محمدرضا غفاری
-
فرآیندهای فتوسنتز، یکی از تاثیرگذارترین واکنشهای بیوشیمیایی در کره زمین هستند، به طوری که تقریبا تمام موجودات زنده با محصولات فتوسنتز تغذیه میشوند. امروزه با افزایش جمعیت جهان به مرز نه میلیارد نفر، تقاضا برای غذا و انرژی به طور قابل توجهی افزایش یافته است. علاوه بر آن تغییرات آبوهوایی غیرمنتظره مانند خشکسالی و سیل، مساحت زمینهای کشاورزی را کاهش داده و این وضعیت، نیاز به بهبود عملکرد محصولات کشاورزی را دوچندان میکند. پیچیدگی ساختمانی برخی از آنزیمهای مهم مسیر فتوسنتز نظیر روبیسکو و نیاز به همترازی زیرواحدهای آن در هولوآنزیم، چالشهای جدی را در افزایش کارایی فتوسنتز با دستورزی این آنزیمها به وجود آورده است. یکی از ایده های بلندپروازانه برای تامین تقاضای جهانی غذا و بهبود بهرهوری محصولات در آبوهوای گرم و خشک، بازطراحی مسیرهای آناتومیکی و بیوشیمیایی گیاهان C3 با استفاده از نقشه متابولیکی گیاهان C4 بوده است. از زمان کشف مسیرهای فتوسنتزی، مطالعاتی در زمینه افزایش بیان برخی از آنزیمهای موجود در مسیر فتوسنتزی گیاهان C4 در گیاهان C3 انجام شده است. هرچند این افزایش بیان به تنهایی موجب افزایش توان فتوسنتزی و تولید محصول بیشتر نشده است، اما نشاندهنده پتانسیل بالای مهندسی متابولیک به عنوان ابزاری کارآمد در اصلاح گیاهان زراعی است. یافته های اخیر دریچهای جدید برای استفاده از آنزیمهای موجودات فتوسنتزکننده سادهتر، مانند سیانوباکترها و جلبکها، برای بهبود قابلتوجه در عملکرد فتوسنتز گیاهان C3 را نشان میدهد. این یافته ها، روزنه های موثرتری برای مهندسی مسیرهای متابولیکی و ایجاد یک معماری مجدد در گیاهان C3 معرفی کرده است که در این مطالعه به آن اشاره میشود.
کلید واژگان: مهندسی ژنتیک، فتوسنتز C3، فتوسنتز C4، روبیسکو، سیانوباکترهاPhotosynthesis is a fundamental process, converts solar energy and carbon dioxide into carbohydrates, sustaining all life on Earth. With the global population approaching nine billion, the demand for food and energy has significantly increased. Furthermore, unexpected climate changes such as drought and floods have reduced agricultural land, highlighting the urgent need to improve crop productivity. An ambitious idea to address the global food demand and enhance crop efficiency in hot and arid climates involves redesigning the anatomical and biochemical pathways of C3 plants based on the metabolic blueprint of C4 plants. The structural complexity of key enzymes, such as Rubisco, along with the need for proper subunit alignment in the holoenzyme, poses significant challenges to enhancing photosynthetic efficiency through manipulating these enzymes. Since the discovery of photosynthetic pathways, studies have attempted to enhance the expression of certain enzymes from the C4 photosynthetic pathway in C3 plants. Although efforts have not yet directly led to significant improvements in photosynthetic efficiency or yield, they underscore the high potential of metabolic engineering as a precise and effective tool for crop improvement. Recent research on engineering C3 plants has demonstrated that introducing specific genes regulating leaf anatomy and C4 photosynthetic processes can significantly enhance photosynthesis and yield. Furthermore, emerging findings suggest that enzymes from simpler photosynthetic organisms, such as cyanobacteria and algae, may offer new avenues for substantial improvements in C3 photosynthetic efficiency. This study discusses these advancements and explores strategies for engineering metabolic pathways to architect C3 crops based on C4 models.
Keywords: C3 Photosynthesis, C4 Photosynthesis, Genetic Engineering, Rubisco -
هدف
شرایط خشکی انتهایی در مرحله پر شدن دانه یکی از عوامل اصلی محدودکننده عملکرد جو است. در شرایط تنش، به دلیل محدودیت فتوسنتز جاری، اهمیت ذخیره بیشتر ساقه و سهم آن در تولید محصول نهایی قابل توجه خواهد بود. میانگره پنالتیمیت در میان سایر میانگره های ساقه بیشترین نقش را در انتقال مجدد ایفا می کند. هدف این مطالعه .بررسی تحمل به خشکی دو رقم و یک لاین جو با درجات مختلف انتقال مجدد مواد و همچنین بررسی آنالیز متابولیتی مقایسه ای بر روی میانگره های پنالتیمیت سه ژنوتیپ جو یوسف (متحمل)، موروکو (حساس) و لاینPBYT17 (نیمه متحمل) طی شرایط خشکی انتهایی بود.
مواد و روش هاارزیابی آنالیز متابولومیکس ژنوتیپ های جو (یوسف، موروکو و لاین PBYT17) در پاسخ به تنش خشکی در 21 و 28 روز بعد از اعمال تنش خشکی در مرحله پرشدن دانه انجام شد. همچنین بررسی قابلیت انتقال مجدد پنالتیمیت های ساقه ی ژنوتیپ های یوسف، موروکو و PBYT17 در پاسخ به خشکی صورت گرفت. شناسایی پروفایل متابولیت ها که شامل 17 متابولیت از جمله قندهای محلول، قند فسفات، نوکلئوتید قند، اسیدهای آلی، متابولیت های فسفریله و نوکلئوتیدها بود.
نتایجنتایج حاصل از داده های متابولومیکس نشان داد که رقم یوسف کارایی معنی دار بالاتری نسبت به ارقام دیگر در انتقال مجدد، مربوط به پنالتیمیت داشت. در میان ژنوتیپ های مورد بررسی، 17 متابولیت شناسایی شدند. میزان ذخایر انتقال یافته و مقدار کارایی انتقال مجدد به طور معنی داری در بین ژنوتیپ های مختلف متفاوت بود. دو رقم یوسف و موروکو به ترتیب با بالاترین و کمترین کارایی انتقال مجدد در شرایط تنش، برخوردار بودند. نتایج ما نشان داد که ژنوتیپ متحمل با استفاده از افزایش UDP-گلوکز و گلوکز 6 فسفات، منجر به تولید تره هالوز 6 فسفات شد که نقش کلیدی در انتقال مجدد مواد در ساقه به عهده دارد.
نتیجه گیریبه طور کلی نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد که متابولیتهای موثر در انتقال مجدد ذخایر ساقه می تواند نقشی اصلی در حفظ عملکرد گیاهان جو طی تنش خشکی آخر فصل ایفا نماید و این موضوع می تواند راهکارهایی هدفمند برای افزایش عملکرد ژنوتیپ های موردنظر جو که با تنش خشکی آخر فصل مواجه می شوند به کار گرفته شود. این مطالعه ممکن است جهت گیری های بالقوه و منابع ارزشمندی را برای مطالعه بیشتر تنش خشکی در جو فراهم کند.
کلید واژگان: استرس خشکی، پنالتیمیت، قند محلول، جو، متابولومیکسObjectiveDrought conditions at the terminal of grain filling stage are one of the main factors limiting barley yield. In stressful conditions, due to the limitation of current photosynthesis, the importance of storing more stems and its contribution to the production of the final product will be significant. Among other internodes of the stem, the penultimate internode plays the most important role in remobilization. The aim of this study is to investigate the drought tolerance of two cultivars and one line of barley with different degrees of remobilize of substances and also to investigate the comparative metabolic analysis on the penultimate internodes of three genotypes of barley Yousef (tolerant), Morocco (sensitive) and line PBYT17 (semi-tolerant) under the terminal of grain filling stage
Materials and methodsEvaluation of metabolomics analysis of barley genotypes (Yousef, Morocco and line PBYT17) in response to drought stress was carried out 21 and 28 days after the application of drought stress in the grain filling stage. Also, the ability to remobilize stem penultimates of Yusuf, Morocco and PBYT17 genotypes in response to drought was investigated. Identification of metabolites profile which included 17 metabolites including soluble sugars, sugar phosphate, sugar nucleotide, organic acids, phosphorylated metabolites and nucleotides.
