فهرست مطالب

زیست فناوری گیاهان زراعی - پیاپی 23 (پاییز 1397)

مجله زیست فناوری گیاهان زراعی
پیاپی 23 (پاییز 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/09/07
  • تعداد عناوین: 6
|
  • زهرا حاجی برات، عباس سعیدی *، زهره حاجی برات صفحات 1-14
    آغاز گلدهی فاکتور مهمی است که عملکرد گیاه را تحت تاثیر قرار می دهد. عوامل محیطی تاثیر معنی داری بر مرحله گلدهی می گذارند. آنالیز بیوانفورماتیک فاکتور رونویسی MADS-box که به عنوان اجزای مهم در تشکیل گلدهی انجام گرفت. برکپودیوم گیاه مدل جدیدی است که برای درک بهتر مکانیسم های ژنتیکی، سلولی و بیولوژی مولکولی گیاهان مورد استفاده قرار می گیرد. در این مطالعه 43 توالی ژن های MADS-box برکپودیوم با استفاده از روابط فیلوژنی، موتیف های محافظت شده، نقشه کروموزومی، آنالیز جایگاه اتصال فاکتور رونویسی و ترکیبات آمینواسیدهای آنالیز شدند. هدف از این مطالعه شناخت بهتر مکانیسم های مولکولی مرتبط با گلدهی می باشد. در این مطالعه، نتایج نشان داد که ژن هایMADS-box بر روی تمامی کروموزوم های برکپودیوم پراکنده هستند، درحالی که کلاسترهای ژنی بر روی تمامی کروموزم ها به جز کروموزم شماره پنج قرار داشتند. آنالیز ترکیبات آمینواسیدی نشان داد که لوسین، سرین و گلوتامات بالاترین مقدار و پایین ترین میزان مربوط به تریپتوفان بود که باعث القای گلدهی می شود. براساس آنالیز فیلوژنی ژن ها به 4 گروه تقسیم بندی شدند. تست تاجیما وجود انتخاب متعادل را در توالی MADS-box پیش بینی می کند و درنتیجه، پلی مورفیسم در توالی ها حفظ می شود. در نتیجه می توان گفت که تنوع کل در ژن های MADS-box بالا بوده است. در مجموع، نتایج ما اطلاعات مفیدی برای بررسی ژن های درگیر در پاسخ به گلدهی فراهم نموده و شناخت مکانیسم مولکولی و روابط بین ژنی در مسیر گلدهی را تسهیل ساخته است.
    کلیدواژگان: فیلوژنی، MADS-box، فاکتور رونویسی، گلدهی، پلی مورفیسم
  • پرویز حیدری *، توماس نوسباومر صفحات 15-24
    روش های نسل نوین توالی یابی همچون RNA-Seq توانایی ارائه حجم بالایی از اطلاعات در زمینه رونوشت ژن ها را دارند. بازسازی شبکه ژن های هم بیان بر اساس اطلاعات حاصل از داده های RNA-seq اطلاعات ارزشمندی جهت درک سیستم پاسخی گیاهان به تغییرات محیطی را ارائه می دهد. لذا در این تحقیق پروفایل کامل بیانی ژن های گوجه فرنگی تحت تیمار دمای پایین با استفاده از روش شبکه های هم بیان وزن دار مورد آنالیز قرار گرفت. نتایج کلاسترهای هم بیان نشان داد که 20267ژن نرمال شده در هشت ماژول معنادار قرار می گیرند. نتایج آنالیز عبارات GO نشان داد که بین گروه های هم بیان عملکردهای متفاوتی بر حسب فرایندهای بیولوژی و عملکرد مولکولی وجود دارد. بر این اساس ماژول اول به پروتئین های شوک دمایی (HSPs) اختصاص یافت. پروتئین کینازها و پروتئین های درگیر در تغییرات پس از ترجمه به ترتیب در ماژول دوم و سوم قرار گرفتند. پروموتور ژن های ماژول پنج با توجه به الگوی بیان متفاوت در ژنوتیپ ها مورد بررسی قرار گرفت. عناصر سیس ACGTG و TTGACدر پروموتور همه ژن ها مشاهده شدند. عوامل رونویسی خانواده AP2/ERF و ZF-HD دارای بیشترین جایگاه اتصال در پروموتور ژن های ماژول پنج بودند. نتایج حاصل توانست عناصر تنظیمی کلیدی که در تنظیم بیان یک شبکه ژنی تحت تنش سرما و فرایندهای آنتی اکسیدانتی درگیر بودند، را معرفی نماید.
