Beyer Jr. W. F., & Fridovich, I. (1987). Assaying for superoxide dismutase activity: Some large consequences of minor changes in conditions. Analytical Biochemistry, 161(2), 559-566. doi: 10.1016/0003-2697(87)90489-1.##Chen, J., Zhang, X., & Jing, R. (2010). Cloning and genetic diversity analysis of a new P5CS gene from common bean (Phaseolus vulgaris L.). Theoretical & Applied Genetics, 120, 1393-1404. doi: 10.1007/s00122-010-1263-3.##Dar, M. I., Naikoo, M. I., Rehman, F., Naushin, F., & Khan, F. A. (2016). Proline accumulation in plants: Roles in stress tolerance and plant development. In: Iqbal, N., Nazar, R., & Khan, N. A. (Eds.). Osmolytes and Plants Acclimation to Changing Environment: Emerging Omics Technologies. Springer, New Delhi. pp. 155-166. doi: 10.1007/978-81-322-2616-1_9.##Erskine, P. D., Stewart, G. R., Schmidt, S., Turnbull, M. H., Unkovich, M., & Pate, J. S. (1996). Water availability – A physiological constraint on nitrate utilization in plants of Australian semi‐arid muiga woodlands. Plant, Cell & Environment, 19(10), 1149-1159. doi: 10.1111/j.1365-3040.1996.tb00430.x.##Esfandiari, E., Enayati, V., & Abbasi, A. (2011). Biochemical and physiological changes in response to salinity in two durum wheat (Triticum turgidum L.) genotypes. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, 39(1), 165-170. doi: 10.15835/nbha3915625.##Farooq, M., Wahid, A., Kobayashi, N., Fujita, D., & Basra, S. M. A. ( 2009). Plant drought stress: Effects, mechanisms and management. Agronomy for Sustainable Development, 29, 185-212. doi: 10.1051/agro:2008021.##Feng, X. J., Li, J. R., Qi, S. L., Lin, Q. F., Jin, J. B., & Hua, X. J. (2016). Light affects salt stress-induced transcriptional memory of P5CS1 in Arabidopsis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 113(51), E8335-E8343. doi: 10.1073/pnas.1610670114.##Forlani, G., Bertazzini, M., & Cagnano, G. (2019). Stress‐driven increase in proline levels, and not proline levels themselves, correlates with the ability to withstand excess salt in a group of 17 Italian rice genotypes. Plant Biology, 21(2), 336-342. doi: 10.1111/plb.12916.##Funck, D., Baumgarten, L., Stift, M., Von Wirén, N., & Schönemann, L. (2020). Differential contribution of P5CS isoforms to stress tolerance in Arabidopsis. Frontiers in Plant Science, 11, 565134. doi: 10.3389/fpls.2020.565134.##Gholizadeh, D., Amini, A., & Akbarpour, O. A. (2016). Investigating the genetic diversity of Iranian bread wheat germplasms in terms of tolerance to salt stress. Journal of Crop Breeding, 10(26), 173-184. [In Persian]. doi: 10.29252/jcb.10.26.173.##Gill, S. S., & Tuteja, N. (2010). Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant Physiology & Biochemistry, 48(12), 909-930. doi: 10.1016/j.plaphy.2010.08.016.##Hagege, D., Nouvelot, A., Boucard, J., & Gaspar, T. (1990). Malondialdehyde titration with thiobarbiturate in plant extracts: Avoidance of pigment interference. Phytochemical Analysis, 1(2), 86-89. doi: 10.1002/pca.2800010208.##Han, B., Wang, C., Tang, Z., Ren, Y., Li, Y., Zhang, D., Dong, Y., & Zhao, X. (2015). Genome-wide analysis of microsatellite markers based on sequenced database in Chinese spring wheat (Triticum aestivum L.). PLoS One, 10(11), e0141540. doi: 10.1371/journal.pone.0141540.##Hasanuzzaman, M., Nahar, K., Gill, S. S., & Fujita, M. (2014) Drought stress responses in plants, oxidative stress, and antioxidant defense. In: Tuteja, N., & Gill, S. S. (Eds.). Climate Change and Plant Abiotic Stress Tolerance. Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaApp. 209-249. doi: 10.1002/9783527675265.ch09.##Hasegawa, P. M., Bressan, R. A., Zhu, J. K. & Bohnert, H. J. (2000). Plant cellular and molecular responses to high salinity. Annual Review of Plant Biology, 51(1), 463-499. doi: 10.1146/annurev.arplant.51.1.463.##Lehmann, S., Funck, D., Szabados, L., & Rentsch, D. (2010). Proline metabolism and transport in plant development. Amino Acids, 39, 949-62. doi: 10.1007/s00726-010-0525-3.