ResultsThe results obtained from the metabolomics data showed that Youssef cultivar had a significantly higher efficiency than other cultivars in retransmission, related to penultimate. Among the investigated genotypes, 17 metabolites were identified. The amount of transferred reserves and the amount of remobilization efficiency were significantly different among different genotypes. Two cultivars Yousef and Morocco had the highest and lowest remobilization efficiency under stress conditions, respectively. Our results showed that the tolerant genotype, by increasing UDP-glucose and glucose-6-phosphate, led to the synthesis of trehalose-6-phosphate, which plays a key role in remobilization materials in the stem.
ConclusionsIn general, the results of this research show that the effective metabolites in the remobilze of stem reserves can play a major role in maintaining the performance of barley plants during the drought stress at the end of the season, and this issue can be targeted solutions to increase the genotype performance. The desired varieties of barley that face drought stress at the end of the season should be used. This study may provide potential directions and valuable resources for further study of drought stress in the barley.
Keywords: Barley, Drought Stress, Metabolomics, Penultimate, Soluble Sugar -
زیست پالایی به عنوان یک استراتژی حیاتی در مبارزه با آلودگی محیطی، به ویژه خاک می باشد. افزایش فعالیت های صنعتی و کشاورزی و ورود آلاینده های دیر تخریب پذیر و سمی آلودگی های خاک را تشدید کرده است. فلزات سنگین مثل سرب و روی با گذشت زمان تجزیه نشده و می توانند در زنجیره غذایی تجمع یافته و یک خطر پایدار برای محیط و سلامت انسان ها ایجاد کنند. علاوه بر این ترکیبات شیمیایی مانند علف کش ها و حشره کش ها، به دلیل پایداری و دوام بالا مشکل مشابهی ایجاد می کنند. در حالی که روش های شیمیایی و فیزیکی مختلفی برای بهبود خاک وجود دارند، رویکرد زیستی به دلیل پایداری بالا و اثر تخریبی پایین به اکوسیستم های بومی بیشتر مورد توجه می باشند. زیست پالایی به استفاده از موجودات طبیعی برای تجزیه مواد خطرناک به شکل های کم خطرتر می پردازد. میکروارگانیسم ها نقش اساسی در زیست پالایی ایفا می کنند. علاوه بر این، گیاهان می توانند با همزیستی با باکتری ها کارآیی فرایند زیست پالایی را بهبود بخشیده و با تجزیه سریع تر آلاینده ها مدت زمان مورد نیاز برای بازیابی بهره وری خاک را کاهش می دهد. استفاده از گیاهان و میکروارگانیسم های بومی، به خصوص در کشورهای با تنوع زیستی بالا چون ایران، یک گام مهم در جهت استفاده پایدار از این فناوری است. گیاهان و میکروارگانیسم های بومی توانایی استفاده بهتر از شرایط محیطی را دارند و با کمترین تغییرات محیطی، بیشترین کارایی را دارا می باشند.در حال حاضر پیشرفت های فناوری های "امیکس" مانند ژنومیکس، پروتئومیکس، و متابولومیکس، مسیرهای جدیدی را برای مطالعه و استفاده از تکنیک های زیست پالایی فراهم کرده است. این تکنولوژی های پیشرفته امکان مطالعه ارگانیسم ها را در سطح مولکولی با تولید کلان داده برای شناسایی موثرترین ریزجانداران ها برای انواع خاصی از آلاینده ها فراهم می کند. بر اساس نوع و میزان آلودگی، زیست پالایی می تواند به دو صورت در محل (in-situ) یا خارج از محل (ex-situ) اجرا شود. زیست پالایی در محل، خاک آلوده را در محل بهبود می دهد، در حالی که زیست پالایی خارج از محل شامل حذف خاک آلوده و بهبود وضعیت آن در مکان دیگری می شود. هر دو روش دارای مزایا و محدودیت هایی است که قبل از اجرا باید با دقت ارزیابی شوند. با اینحال، استفاده از ترکیب روش های گیاه پالایی و زیست پالایی میکروبی کارایی را افزایش داده و با کاهش هزینه ها سبب می شود که کل فرآیند از نظر اقتصادی به راحتی قابل اجرا باشد. این مطالعه با هدف ارائه یک منبع جامع طراحی شده است تا به درک بهتری از روش های مختلف در زیست پالایی کمک کند. علاوه براین راهبردهای پایدار و موثر برای تبدیل زمین های آلوده غیر قابل کشت به مناطق قابل کشت پیشنهاد می کند و مزایای زیست محیطی و اقتصادی را برای استفاده مجدد از این زمین ها در آینده ارائه می دهد. در نهایت آنچه پیش روی زیست پالایی است، تبدیل زیست پالایی به یک ابزار محوری در توسعه پایدار می باشد. علاوه براین، از تجزیه آلاینده های صنعتی گرفته تا احیای محیط های طبیعی آسیب دیده، زیست پالایی می تواند در تامین یک زندگی بهتر و سالم تر برای نسل های آتی نقش مهمی ایفا کند. این رویکرد چندوجهی و توسعه پذیر می تواند یکی از کلیدهای موفقیت در مدیریت محیط زیست پایدار در قرن بیست و یکم باشد.
کلید واژگان: زیست پالایی، اومیکس، میکروارگانیسم ها، خاک آلوده، محیط زیستBioremediation is a crucial strategy in combating environmental pollution, particularly in soil. The escalation of industrial and agricultural activities, coupled with the introduction of non-degradable and toxic pollutants, has exacerbated soil contamination. Heavy metals, such as lead and zinc, resistant to degradation over time, potentially accumulating in the food chain and posing persistent threats to both the environment and human health. Similarly, chemical compounds like herbicides and insecticides present challenges due to their prolonged stability and persistence. Although various chemical and physical methods exist for soil remediation, the biological approach gains more attention due to its sustainability and minimal impact on native ecosystems. Bioremediation leverages natural organisms to transform hazardous substances into less harmful forms. Microorganisms play a pivotal role in this process. Furthermore, plants can enhance bioremediation efficiency through symbiotic relationships with bacteria, accelerating the degradation of pollutants and accelerating soil productivity restoration. The use of native plants and microorganisms, especially in countries with high biodiversity such as Iran, is an important step towards the sustainable use of this technology. Native plants and microorganisms have the ability to make better use of environmental conditions and are most efficient with minimal environmental changes. Recent advancements in 'omics' technologies, such as genomics, proteomics, and metabolomics, have opened new avenues for the exploration and application of bioremediation techniques. These advance technologies enable molecular-level studies of organisms by generating big data to identify the most effective microorganisms for specific pollutants. Bioremediation can be applied in two primary ways: in situ or ex situ. In-situ bioremediation addresses contaminated soil directly on-site, whereas ex-situ bioremediation involves the removal of contaminated soil to another location for remediation. Each approach has its advantages and limitations, necessitating careful consideration prior to implementation. The integration of phytoremediation and microbial bioremediation methods can enhance efficiency and reduce costs, making the process economically viable. This study aims to serve as a comprehensive guide to understanding the diverse methodologies in bioremediation. Furthermore, it proposes sustainable and effective strategies to transform non-arable polluted lands into arable areas, offering environmental and economic benefits for future land reuse. Finally, what is ahead of bioremediation is turning bioremediation into a central tool in sustainable development. In addition, from the decomposition of industrial pollutants to the restoration of damaged natural environments, bioremediation can play an important role in providing a better and healthier life for future generations. This multifaceted and expandable approach can be one of the keys to success in sustainable environmental management in the 21st century.