    کلیدواژگان: عناصر Cis، ماژول ها، شبکه های هم بیان وزندار، فرایندهای مولکولی
  • احمدعلی شوشی دزفولی* ، احمد کلانتر احمدی صفحات 25-39
    یکی از عمده ترین مشکلات در تولید و گسترش سطح کشت یونجه در جهان و از جمله ایران، شوری است. در گیاهان شناخت کامل مکانیسم های تحمل و ژن های درگیر در شرایط تنش می تواند باعث بهبود تحمل تنش های مختلف در گیاهان زراعی با استفاده از روش هایی چون دستکاری ژنتیکی شود. یکی از مهم ترین روش های کنترل تنش در گیاهان، تنظیم در مرحله رونویسی ژن هاست. عوامل رونویسی از طریق اتصال به عناصر رونویسی در پروموتور DNA میزان بیان بسیاری از ژن ها را تنظیم می کنند و بنابراین اهمیت بسزایی در تحمل تنش شوری در گیاهان دارا می باشند. در این پژوهش میزان بیان 4 ژن از عوامل رونویسی MYB (MYB112 و MYB14) و WRKY (WRKY53 و WRKY70) تحت تنش شوری در بافت برگ و ریشه ژنوتیپ یزدی (به عنوان ژنوتیپ متحمل شوری) و ژنوتیپ دیابلورده (به عنوان ژنوتیپ حساس شوری) مورد مطالعه قرار گرفت. انتخاب ژن های مذکور بر اساس تجزیه آماری داده های ریزآرایه یک مطالعه مربوط به تاثیر تنش شوری بر گیاه یونجه یکساله (Medicago truncatula) بود. تنش شوری کوتاه مدت باعث ایچاد تنوع قابل ملاحظه در بیان ژن های مذکور در بافت برگ و ریشه دو ژنوتیپ یزدی و دیابلورده گردید. با کمک آنالیز qRT-PCR (PCR در زمان واقعی) مشخص شد که بیان بالاتر فاکتورهای رونویسی MYB112 و MYB14 تحمل بیشتر به تنش شوری را به همراه داشته است. این یافته می تواند به نژادگران نبات را برای استفاده از این عوامل رونویسی جهت انتخاب ژنوتیپ های متحمل به نمک در یونجه های زراعی یاری نماید.