##Kavi Kishor, P. B., Sangam, S., Amrutha, R. N., Sri Laxmi, P., Naidu, K. R., Rao, K. R. S. S., Rao, S., Reddy, K. J., Theriappan, P., & Sreenivasulu, N. (2005). Regulation of proline biosynthesis, degradation, uptake and transport in higher plants: Its implications in plant growth and stress tolerance. Current Science, 88(3), 424-438.##Kiani, D., Soltanloo, H., Ramezanpour, S. S., Nasrolahnezhad Qumi, A. A., Yamchi, A., Zaynali Nezhad, K., & Tavakol, E. (2017). A barley mutant with improved salt tolerance through ion homeostasis and ROS scavenging under salt stress. Acta Physiologiae Pplantarum, 39, 90. doi: 10.1007/s11738-017-2359-z.##Kibria, M. G., Hossain, M., Murata, Y., & Hoque, M. A. (2017). Antioxidant defense mechanisms of salinity tolerance in rice genotypes. Rice Science, 24(3), 155-162. doi: 10.1016/j.rsci.2017.05.001.##Molassiotis, A., Tanou, G., Diamantidis, G., Patakas, A., & Therios, I. (2006). Effects of 4-month Fe deficiency exposure on Fe reduction mechanism, photosynthetic gas exchange, chlorophyll fluorescence and antioxidant defense in two peach rootstocks differing in Fe deficiency tolerance. Journal of Plant Physiology, 163(2), 176-185. doi: 10.1016/j.jplph.2004.11.016.##Moloudi, F., Navabpour, S., Soltanloo, H., Ramezanpour, S. S., & Sadeghipour, H. (2013). Catalase and metallothionein genes expression analysis in wheat cultivars under drought stress condition. Journal of Plant Molecular Breeding, 1(2), 58-64. doi: 10.22058/JPMB.2013.3262.##Nabiollahi, K., Taghizadeh-Mehrjardi, R., Kerry, R., & Moradian, S. (2017). Assessment of soil quality indices for salt-affected agricultural land in Kurdistan Province, Iran. Ecological Indicators, 83, 482-494. doi: 10.1016/j.ecolind.2017.08.001.##Nanjo, T., Kobayashi, M., Yoshiba, Y., Sanada, Y., Wada, K., Tsukaya, H., Kakubari, Y., Yamaguchi-Shinozaki, K., & Shinozaki, K. (1999). Biological functions of proline in morphogenesis and osmotolerance revealed in antisense transgenic Arabidopsis thaliana. Plant Journals, 18(2), 185-193. doi: 10.1046/j.1365-313x.1999.00438.x.##Neill, S., Desika, R., & Hancock, J. (2002). Hydrogen peroxide signaling. Current Openion in Plant Biology, 5, 388-395. doi: 10.1016/s1369-5266(02)00282-0.##Niazkhani, S. M., Mandolakani, B., Jafari, M., & Rasouli Sadkiani, M. M. (2018). The effect of soil zinc deficiency on the activity of antioxidant enzymes and biochemical parameters in bread wheat. Crop Physiology Journal, 11(41), 5-27. [In Persian]. doi: 20.1001.1.2008403.1398.11.41.1.6.##Nounjan, N., Nghia, P. T., & Theerakulpisut, P. (2012). Exogenous proline and trehalose promote recovery of rice seedlings from saltstress and differentially modulate antioxidant enzymes and expression of related genes. Journal of Plant Physiology, 169(6), 596-604. doi: 10.1016/j.jplph.2012.01.004.##Porra, R. J., Thompson, W. A., & Kriedemann, P. E. (1989). Determination of accurate extinction coefficients and simultaneous equations for assaying chlorophylls a and b extracted with four different solvents: verification of the concentration of chlorophyll standards by atomic absorption spectroscopy. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics, 975(3), 384-394. doi: 10.1016/S0005-2728(89)80347-0.##Prasad, R., & Power. J. F. (1997). Soil Fertility Mmanagement for Ssustainabl Agriculture. 1st Edition. CRC Press. 382 p.##Qiao, K., Fang, C., Chen, B., Liu, Z., Pan, N., Peng, H., Hao, H., Xu, M., Wu, J., & Liu, S. (2020). Molecular characterization, purification, and antioxidant activity of recombinant superoxide dismutase from the Pacific abalone Haliotis discus hannai Ino. World Journal of Microbiology & Biotechnology, 36, 115. doi: 10.1007/s11274-020-02892-5.##Safdar, H., Amin, A., Shafiq, Y., Ali, A., Yasin, R., Shoukat, A., & Sarwar, M. I. (2019). A review: Impact of salinity on plant growth. Nature & Science, 1(1), 34-40. doi: 10.7537/marsnsj170119.06.