Keywords: Bioremediation, Omics, Microorganisms, Contaminated Soil, Environment -
Sequence alignment and genome mapping pose significant challenges, primarily focusing on speed and storage space requirements for mapped sequences. With the ever-increasing volume of DNA sequence data, it becomes imperative to develop efficient alignment methods that not only reduce storage demands but also offer rapid alignment. This study introduces the Parallel Sequence Alignment with a Hash-Based Model (PSALR) algorithm, specifically designed to enhance alignment speed and optimize storage space while maintaining utmost accuracy. In contrast to other algorithms like BLAST, PSALR efficiently indexes data using a hash table, resulting in reduced computational load and processing time. This algorithm utilizes data compression and packetization with conventional bandwidth sizes, distributing data among different nodes to reduce memory and transfer time. Upon receiving compressed data, nodes can seamlessly perform searching and mapping, eliminating the need for unpacking and decoding at the destination. As an additional innovation, PSALR not only divides sequences among processors but also breaks down large sequences into sub-sequences, forwarding them to nodes. This approach eliminates any restrictions on query length sent to nodes, and evaluation results are returned directly to the user without central node involvement. Another notable feature of PSALR is its utilization of overlapping sub-sequences within both query and reference sequences. This ensures that the search and mapping process includes all possible sub-sequences of the target sequence, rather than being limited to a subset. Performance tests indicate that the PSALR algorithm outperforms its counterparts, positioning it as a promising solution for efficient sequence alignment and genome mapping.
Keywords: Indexing, Hash Base, Sequence Alignment, Mapping, MPI -
گیاهان بسته به نوع و رشد گیاه، از استراتژی های مختلفی برای مقابله با استرس غیر زنده استفاده می کنند. تنش خشکی یکی از مهمترین تنش های غیر زنده می باشد که بر عملکرد محصولات کشاورزی تاثیر می گذارد. علاوه بر این، تنش خشکی یکی از اصلی ترین عوامل محدود کننده در رشد گیاه است و می تواند تنفس و فتوسنتز را مهار کند و بنابراین بر رشد و متابولیسم فیزیولوژیکی گیاهان تاثیر گذارد. گیاهان چندین مکانیسم مانند تغییرات مورفولوژیک کنند. خشکی پیری برگ را تسریع و بیان هزاران ژن را تغییر داده و بر میزان پروتئین دانه و عملکرد دانه تاثیر می گذارد. با این حال، تنوع ژنوتیپی برای تحمل ناشی از خشکی در جو وجود دارد. در این بررسی ، این رویکردها می توانند به بهبود ژنوتیپ های جو در پاسخ به تنش خشکی از طریق اصلاح و صفات فیزیولوژیکی ، مهندسی ژنتیک و انتخاب به کمک نشانگر (MAS) کمک کنند. ژن ها و پروتئین های دخیل در پاسخ به تحمل خشکی را با استفاده از پروتئومیکس، ترنسکریپتومبکس و رویکردهای متابولومیکس در این مطالعه آورده شد. همچنین،QTL (مکان صفات کمی) های معرفی شده مربوط به عملکرد و صفات سبزماندگاری و فیزیولوژیکی موجود در این مطالعه می توانند برای بهبود جو در تحمل خشکی در آینده استفاده شوند. ابزارهای امیکس قدرتمندی برای تجزیه و تحلیل واکنش های گیاه به محرک های مختلف محیطی وجود دارد. به ویژه مطالعات مقایسه ای ژرم پلاسم های متنوع ژنتیکی که در معرض شرایط نامطلوب مانند خشکی قرار می گیرند، بینش های ارزشمندی را در مورد پاسخ های گیاه به تنش ارائه می دهند و ارزیابی مناسب داده های امیکس می تواند به فرآیند کشف نشانگرهای زیستی کمک کند.
کلید واژگان: جو، امیکس، صفات فیزیولوژیکی، پر شدن بذر، انتخاب به کمک نشانگرPlants use a variety of strategies to cope with abiotic stress, depending on the species and the growth of the plant. Abiotic stresses such as drought is the most important stress that affects yield of agricultural products. In addition, drought stress is one of the main limiting factors in plant growth, it can also inhibit respiration, photosynthesis, and thus affects the growth and physiological metabolism of plants. Plants activate several mechanisms such as morphological and structural changes as well as the expression of drought-resistant genes, the synthesis of hormones and osmotic regulators to reduce drought stress. Drought accelerates grain leaf senescence, altering the expression of thousands of genes and ultimately affecting grain protein content and grain yield. However, the genotypic variability exists for drought induced disruption and tolerance in barley. In this review, the approaches can help for improving barley genotypes in response to drought stress through breeding and physiological traits, genetic engineering, and marker-assisted selection (MAS). We detected genes and proteins involved in response to drought-tolerance using proteomics, transcriptomics and metabolomics approaches. Also, the introduced Quatitatives Traits Loci (QTLs) related to yield and Stay green and physiological traits found in this study can be used for MAS in barley improvement for drought tolerance in the future. In particular, comparative studies of genetically diverse germplasm exposed to adverse conditions such as drought provide valuable insights into plant responses to stress and create information on biochemical pathways involved in adaptation to environmental limitations. Proper evaluation of omics data can help the biomarker discovery.
Keywords: Barley, Omics, Physiological Traits, Seed Filling, Marker-assisted selection -
امروزه به کارگیری فناوری های پیشرفته مانند سیستم موقعیت یابی جهانی، هواپیماهای بدون سرنشین، نقشه برداری ماهواره ای، حسگرهای از راه دور و ماشین آلات دقیق کشاورزی حجم زیادی از کلان داده ها را در طول فرایند تولید در اختیار کشاورزان قرار می دهد که می تواند به عنوان بخشی از اقتصاد دیجیتال در کشاورزی دقیق محسوب شده و مورد بهره برداری اقتصادی قرار گیرد. تجزیه و تحلیل این داده ها به علت پیچیدگی قادر به پردازش توسط سیستم های پردازش سنتی نمی باشد. با توجه به اندازه و پیچیدگی کلان داده، هوش مصنوعی قادر است از طریق الگوریتم های یادگیری ماشین، این داده ها را به اطلاعات ارزشمند تبدیل نماید. از برنامه های کاربردی و در حال توسعه هوش مصنوعی می توان به الگوریتم های پیش بینی عملکرد، کاهش نهاده های کشاورزی مانند کود و سم، نظارت بر شرایط رشد محصولات، مدیریت آفات، به نژادی و مطالعات مولکولی و درنهایت مدیریت زنجیره ارزش اشاره کرد. برنامه های در حال توسعه با استفاده از هوش مصنوعی به زودی قادر خواهند بود علاوه بر تعیین زمان کشت، زمان ورود محصولات کشاورزی به بازار را نیز مدیریت کنند تا درنهایت سبب افزایش بهره وری شوند. تولید کودهای زیستی از ضایعات کشاورزی می تواند دستاورد دیگری از توسعه الگوریتم های بر پایه هوش مصنوعی برای کاهش اثرات منفی زیست محیطی و افزایش بهره وری اقتصادی از ضایعات باقیمانده از محصولات کشاورزی باشد. در این مطالعه کاربردهای توسعه ای و تحقیقی هوش مصنوعی و تاثیر آن در کشاورزی دقیق مورد بحث قرار می گیرد.