    کلیدواژگان: qRT-PCR، شوری، MYB، WRKY، یونجه
  • سیده زهرا حسینی، احمد اسماعیلی *، فرهاد نظریان فیروز آبادی، حسین فلاحی، عبدالحسین رضایی نژاد صفحات 41-55
    عدس یکی از لگوم های دانه ای مهم از نظر غذایی (به عنوان منبع غنی از پروتئین) و صنعتی (مثل صنعت بیوپلیمر) است و عملکرد پایین این گیاه در ایران نسبت به متوسط جهانی متاثر از تنش های محیطی به ویژه خشکی است. شناسایی نشانگرهای مولکولی مرتبط با ژن های دخیل در مقاومت به خشکی در ژنوم گیاه می تواند به نژادگران را در انجام برنامه های اصلاحی گیاهان مقاوم به خشکی کمک نماید. در این مطالعه هدف شناسایی نشانگرهای EST-SSR پیوسته با ژن های پاسخ دهنده به تنش خشکی بود که امید می رود که از این اطلاعات به منظور شناسایی ژنوتیپ های مقاوم به خشکی در برنامه های به نژادی بهره برد. جهت اعمال تنش از پلی اتیلن گلیکول استفاده شد و پس از پایان تنش نمونه گیری از بافت برگ انجام شد. سپس RNA کل استخراج و کتابخانه های cDNA مورد توالی یابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که تعداد 10547 (16 درصد) از یونی ژن ها حداقل یک توالیEST-SSR را دارا بودند و حدود 5/27 درصد از این یونی ژن ها مستندسازی و در نهایت برای آنها رابطه هستی شناسی تعیین شد. بیشترین نشانگرها به ترتیب مربوط به تکرار های 1، 3 و 2 نوکلئوتیدی (با فراوانی 03/46، 25/37 و18/15 درصد) بودند. نتایج مستند سازی کارکردی این یونی ژن ها نشان داد که بیشترین تعداد EST-SSRها به ترتیب به زیر گروه اتصال با 872، زیرگروه فعالیت کاتالیتیکی با 806، فرآیند متابولیکی با 755 و بخش های سلول با 651 یونی ژن اختصاص داشت. نتایج نشان داد که ژن های دارای این نشانگرها در اعمال حیاتی مهمی دخیل هستند و ابزار مناسبی برای مطالعه ژن های دخیل در تحمل به تنش ها از جمله تنش خشکی هستند.
    کلیدواژگان: عدس، نشانگر، EST-SSR، تنش خشکی
  • ملیحه شهرکی، عباسعلی امام جمعه *، براتعلی فاخری، بهمن فاضلی نسب صفحات 57-78
    در این پژوهش جهت بررسی تنوع ژنتیکی ارقام رایج گندم سیستان برای مقاومت به بیماری زنگ از 10 جفت آغازگر ریزماهواره ای پیوسته به ژن های مقاومت به بیماری زنگ های زرد، قهوه ای و سیاه استفاده شد. آغازگرهای 12C، SCS719 و Xgdm116 با 3 آلل کمترین و آغازگر Xgwm443 با 7 آلل، بیشترین آلل را داشتند. میانگین تعداد آلل در کل جایگاه ها برابر 55/4 بود. بیشترین شاخص چندشکلی (39/0) و شاخص نشانگری (29/2) به ترتیب مربوط به آغازگر Xgdm116 و Xgwm533 و کمترین میزان شاخص چندشکلی (1/0) و شاخص نشانگری (33/0) مربوط به آغازگر Xcfd36 بود. بیشترین تعداد آلل موثر، شاخص تنوع شانن و شاخص تنوع نی به ترتیب 45/1، 63/0، 44/0 متعلق به آغازگر Xgdm116 و کمترین میزان آلل موثر، شاخص تنوع شانن و شاخص تنوع نی به ترتیب 18/1، 19/0، 11/0 متعلق به آغازگر Xcfd36 بود. در بین ارقام گندم بیشترین درصد مکان چندشکلی، تعداد آلل موثر، شاخص تنوع نی و شاخص تنوع شانن به ترتیب 53/39، 27/1، 16/0 و 23/0 متعلق به رقم ارگ بود. تغییرات درون و بین ارقام با استفاده از تجزیه واریانس مولکولی نشان داد که 55 درصد کل تغییرات ژنتیکی درون ارقام وجود دارد. بیشترین و متنوع ترین ژن های مقاومت به زنگ از لحاظ مقاومت به بیماری زنگ زرد و قهوه ای به ترتیب، در رقم ارگ و رقم افلاک و نسبت به هر سه زنگ در رقم ارگ بود. آغازگرهای Xgdm116، Xwmc810 و SCS719 موثرترین آغازگرها در شناسایی و جداسازی ارقام مقاوم و حساس بودند. با توجه به اینکه رقم ارگ دارای بیشترین و متنوع ترین ژن های مقاومت بوده لذا پیشنهاد می گردد به عنوان یکی از پایه های پدری یا مادری در برنامه های اصلاحی مورد استفاده قرار گیرد.