##Seki, M., Narusaka, M., & Ishida, J. (2005) Monitoring the expression proles of 7000 Arabidopsis genes under drought, cold and high-salinity stresses using a full-length cDNA microarray. Plant Journal, 31, 279-292. doi: 10.1046/j.1365-313x.2002.01359.x.##Shafi, A., Gill, T., Sreenivasulu, Y., Kumar, S., Ahuja, P. S., & Singh, A. K. (2015). Improved callus induction, shoot regeneration, and salt stress tolerance in Arabidopsis overexpressing superoxide dismutase from Potentilla atrosanguinea. Protoplasma, 252(1), 41-51. doi: 10.1007/s00709-014-0653-9.##Sharma, P., Jha, A. B., Dubey, R. S., & Pessarakli, M. (2012). Reactive oxygen species, oxidative damage, and antioxidative defense mechanism in plants under stressful conditions. Journal of Botany, 217037. doi: 10.1155/2012/217037.##Shiferaw, B., Smale, M., Braun, H. J., Duveiller, E., Reynolds, M., & Muricho, G. (2013). Crops that feed the world 10. Past successes and future challenges to the role played by wheat in global food security. Food Security, 5(3), 291-317. doi: 10.1007/s12571-013-0263-y.##Sofo, A., Dichio, B., Xiloyannis, C., & Masia, A. (2004). Lipoxygenase activity and proline accumulation in leaves and roots of olive trees in response to drought stress. Physiologia Plantarum, 121(1), 58-65. doi: 10.1111/j.0031-9317.2004.00294.x.##Somboonwatthanaku, I., Dorling, S., Leung, S., & McManus, M. T. (2010). Proline biosynthetic gene expression in tissue cultures of rice (Oryza sativa L.) in response to saline treatment. Plant Cell, Tissue & Organ Culture, 103, 369-376. doi: 10.1007/s11240-010-9790-9.##Su, M., Li, X. F., Ma, X. Y., Peng, X. J., Zhao, A. G., Cheng, L. Q., Chen, S. Y., & Liu, G. S. (2011). Cloning two P5CS genes from bioenergy sorghum and their expression profiles under abiotic stresses and MeJA treatment. Plant Science, 181(6), 652-659. doi: 10.1016/j.plantsci.2011.03.002.##Turkan, I., & Demiral, T. (2009). Recent developments in understanding salinity tolerance. Environmental & Experimental Botany, 67(1), 2-9. doi: 10.1016/j.envexpbot.2009.05.008.##Verbruggen, N., & Hermans, C. (2008). Proline accumulation in plants: A review. Amino Acids, 35, 753-759. doi: 10.1007/s00726-008-0061-6.##Viera Santos, C. (2004). Regulation of chlorophyll biosynthesis and degradation by salt stress in sunflower leaves. Scientia Horticulturae, 103(1), 93-99. doi: 10.1016/j.scienta.2004.04.009.##Wang, M., Zhao, X., Xiao, Z., Yin, X., Xing, T., & Xia, G. (2016). A wheat superoxide dismutase gene TaSOD2 enhances salt resistance through modulating redox homeostasis by promoting NADPH oxidase activity. Plant Molecular Biology, 91(1-2), 115-130. doi: 10.1007/s11103-016-0446-y.##Jing, Yd., He, Zl, & Yang, Xe. (2007). Role of soil rhizobacteria in phytoremediation of heavy metal contaminated soils. Journal of Zhejiang University Science B, 8, 192-207. doi: 10.1631/jzus.2007.B0192.##Yu, Z., Duan, X., Luo, L., Dai, S., Ding, Z., & Xia, G. (2020). How plant hormones mediate salt stress responses. Trends in Plant Science, 25(11), 1117-1130. doi: 10.1016/j.tplants.2020.06.008.##Zamocky, M., Furtmüller, P. G., & Obinger, C. (2008). Evolution of catalases from bacteria to humans. Antioxidants & Redox Signaling, 10(9), 1527-1548. doi: 10.1089/ars.2008.2046.##Yoshiba, Y., Kiyosue, T., Nakashima, K., Yamaguchi-Shinozaki, K., & Shinozaki, K. (1997). Regulation of levels of proline as an osmolyte in plants under water stress. Plant & Cell Physiology, 38(10), 1095-1102. doi: 10.1093/oxfordjournals.pcp.a029093.##Zhou, Y., Tang, N., Huang, L., Zhao, Y., Tang, X., & Wang, K. (2018). Effects of salt stress on plant growth, antioxidant capacity, glandular trichome density, and volatile exudates of Schizonepeta tenuifolia Briq. International Journal of Molecular Sciences, 19(1), 252. doi: 10.3390/ijms19010252. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 324 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 91 |