کلید واژگان: کلان داده، هوش مصنوعی، کشاورزی دقیق، یادگیری ماشینToday, using advanced technologies such as the global positioning system (GPS), agricultural drones, satellite mapping, remote sensors, and precision agriculture machinery provides farmers with a lot of big data during production. According to the reports, this can be considered a part of the digital economy in precision agriculture and be economically exploited. The analysis of this data cannot be processed by traditional processing systems due to its complexity. Given the size and complexity of big data, artificial intelligence can transform this data into valuable information through machine learning algorithms. This technology is being used to performance prediction algorithms, reducing agricultural inputs such as fertilizers and poisons, monitoring the growing conditions, pest management, breeding, molecular studies and finally value chain management. Developing programs using artificial intelligence technology will soon be able to manage the time of agricultural products entering the market, in addition to determining the planting time in order to increase productivity. The production of bio fertilizer from agricultural waste can be another achievement of the development of algorithms based on artificial intelligence to reduce the negative environmental effects and increase the economic productivity of the remaining waste from agricultural products. This study discusses the important applications of artificial intelligence in agriculture and its impact on Precision agriculture.
Keywords: Artificial intelligence, big data, Machine learning, Precision Agriculture -
تولید گیاهان متحمل به خشکی با بهبود ساختار ریشه به دلیل بحران کم آبی حایز اهمیت خواهد بود. در این پژوهش سه ژن تاثیر گذار در بهبود ساختار ریشه، مقاومت به خشکی و افزایش جذب فسفر با ساخت سازه های ترکیبی دو و سه ژنی برای انتقال به گیاه برنج استفاده شدند. یک پروتیین کیناز سرین/تریونین موثر در افزایش جذب عناصر غذایی به ویژه فسفر (PSTOL1)، ژنی از خانواده سیتوکینین اکسیداز/دهیدروژناز (OsCKX4) و یکی از ژن های کدکننده فاکتور رونویسی القا شونده در شرایط تنش از خانواده NAM-ATAF-CUC (OsNAC5) برگرفته از ارقام وحشی برنج تحت نواحی تنظیمی جداگانه در ناحیه T-DNA ناقل دوگانه اگروباکتریومی قرار داده شدند. ژن OsNAC5 تحت پیشبر مختص ریشه RCc3 و ژن PSTOL1 تحت پیشبر یوبیکوییتین همسانه سازی شدند. همچنین ژن OsCKX4 یک بار تحت پیشبر یوبی کوییتین و یک بار تحت پیشبر RCc3 همسانه سازی شد. دو سازه چند ژنی حاصل موسوم به pUhrN5CkPstol و pUhrCkPstol برای انتقال ژن به برنج رقم هاشمی مورد استفاده قرار گرفتند. انتقال ژن به کالوس حاصل از بذر رسیده برنج انجام شد. گیاهان تراریخته احتمالی توسط واکنش زنجیره ای پلیمراز مورد تایید قرار گرفتند. از تعداد 107 گیاه باززاشده ای که حضور تراژن ها در آنها به اثبات رسید، در نهایت تعداد 14 رخداد تراریخته حاصل شد. مقایسه فنوتیپ ریشه ی گیاهان تراریخته در نسل T0 با گیاه شاهد تفاوت ظاهری قابل ملاحظه ای در ساختار ریشه نشان داد. امید است تولید برنج با بهبود ساختار ریشه منجر به تحمل خشکی، کاهش مصرف آب و عملکرد بهتر در شرایط تنش شود.
کلید واژگان: پروتئین کیناز سرین، ترئونین، سیتوکینین اکسیداز، دهیدروژناز، سازه چند ژنی، فاکتور رونویسی القا شونده، مهندسی ژنتیک برنجProduction of drought tolerant crop is an important strategy for avoiding water scarce crisis. Improvement of the root structure leading to the higher yield and seed quality. In this study, three genes affecting root structure, drought tolerance and phosphorous absorbance are used in producing hybrid constructs used for the rice transformation. Three genes: a serine/threonine protein kinase (PSTOL1), a gene from the cytokinin oxidase/dehydrogenase family (OsCKX4) and a transcription factor induced under stress from the NAM-ATAF-CUC family (OsNAC5) isolated from the rice wild cultivars are cloned under separate regulatory elements in the T-DNA region of the Agrobacterium binary vector. OsNAC5 gene was cloned under RCc3 root specific promoter and PSTOL1 gene under ubiquitin promoter. Also, OsCKX4 gene was cloned once under ubiquitin promoter and once under RCc3 promoter. Two hybrid multi-gene constructs named pUhrN5CkPstol and pUhrCkPstol harboring multiple genes are synthetized and used for the gene transformation into the Hashemi cultivar. Gene transfer was done to callus obtained from mature rice seeds. Transgenic plants were confirmed using PCR analysis. From the number of 107 regenerated plants in which the presence of transgenes was proved, 14 transgenic events were finally obtained. Root structure of the T0 plants showed drastic phenotypic difference in comparison to the non-transgenic ones. By now, one transgenic event harboring CKX4 and PSTOL1 is confirmed to have a homozygous line in T2 generation. It is hoped that genetic engineering of rice for enhanced root structure lead to drought tolerance, reduce water consumption and improve yield under stress conditions.
Keywords: Cytokinin oxidase, dehydrogenase, Multi-gene transformation, Rice genetic engineering, serine, threonine protein kinase, transcription factor induced under stress -
برای ارزیابی برهمکنش نژادگان و محیط (GEI)و نژادگان های امید بخش، از 60 نژادگان سیب زمینی در طی فصول رشد 1398-1399 استفاده گردید. به منظور شناسایی نژادگان های برتر سیب زمینی در پاسخ به کمبود آب، مدل های GGE بای پلات وAMMI تحت دو تیمار (تنش کم آبیاری و آبیاری کامل) همراه با دو رقم تجاری آگریا و سانته انجام شد. این آزمایش در هشت محیط (2 تیمار ، 2 مکان و 2 سال) با استفاده از طرح بلوک کامل تصادفی با سه تکرار انجام شد. واکاویAMMI و GGE بای پلات نشان داد که نژادگان G21 نسبت به نژادگان های دیگر برای انتخاب نژادگان برتر تمایز بیشتری دارد. عملکرد غده نژادگان های G21 (90227) ،G31 (8708.177) ،G44 (KSG95) ، G28 (8707/861) و G18 (90127) در همه محیط ها بالاتر بود. بهترین نژادگان های پیشنهادی برای معرفی براساس پایداری بیشتر آنها برای محیط هدف یا محیط های موازی است. در این مطالعه، با استفاده از واکاوی AMMI و GGE بای پلات، نژادگان های برتر شناسایی و انتخاب شدند.
کلید واژگان: سیب زمینی، تنش کم آبیاری، پایداری عملکرد، برهمکنش نژادگان و محیط مورد آزمایشTo evaluate the interaction of genotypes in the environment (GEI) and promising clones, 60 potato genotypes were used during the growing seasons of 2018-2019. To identify the best potato genotypes in response to water deficit, GGE biplot and AMMI models were performed under two treatments (water deficit and normal conditions) with two commercial cultivars Agria and Sante. The experiment was performed in eight environments (2 treatments, 2 locations, and 2 years) using a randomized complete block design with three replications. AMMI and GGE biplot analysis showed that the G21 clone was more different than other genotypes for selecting the superior genotype. The yield of the tuber of promising clones G21 (90227), G31 (8708.177), G44 (KSG95), G28 (8707/861), and G18 (90127) was higher in all environments. The best-proposed genotypes for introduction are based on their greater stability for the target environment or parallel environments. In this study, using AMMI and GGE biplot analysis, superior genotypes were identified and selected.