    کلیدواژگان: گندم، تنوع ژنتیکی، نشانگر ریزماهواره، بیماری زنگ، مقاومت
  • سید حمیدرضا هاشمی پطرودی *، حمیدرضا قربانی، مارکوس کولمن صفحات 79-92
    تحلیل داده های زیستی نقش مهمی در بررسی ژن ها در پاسخ به تنش ها دارد. هالوفیت Aeluropus littoralis، منبع ژنتیکی ارزشمندی در شناسایی ژن های دخیل در تحمل گیاه به تنش ها می باشد. در مطالعه حاضر، ژن فسفوگلیسرات دهیدروژناز (PGDH) به عنوان اولین آنزیم موثر در تولید سرین، بر اساس توالی EST ثبت شده از گیاه آلوروپوس در شرایط تنش شوری و با استفاده از روش RLM-RACE جداسازی شد. با همپوشانی توالی ناحیه 3 و EST، قطعه ای به طول bp 1506 شامل ناحیه ORF به طول 1268 و ناحیه 3UTR به طول 238 نوکلئوتید بدست آمد. بررسی فیلوژنتیکی AlPGDH با دیگر ژن های اورتولوگ در گیاهان مختلف انجام و همولوگ های ژن PGDH شناسایی شد. درخت فیلوژنتیکی بیانگر قرابت بالای ژن AlPGDH با گیاهان تک لپه و خانواده غلات مانند سورگوم، ارزن دم روباهی و برنج بود. بررسی شبکه هم بیانی ژن AtPGDH، بیانگر نقش موثر ژن PGDH در مسیرهای بیوسنتزی از جمله تولید آمینو اسیدها، تولید متابولیت های ثانویه و مسیر متابولیسم گلایسین، سرین و ترئونین بوده و آنالیز بیانی این سیلیکو آن نیز حاکی از افزایش بیان ژن AtPGDH در تنش های مختلف می باشد. بررسی فنوتیپی جهش یافته خاموش شده (آرابیدوپسیس) این ژن در تنش های کلرید سدیم و PEG حاکی از کاهش شدید خصوصیات رشدی گیاهان جهش یافته نسبت به کنترل بود که می تواند تاییدی بر نقش ژن در تنظیمات پاسخ به تنش های شوری و خشکی باشد. یافته های این تحقیق، خصوصیات عملکردی ژن PGDH، تغییرات فنوتیپی گیاهان جهش یافته pgdh در مواجهه با تنش شوری و خشکی و نقش احتمالی آن را در افزایش تحمل گیاه به تنش ها ارائه می نماید.
    کلیدواژگان: تنش غیرزیستی، سرین، ژن PGDH، T-DNA، هالوفیت
|
  • Zahra Hajibarat, Abbas Saidi *, Zohreh Hajibarat Pages 1-14
    Flower initiation is an important factor influencing plant yield. Environmental factors significantly affect flowering initiation. Bioinformatic analysis was performed on MADS-box transcription factors which are considered as important components in the flower formation. Brachpodium is a new experimental model which used to understand the genetic, cellular mechanism and molecular biology of plants. In this study, 43 sequences of Brachypodium MADS-box genes were analyzed using phylogeny relationships, conserved motifs, chromosomal location, detection of transcription factor binding sites, and amino acid composition. The aim of this study was to better identify molecular mechanisms related to flowering. In this study, results showed that MADS-box genes distribute on all Brachypodium chromosomes, while gene clusters were located on all chromosomes except chromosome five. Analysis of the amino acid composition revealed that lucine, serine, and glutamate, with the highest amount, and tryptophan, with the least amount, elicit appreciable flowering. Based on the phylogeny analysis the genes were divided to four clusters. Tajima test indicated the presence of balancing selection in MADS-box sequences and as a result polymorphism is conserved in the sequences. Thus, the total diversity in MADS-box genes were high. Overall, our results provided useful information for the survey of flowering response genes, thereby detection of molecular mechanism and intergenic relationships facilitate flowering pathway.