Keywords: Potato, Water deficit, Yield stability, Genotype interaction in the environment -
Suaeda salsa یک شبه هالوفیت یکساله با ارزش غذایی و تحمل شوری بالا بوده که به عنوان یک گیاه روغنی، دارویی و خوراکی بسیار حایز اهمیت می باشد. در حال حاضر مطالعات محدودی در زمینه بررسی تنوع متابولیکی در گیاه S. salsa وجود دارد. در این مطالعه برای درک شاخص تحمل به شوری با استفاده از بررسی تنوع متابولیکی پروفایل اسیدهای آمینه در گیاه S. salsa در غلظت های 0، 200 و 800 میلی مولار NaCl مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بررسی فیزیولوژیک نشان داد، شوری به صورت معنی داری، محتوای سدیم (Na+) را در اندام های هوایی گیاه تحت تاثیر قرار می دهد، به طوریکه میزان آن در اندام های هوایی گیاه S. salsa در مقایسه با شاهد افزایش معنی داری نشان داد. علاوه بر این تجزیه به مولفه های اصلی نتایج نشان داد که تفاوت در تنوع متابولیکی قادر است 96 درصد از تغییرات فنوتیپی در گیاه S. salsa را تحت شوری توجیه نماید. مقایسه پروفایل اسیدهای آمینه در سطوح مختلف شوری نشان داد پرولین، متیونین، سترولین و لیزین بیشترین تجمع را تحت تنش 800 میلی مولار دارا می باشند. با توجه به نقش مهم این اسیدهای آمینه در کنترل تنش شوری مطالعات بیشتر برای کشف مکانیزم های سازگاری تحمل به شوری در گیاه S. salsa ضروری است.
کلید واژگان: پروفایل اسیدهای آمینه، تنش شوری، Suaeda salsaSuaeda salsa is an annual halophyte with nutritional value and high salt tolerance, making it crucial as an oil, medicinal, and edible plant. Currently, there is limited research in the field investigating metabolic diversity in S. salsa. In this study, our aim was to understand the salinity tolerance mechanism by examining metabolic diversity, specifically the amino acids profile, in S. salsa exposed to 0 mM, 200 mM, and 800 mM NaCl. The results of the physiological study indicated that salinity significantly affected the sodium (Na+) content in the aerial parts of the plant, with a significant increase compared to the control. Principal component analysis (PCA) revealed that differences in metabolic diversity can explain 96% of the phenotypic variation in S. salsa under salinity stress. Comparison of amino acids profiles at different salinity levels showed the highest accumulation of proline, methionine, citrulline, and lysine under 800 mM salt stress. Given the crucial role of these amino acids in S. Salsa,further studies are necessary to uncover the mechanisms behind the adaptation response.
Keywords: Amino acids profile, salinity stress, Suaeda salsa -
Drought is a severe abiotic stress factor that significantly impacts rice production globally. The investigation of drought stress response components, particularly in plant roots, holds great importance. Recent evidence highlights the critical role played by long non-coding RNAs (lncRNAs) in the response to abiotic stress. In this study, we identified drought stress-induced lncRNAs in the root tip region of rice using transcriptome sequencing analysis performed on seedlings of a sensitive rice genotype (IR64) under drought and control conditions. We identified a total of 358 differentially expressed lncRNAs (DElncRNA), more than 60% of which were in intergenic regions. Our results demonstrated that DElncRNAs can directly or indirectly regulate 710 and 7535 mRNAs in cis and trans, respectively. Additionally, the target genes of DElncRNAs were involved in drought resistance genes, lateral root growth, and genes affecting auxin transport. We also identified 24 conserved sequence motifs in the upstream regions of DElncRNAs and differentially expressed mRNAs (DEmRNAs) motifs through a search and functional analysis of these motifs indicated their involvement in regulation of transcription, translation, and the transmembrane receptor protein tyrosine kinase signaling pathway. Finally, we constructed a network of DElncRNAs and DEmRNAs. Our functional analysis of the top 10 hub lncRNAs in the network demonstrated their involvement in growth processes, cellular responses to stimuli, and signaling pathways. These results offer a comprehensive perspective on potentially functional lncRNAs and provide insight into the molecular mechanisms underlying drought resistance in the root tip region of rice.
Keywords: Drought stress, Rice, Transcriptome, Root tip, lncRNAs -
تنش خشکی ناشی از کمبود آب، محدودیت اساسی برای کشت سیب زمینی به عنوان گیاه زراعی حساس به خشکی است. در این مطالعه، 20 ژنوتیپ سیب زمینی در دو سطح آب (شرایط نرمال و شرایط تنش کم آبیاری) مورد بررسی قرار گرفتند. این آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار در موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج، ایران در سال 1398 انجام شد. تجزیه واریانس صفات تعداد ساقه، مقدار کلروفیل، قطر ساقه، ارتفاع بوته، وزن خشک برگ (LDW)، عملکرد کل، عملکرد خوراکی براساس قطر (عملکرد غده > 55 میلی متر)، عملکرد بذری (عملکرد بین 35-55 میلی متر)، عملکرد غیر قابل فروش (عملکرد <35 میلی متر) و عملکرد قابل فروش (خوراکی و بذری) از نظر ژنوتیپ و خشکی و اثر متقابل بین ژنوتیپ و خشکی به طور معنی داری تفاوت داشتند. همچنین همبستگی مثبت و معنی داری در سطح احتمال یک درصد بین تعداد ساقه و ارتفاع بوته وجود داشت. تجزیه مولفه اصلی PCA و صفات اندازه گیری شده نشان داد که ژنوتیپ های 2، 5، 7 و 13 می توانند عملکرد بالایی در محیط تحت تنش مورد مطالعه از خود نشان دهند. پارامترهای مربوط به عملکرد و محتوای رنگدانه فتوسنتزی برگ (محتوای کلروفیل) برای رتبه بندی کلون ها و ارقام آزمایش شده برای تجزیه و تحلیل مقایسه ای استفاده شد. براساس نتایج بدست آمده، ژنوتیپ 7 بهترین پاسخ به تنش خشکی و آبیاری نرمال را نشان داد. همچنین تعداد ساقه با ارتفاع بوته، ضخامت ساقه وLDW و مقدار کلروفیل همبستگی معنی داری داشت.
کلید واژگان: سیب زمینی، صفات مورفولوژیکی، عملکرد، محتوای کلروفیل، همبستگیIntroductionWater deficit poses severe limitation to potato cultivation as a drought-sensitive crop plant. Selection of tolerant genotypes based on a combination of tolerance indices can provide useful criteria for breeding drought tolerant potato varieties. Water deficit affects plants at various levels and stages of their life cycle. This abiotic stress not only affects plant–water relations through the reduction of leaf water content, turgor, and total water, but it also affects stomata closure, limits gas exchange, reduces transpiration, and disturbs photosynthesis. In potato, tolerance to drought is a very complex trait. Photosynthesis is one of the basic physiological processes of plants with internal and external conditions. Any reduction of the intensity of this process causes a decrease in the amount and quality of crop plants. One of the indicators for early prediction of potato yielding can be the measurement of chlorophyll content. It is an informative tool for studying the effects of dif ferent environmental stresses on photosynthesis. Chlorophyll content has an important role in photosynthesis and in understanding plant functions. In any research, measuring of the chlorophyll content is used for assessment of potato genotypes tolerant and/or sen sitive to environmental stresses.
Materials and methodsIn this study, 20 potato genotypes were evaluated under two water levels; normal and water deficit stress conditions. The experiment was performed as spilt-plot based on randomized complete block design with three replications at the Seed and Plant Improvement Institute, Karaj, Iran in 2018. The correlations among the different traits were measured and estimated by calculating Pearson correlation coefficients using the statistical tool in Minitab 17. Tuber yield, yield components, growth parameters, and morphological traits were measured under both well-watered and water stressed treatments. Morphological and reproductive characteristics such as plant height, leaf dry weight, chlorophyll content, yield tuber, ware yield, seed yield, non-marketable yield, and marketable yield were measured.
Result and discussionAnalysis of variance showed that stem number, chlorophyll content, stem thickness, plant height, leaf dry weight (LDW), total yield, ware yield (yield>55 mm), seed yield (yield 35-55 mm), non-marketable yield (yield<35 mm), and marketable yield (ware and seed yield) were significantly affected by genotype and drough and their interaction. Analysis of variance showed that the simple effect of genotype treatment on all studied traits including yield, ware yield, seed yield and marketable yield, LDW, stem thickness, plant height, chlorophyll content, and stem number were significant at 1% level. Correlation of stem number and plant height was highly positive and significant at the 0.01 level. Principal component analysis (PCA) and measured traits showed that genotypes 2, 5, 7 and 13 had high performance in the studied stress environment. To fully reflect the various factors that played a principal role in the comprehensive indicators, PCA was carried out on quantitative traits. The accumulative contribution rate accounted for 99% of the total variation for PC3. Analysis of PCA by the correlation matrix and the biplot analysis methods used in this study revealed that these parameters could be used for evaluating the responses of potato genotypes to water deficit in different environments. The associations among traits related to yield and genotypes are graphically revealed in a biplot of PC1 and PC2. The PC1 and PC2 axes mainly distinguish the morphological traits and yield-related traits in three different groups.
ConclusionParameters related to yield and leaf photosynthetic pigment content (chlorophyll content) were used to rank the clones and cultivars tested for comparative analysis. Based on our results, genotype 7 performed well under normal and water stress conditions. Water deficit is an important constraint limiting the crop productivity worldwide. Plants show a wide range of responses to water deficit which are mostly expressed by a variety of alterations in the growth and morphology of plants. Field experiments revealed that water deficit affects all evaluated morphological and yield related traits.
Keywords: Chlorophyll content, Correlation, Morphological traits, Potato, Yield -
سن گندم با نام علمی Eurygaster integriceps یکی از آفات شناخته شده مزارع گندم در ایران و غرب آسیا است. نقش نوروپپتید ها در مراحل رشد و نمو حشرات منجر به ایجاد چشم انداز امیدوارکننده ای جهت تولید نسل جدیدی از حشره کش های زیستی مبتنی بر کاربرد اختصاصی شده است. نوروپپتیدهای حشرات به همراه گیرنده های اختصاصی آن ها یکی از متنوع ترین پروتیین هایی هستند که فعالیت های فیزیولوژیکی و رفتاری را در حشرات کنترل می کنند. آلاتواستاتین یکی از نوروپپتیدهای مهم در حشرات می باشد که با مهار هورمون جوانی، در تنظیم فرآیندهای فیزیولوژیکی نظیر تغذیه و متابولیسم در برخی از حشرات نقش دارد. در این مطالعه با استفاده از اطلاعات حاصل از ترانسکریپتوم حشره بالغ سن گندم، نوروپپتید ها و گیرنده های اختصاصی خانواده آلاتواستاتین در سن گندم مورد بررسی قرار گرفت. آنالیز بیوانفورماتیکی و بررسی های فیلوژنتیکی داده ها منجر به شناسایی چهار نوروپپتید از خانواده آلاتواستاتین A، B و C و همچنین گیرنده های نوروپپتیدی آلاتواستاتین A و B شد. نتایج نشان داد که نوروپپتیدهای خانواده آلاتواستاتین شناسایی شده سن گندم در فرایندهای فیزیولوژیک متنوعی دخیل می باشند. با توجه به نقش مهم نوروپپتیدها در حشرات، این نوروپپتیدها می توانند امکان طراحی حشره کش های اختصاصی سازگار با محیط زیست به منظور مدیریت کنترل سن گندم را برای آینده فراهم آورند.
کلید واژگان: آلاتواستاتین، نوروپپتید، GPCR، RNA-seqEurygaster integriceps is one of the known pests of wheat fields in Iran and West Asia. The role of neuropeptides in the stages of insect’s growth has led to a promising perspective for the production of a new generation of bio-insecticides based specific application. Insect’s neuropeptides along with their specific receptors are one of the most diverse proteins that control physiological and behavioral activities in insects. Allatostatin is one of the important neuropeptides in insects which, by inhibiting the youth hormone, plays a role in regulating physiological processes such as feed and metabolism in some insects. In this study, using the information obtained from adult Eurygaster integriceps transcriptome, neuropeptides and specific receptors of the allatostatin family were investigated. Bioinformatics and phylogenetic studies of the data led to identify four neuropeptides A, B and C allatostatin family, as well as the neuropeptide receptors of A and B allatostatin. The results showed that the neuropeptides of the allatostatin family identified in Eurygaster integriceps are involved in various physiological processes. Considering the important role of neuropeptides in insects, these neuropeptides can be used to design specific insecticides compatible with the environment for managing control Eurygaster integriceps in future.
Keywords: Allatostatin, GPCR, Neuropeptide, RNA-seq -
نیتروژن یکی از مهمترین اجزای بیومولکول ها، آمینواسیدها، نوکلیوتیدها، پروتیین ها، کلروفیل و بسیاری از هورمون های گیاهی است که اجزای ضروری و موردنیاز برای رشد و تکوین گیاه می باشد. در شرایط کمبود نیتروژن پاسخ های بسیار متفاوتی در فنوتیپ گیاهان نمایان می شود. از جمله این تغییرات می توان به کاهش عملکرد، کلروز برگ، رشد گیاه و تشکیل ساختار ریشه و غیره اشاره نمود. در دهه گذشته، برای افزایش میزان بیومس و در نتیجه عملکرد گیاهان استفاده وسیعی از نیتروژن مورد توجه محققان قرار گرفته است. در این مطالعه، آنالیز بیان هفت ژن نیترات ترنسپورتر (NRT2) در پاسخ به تنش کمبود نیتروژن در 4 و 7 روز بعد از اعمال این تنش در گیاه آرابیدوپسیس بررسی شد. آنالیز بیان ژن هایNRT2.3 و NRT2.4 افزایش بیان در 7 روز بعد از اعمال تنش نیتروژن را نشان دادند. اما تمامی ژن ها در 4 روز بعد از اعمال تنش نیتروژن افزایش بیان معنی داری نشان ندادند. ژن NRT2.4 در مقایسه با سایر ژن ها هم 4 و هم 7 روز بعد از اعمال تنش نیتروژن افزایش معنی داری نشان داد. در مجموع، نتایج ما نشان داد که افزایش بیان نیترات ترنسپورتر در برگ به جذب نیتروژن برای رشد گیاه و تجمع نیتروژن در پاسخ به تنش کمبود نیتروژن طولانی مدت کمک می کند. این یافته ها ممکن است باعث درک بهتر مکانیسم تحمل کم نیتروژن و در نتیجه افزایش دیگر ارقام با تنش کمبود نیتروژن شود.
کلید واژگان: کمبود نیتروژن، ترنسپورترهای نیترات، آرابیدوپسیس، بیان ژنNitrogen is one of the most important components of biomolecules, amino acids, nucleotides, proteins, chlorophyll, and many plant hormones, which are essential and necessary for plant growth and development. In the condition of nitrogen deficiency very different responses such as yield reduction, leaf chlorosis, plant growth and root structure formation appears in phenotypes of plants. In the last decade, to increase the amount of biomass and as a result the yield of plants, a wide use of nitrogen has attracted the attention of researchers. In this study, the expression analysis of seven nitrate transporter genes (NRT2) was investigated in Arabidopsis in response to nitrogen deficiency stress at 4 and 7 days after this stress. The expression analysis of NRT2.3 and NRT2.4 genes showed increased expression at 7 days after applying nitrogen deficiency stress. But all the genes did not show a significant increase in expression at 4 days after N stress application. NRT2.4 gene showed a significant increase in 4 and 7 days after applying nitrogen stress compared to other genes. Overall, our results showed that increased nitrate transporter gene expression in leaves contributes to nitrogen uptake for plant growth and nitrogen accumulation in response to long-term low nitrogen stress. These findings can lead to a better understanding of the mechanism of low nitrogen tolerance and therefore the increase of other cultivars with nitrogen deficiency stresses.