    Keywords: Phylogeny, MADS-box, Transcription factor, Flowering, Polymorphism
  • Parviz Heidari *, Thomas Nussbaumer Pages 15-24
    Next-generation sequencing (NGS) techniques such as RNA-Seq can provide expression information per gene and can be used to construct co-expression networks. These networks can produce valuable information to understand plant responses when facing environmental changes. In this study, a complete profile of tomato gene expressions under low temperature treatment was analyzed by “Weighted Gene Co-expression Network Analysis”. The clustering results allowed to group 20,267 genes into eight modules. The results of Gene ontology (GO) term analysis highlighted different functions between co-expression groups in terms of biological process and molecular function. Accordingly, the first module overrepresented to heat shock proteins (HSPs). Protein kinases and proteins involved in post-translational modification were in the second and third modules, respectively. The promoter of genes in fifth module was screened according to the different expression patterns in the tomato genotypes. The cis-elements such as ACGTG and TTGAC were observed in promoter site of all genes. The transcription factor families of AP2 / ERF and ZF-HD have the highest binding status in promoter of genes of the fifth module. The results present the key cis-regulatory elements that effect on co-expressed genes network and involve in anti-oxidant process under cold stress.
    Keywords: Cis elements, Modules, Weighted Gene Co-expression Network, Molecular functions
  • Ahmad Ali Shoushi Dezfuli *, Ahmad Kalantar ahmadi Pages 25-39
    Salinity is one the major problems for production and increasing the area under cultivation around the world and Iran. Understanding of defense mechanisms and genes involved could improve tolerance to different stresses in crops by using some methods such as genetic manipulation. Regulation in the gene transcription phase is one the most methods to control stress in plants. Transcription factors thought binding with transcription elements in DNA promoters regulate genes expression which plays a key role in tolerance to salinity stress in plants. An experiment was conducted to evaluate four genes expression of transcription factors of MYB (MYB14 and MYB112) and WRKY (WRKY53 and WRKY70) in leaf and root tissue of Yazdi genotype (tolerant genotype to salinity) and Diabloverde (sensitive genotype to salinity) under salinity stress. The selection of these genes was based on the statistical analysis of the microarray data that was related to a study on the effect of salinity stress on Medicago truncatula. Short-term salinity stress caused a significant variation in the expression of these genes in leaf and root tissues of Yazdi and Diabloverde genotypes. Real-Time PCR analysis revealed that higher expression of transcription factors (MYB112 and MYB14) associated with more tolerance to salinity stress. This finding could be assisted plant breeders to apply these transcriptional factors to choose tolerant genotypes to salinity in alfalfa.
    Keywords: qRT-PCR, Salinity, MYB, WRKY, Alfalfa
  • Seyedeh Zahra Hosseini, Ahmad Ismaili *, Farhad Nazarian Firouzabadi, Hossein Fallahi, Abdolhossein Rezaeinejad Pages 41-55
    Lentil (Lens culinaris) is one of the important grain legumes in feeding (as protein-reach food) and industry (such as biopolymer industry) and the problem of lower yield of this plant in Iran rather than average global yield is affected by exposure of plant to environmental stresses especially drought. Identification of molecular markers that closely linked to drought resistant genes help to implementation of breeding programs aimed at the production of drought tolerant plants. The gol of this study was identification of EST-SSR markers which closely linked to the genes involved in drought resistance and use of these information in identification of drought resistant genotypes in breeding programs. PEG was used for stress treatment, and after conduction of treatments, leaf samples were collected. Total RNA was extracted and cDNA libraries were sequenced. Results showed that 10546 (16%) of uni-genes contained at least one EST-SSR and about 27.5% of these sequences were annotated. Among different SSR motif-classes, tri-nucleotide repeats (46.03%) were the most abundant followed by mono-nucleotide repeats (37.25%) and di-nucleotide repeats (15.18%). The results of the functional annotation of these sequences, showed that the highest number of EST-SSRs were belonged to subgroups of binding (872), catalytic activity (806), metabolic processes (755), and cell components (651), respectively.The results showed that genes associated with these markers, involved in important biological functions and are an appropriate tool for study the genes involved in tolerance to stresses including drought stress.
    Keywords: Lentil, Marker, EST-SSR, drought stress
  • Maliheh Shahraki, Abbasali Emamjomeh *, Baratali Fakheri, Bahman Fazeli, Nasab Pages 57-78
    To evaluate genetic diversity between Sistan common wheat cultivars, it was used 10 SSRs primers associated to stem, leaf and yellow rusts resistance genes. The lowest (3) and highest (7) allele number were generated by 12C, SCS719 and Xgdm116 primers and Xgwm443 primer, respectively (4.55 allele per each primer). The highest genetic diversity (0.39) and MI (2.29) was related to Xgdm116 and Xgwm533 primers, respectively; also, the lowest genetic diversity (0.1) and MI (0.33) was related to Xcfd36 primer. Xgdm36 primer showed the highest Ne, Shannon diversity and Nei diversity (1.45, 0.63 and 0.44, respectively); on the other hand, Xcfd36 primer the lowest Ne, Shannon diversity and Nei diversity (1.18, 0.19 and 0.11, respectively). The highest polymorphic bands between wheat cultivars were related to Arg. Arg and Aflak showed the least diversity for resistance to yellow rust and leaf rust, respectively. Also, Arg had the highest diversity for three types of rusts. The Xgdm116, Xwmc810 and SCS719 primers had more effect on identification of wheat cultivars. Finally, Arg cultivar can be recommended as a donor parent in wheat breeding programs for rust resistance. To gain the highest heterosis, it can be suggested hybridization between Arg and Hirmand cultivars.
    Keywords: Genetic diversity, Rust disease, Resistance, SSRs marker, Triticum aestivum
  • Seyyed Hamidreza Hashemi, Petroudi *, Hamidreza Ghorbani, Markus Kuhlmann Pages 79-92
    Bioinformatic analysis plays an important role in the study of genes and the prediction of their function in response to stresses. Halophyte Aeluropus littoralis, a valuable genetic resource for identifying genes involved in plant tolerance to abiotic stresses. In this study, Phosphoglycerate Dehydrogenase (PGDH) gene as the first important enzyme in the synthesis of serine, was Isolated based on EST sequence from plant Aeluropus littoralis in salinity using by the RLM-RACE method. By overlapping the 3’ and EST sequences, a 1506 bp fragment including the ORF region (1268 nucleotides) and 3’UTR region (238 nucleotides) were obtained. The phylogenetic analysis of AlPGDH was done with other ortholog genes in different plants and its homologs were identified. Based on phylogram, the high degree of homology was observed between AlPGDH gene and other homologous genes from monocot cereals such as sorghum, foxtail millet and rice. The AtPGDH co-expression network analysis showed the important role of the PGDH gene in biosynthetic pathways, including amino acid synthesis, secondary metabolites synthesis and the pathway of glycine, serine and threonine metabolism, and its expression analysis indicated that the expression was increased in different stresses. The Phenotyping of the Arabidopsis knockout mutants for PGDH gene in NaCl and PEG stress condition indicated that the growth characteristics were significantly reduced in compared to the control plant, which could be confirmed the role of this gene in the response to salt and drought stress. The findings of this study reveal the functional characteristics of AlPGDH gene, phenotypic changes in AtPGDH mutant plants in exposure to salt and drought stress, and its possible role in increasing plant tolerance to stress.
    Keywords: Abiotic Stress, Halophyte, PGDH Gene, Serine, T-DNA