Keywords: Low nitrogen, Nitrate transporter, Arabidopsis, Gene expression -
مقدمه و هدف
تنش های غیرزیستی فاکتورهای مهم در کاهش عملکرد محصولات زراعی هستند. سرما، گرما و نور زیاد ازجمله مهمترین تنش های غیرزیستی در گیاهان به شمار می روند. لذا درک مکانیسم مولکولی ژن های درگیر در تنش ضروری به نظر می رسد. متالوپروتیاز FtsH یکی از تنظیم کننده های کلیدی در پاسخ به تنش های غیرزیستی است. مطالعات زیادی بر روی FtsH در گیاهان مختلف انجام شده است. اما تحت تنش سرما، گرما و نور زیاد بر روی سیب زمینی گزارشی وجود ندارد.
مواد و روش هادر این مطالعه، بیان ژن StFtsH5، StFtsH6 و StFtsH10 در سه بافت ریشه، ساقه و برگ در پاسخ به سه تنش سرما، گرما و نور زیاد بررسی شد. ژنوتیپ آگریا تحت شرایط کنترل شده در گلخانه کشت شد. بعد از تیمارهای سرما، گرما و نورزیاد، نمونه برداری از برگ، ساقه و ریشه تحت دو شرایط کنترل و تنش بعد از اعمال تیمار 24 و 48 ساعت انجام شد. بیان نسبی ژن های انتخاب شده تعیین شد.
یافته هاژن StFtsH5 بعد از 24 و 48 ساعت تحت تنش دمای پایین در برگ و ساقه افزایش بیان معنی داری را نسبت به شرایط کنترل نشان داد. همچنین این ژن تحت تنش گرمایی در دو زمان اعمال تنش در ریشه و برگ افزایش میانگین بیان نسبی نسبت به شرایط کنترل داشته است. StFtsH5 در برگ تحت تنش نور زیاد در 24 ساعت بعد از اعمال تنش افزایش بیان نسبی نسبت به شرایط نرمال نشان داد. اما ژن StFtsH6 تحت تنش دمای پایین، گرما و نور زیاد بعد از 48 و24 ساعت بعد از اعمال تنش در برگ، ساقه و ریشه میانگین بیان نسبی بالایی برخوردار نبود. ژن StFtsH10 تحت تنش نور زیاد در ساقه و ریشه در 48 ساعت بعد از تنش افزایش بیان معنی داری را نشان داد. در برگ و ساقه تحت تنش دمای پایین در 48 ساعت بعد از اعمال تیمار میانگین بیان بالایی را به خود اختصاص داد. اما این ژن 24 و 48 ساعت بعد از اعمال تنش گرمایی و نور زیاد به ترتیب افزایش بیان بالایی را در ساقه و ریشه نسبت به شرایط کنترل داشت. نتایج این تحقیق نشان داد که تحت 3 تیمار تنشی (سرما، گرما و نور زیاد) ژن های StFtsH5 و StFtsH6 در ساقه، برگ و ریشه بیشترین و کمترین میانگین بیان نسبی را نشان داد.
نتیجه گیریدر میان سه ژن، StFtsH5 بالاترین بیان را در سه بافت تحت تنش سرما، گرما و نور زیاد نشان داد. با توجه به یافته های فوق، تغییرات بیشتر بیان ژن StFtsH5 احتمالا می تواند ناشی از نقش موثر این ژن در تنش های غیرزیستی مخصوصا سرما، گرما و نور زیاد باشد.
کلید واژگان: آگریا، استرس غیرزیستی، سرما، گرما، FtsHIntroduction and ObjectiveAbiotic stresses are among major factors limiting crop yields. Cold, heat, and high-light are the most important abiotic stress among plants. Thus, it is considered the understanding of molecular mechanisms response to stress. FtsH metallopeptidase is one of the key regulators of plant response to abiotic stresses. Many surveys were performed on the FtsH in different plants. However, there is not report on potato under cold, heat, and high-light stress.
Material and MethodsIn this study, the gene expression of StFtsH5, StFtsH6, and StFtsH10 was evaluated in root, stem, and leaves under cold, heat, and high light stresses. Agria genotypes were planted under controlled greenhouse conditions. After cold, heat, and high light treatment duration, leaves, stem, and root sampling were performed under two conditions stress and normal after 24h and 48h treatment. The relative expression of selected genes was estimated.
ResultsStFtsH5 gene was strongly up regulated in leaves and stem at the 24h and 48h under cold stress as compared to non-stress condition, respectively. Further, this gene had the higher mean relative expression than normal condition in root and leaves at the 24h and 48h under heat stress. At 24h after high light stress, the more mean relative increase StFtsH5 gene than control condition was observed. However, StFtsH6 gene is not increased gene expression under low temperature, and high light after utilization of stress treatment in leaves, stem, and root. StFtsH10 gene showed the significantly increased expression of in stem and root under high-light stress at the 48h. It showed an increase in gene expression in stem and leaves under cold stress at the 48h after stress treatment. However, this gene had the high gene expression in stem and root as compared to control at the 24h and 48h after stress treatment. The results of this study showed that StFtsH5 and StFtsH6 had the maximum and minimum gene expression in stem, leaves, and root under three stress treatments.
ConclusionsAmong three genes, StFtsH5 showed the high expression in three tissues under cold, heat, and high-light stress. According to the above results, changes in gene expression of StFtsH5 could refer to the key roles of this gene in abiotic stresses, particularly cold, heat, and high light stresses.
Keywords: Abiotic stress, Agria, Cold, FtsH, Heat -
هدف
جوانه زدن بذر فرآیند مهمی است که شروع چرخه زندگی گیاه بذر را تعیین می کند. با این حال، مکانیسم مولکولی جوانه زنی بذر در جو نامشخص است. برای درک مکانیسم مولکولی جوانه زنی بذر در جو، از آنالیز WGCNA برای شناسایی هاب و ژن های پاسخگو و آشکارسازی بیان ژن ها در جوانه زنی بذر استفاده شد.WGCNA ، ابزار ارزشمندی برای مطالعه همبستگی بین ژن ها، شناسایی ماژول های با همبستگی بالا و شناسایی ژن های Hub در ماژول های مختلف است.
مواد و روش ها:
داده های خام ریزآرایه مربوط به مرحله جوانه زنی از پایگاه داده ریزآرایه GEO برای 0 ساعت، 3 ساعت، 9 ساعت، 18 ساعت، 33 ساعت و 71 ساعت پس از مرحله جوانه زنی به دست آمد. سپس از آنالیز شبکه هم بیان ژن وزنی (WGCNA) برای تشخیص ژن های شبکه هم بیان شده استفاده شد. در تحقیق حاضر، از رقم جو مهتاب برای نشان دادن الگوی بیان پس از 9 ساعت، 18 و 71 ساعت پس از مرحله جوانه زنی استفاده شد. تعداد کل 4137 ژن با بیان متفاوت (DEG) شناسایی شد که برخی از ژن ها بیان بیشتری را در مهتاب نشان دادند و سه ژن با qRT-PCR تایید شدند.
نتایجبیشتر اینDEG ها در فرآیندهای متابولیک، فرآیندهای سلولی، گلیکولیز و پاسخ به محرک نقش داشتند. ژن هاب در MEbrown پروتیین ابرخانواده آلفا/بتا هیدرولاز، ME ارغوانی پروتیین 4 حاوی دامنه U-box و MEdarkgrey فاکتور رونویسی حاوی دامنه B3 ABI3 بود که با بذرهای جوانه زده همبستگی مثبت داشت. نتایج یک پایگاه داده ریزآرایه و ژن های کاندید برای مطالعه بیشتر جو در مراحل جوانه زنی را نشان داد. علاوه بر این، DEG ها توسط WGCNA به سه ماژول تقسیم شدند. در این مطالعه، ماژول های ژنی مرتبط با جوانه زنی بذر در طول جوانه زنی بذر جو شناسایی شدند. فاکتور رونویسی و آلفا/بتا هیدرولاز نقش مهمی در مرحله جوانه زنی داشتند. همچنین، ماژول های ژنی و ژن های هاب در 9 ساعت، 18 و 71 ساعت پس از جوانه زنی شناسایی شدند. با توجه به کمبود اطلاعات در مورد نیازهای جوانه زنی بذر جو، این تحقیق به منظور بررسی مکانیسم های جوانه زنی بذر و همچنین ارزیابی ژن های هاب جهت بررسی مکانیسم مولکولی جوانه زنی بذر در جو انجام شد.
نتیجه گیری:
نتایج مطالعه حاضر بینش جدیدی را در مورد مکانیسم مولکولی زیربنایی جوانه زنی بذر جو ارایه می دهد. بر اساس تجزیه و تحلیل شبکه، فاکتورهای رونویسی و پروتیین های یوبیکوییتین در جوانه زنی نقش داشتند. بیشتر ژن های مربوط به هر ماژول مربوط به پروتیین های درگیر در متابولیسم کربوهیدرات، گلیکولیز و تجزیه پروتیین بودند. نتایج بیان ژن ما می تواند به عنوان نشانگر مولکولی در ارقام جو در طول جوانه زنی بذر عمل کند. این یافته ها می تواند برای انتخاب کمک مولکولی و اصلاح ژنوتیپ های جو سریع جوانه زن مناسب باشد.
کلید واژگان: WGCNA، فاکتورهای رونویسی، شبکه ژنی، مرحله جوانه زنیObjectiveSeed germination is an important process that determines the beginning of the seed plant life cycle. However, the mechanism underlying seed germination in barley remains unclear. To understand the molecular mechanism of the seed germination in barley, WGCNA analysis was used to detect the hub and responsive genes and to reveal the expression of the genes on seed germination. WGCNA is a valuable tool for studying the correlation between genes, identifying modules with high correlation, and identifying Hub genes in different modules.
Materials and methodsRaw microarray data related to germination stage were obtained from the GEO microarray database for 0h, 3h, 9h, 18h, 33h and 71h after germination stage. Then, weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) was utilized for detection of co-expressed network genes. In the present study, a barley cultivar, Mahtab, was utilized to show expression pattern after 9h, 18h and 71h after germination stage. A total number of 4137 differentially expressed genes (DEG) were identified, with some genes showing higher expression in Mahtab and three genes verified by qRT-PCR
ResultsMost of these DEGs were involved in metabolic processes, cellular processes, glycolysis, and response to stimulus. Hub gene in MEbrown was alpha/beta-Hydrolases superfamily protein, MEpurple was U-box domain-containing protein 4, and MEdarkgrey was B3 domain-containing transcription factor ABI3 which were positively correlated with germinated seeds. The results showed a microarray database and candidate genes for further study of barley at germination stages. In addition, DEGs were divided into three modules by WGCNA. In this study, gene modules associated with seed germination during barley seed germination were identified. Transcription factor and alpha/beta-hydrolase played an important role at germination stage. Also, gene modules and hub genes at 9h, 18h, and 71h after germination were detected. As there is lack of information on seed germination requirements of barley, this research was conducted to study seed germination mechanisms as well as evaluation of hub genes to study molecular mechanism seed germination in barley.
ConclusionsThe results of the present study provide new insights into the molecular mechanism underlying barley seed germination. Based on the network analysis, transcription factors (TFs) and ubiquitin proteins were involved in germination. Most of the genes related to each module were related to proteins involved in carbohydrate metabolism, glycolysis, and protein degradation. Our gene expression results can serve as molecular markers in barley cultivars during seed germination. These findings can be suitable for molecular assisted selection and breeding of fast germinating barley genotypes.
Keywords: WGCNA, Transcription factors, Gene Network, germination stage -
MicroRNA (miRNA) گروه بزرگی از RNAهای کوچک و غیر کد کننده (~ 22 نوکلیوتید) هستند که در تنظیم پسا رونویسی بیان ژن به صورت برش mRNA هدف و یا مهار ترجمه نقش دارند. مطالعات نشان داده اند که miRNAها نقش مهمی در افزایش تحمل گیاهان به شرایط نامطلوب محیطی دارند. در این مطالعه خانواده miR164 در برنج (Oryza sativa)، مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از روش های بیوانفورماتیک، توالی کلیه osa-miR164 متعلق به خانواده miR164 برنج تجزیه و تحلیل شده، و پروفایل بیانی osa-miR164 تحت شرایط تنش های غیر زیستی مختلف ارزیابی شد. سپس عناصر تنظیمی سیس بر روی پیشبر های ژن osa-miR164 پیش بینی شده و به طور همزمان ژن های هدف miR164 و عملکرد آن ها شناسایی شد. نتایج این مطالعه نشان می دهد نقاط حفاظتی زیادی در توالی های osa-miR164 بالغ وجود دارد که در توالی های پیش ساز دیده نمی شود. بنابراین الگوهای بیانی متفاوت اعضای خانواده ژنی osa-miR164 تحت شرایط تنش و عناصر تنظیمی متعدد سیس موجود در پیشبرهای ژن osa-miR164 ممکن است توضیحی برای الگوی بیانی متنوع osa-miR164 باشد. در این تحقیق برخی از ژن های هدف بالقوه osa-miR164 شناسایی و بیان آن ها در شرایط تنش های مختلف مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در مجموع یافته های این پژوهش منبع با ارزشی برای شناسایی و ارزیابی بیشتر میان کنش بین ژن های هدف خانواده osa-miR164 در پاسخ به تنش های غیر زیستی فراهم می کند.
کلید واژگان: miR164، RNA غیر کد کننده، برنج، پاسخ به تنش غیر زیستیJournal of Genetics, Volume:17 Issue: 3, 2022, PP 295 -306MicroRNAs (miRNA) are small (22 nucleotide) non-coding RNA molecules that post-transcriptionally regulate gene expression. Previous research has shown that miRNA plays an essential role in plant tolerance to adverse environmental conditions. In our study, we focused on the miR164 family in rice (Oryza sativa), an important food crop. We used a bioinformatics approach to analyze the sequences of all osa-miR164 of the miR164 family of rice, evaluate the expression profile of osa-miR164 under different stress conditions, predict cis-regulatory elements at the promoters of osa-miR164 genes, and simultaneously predict the miR164-targeted genes and their expressions. The results showed that the mature osa-miR164 sequences are highly conserved, but the precursor sequences are highly variable. The variation in the precursor sequences of osa-miR164 genes resulted in different expressions under stress conditions. In addition, different cis-regulatory elements in the promoter sequences of osa-miR164 genes could explain the different expression patterns of osa-miR164 genes. Some possible osa-miR164 target genes were discovered and their expression were studied under different stress conditions. Overall, the results of this study provided a valuable resource for further identification and evaluation of the interaction between osa-miR164 family target genes in response to abiotic stress.
Keywords: miR164, microRNA, non-coding RNA, rice, Oryza sativa -
هدف
اصلاح ساختار ریشه با جذب کارآمد آب و استفاده موثر از مواد مغذی مرتبط است و استقرار بهتر گیاه در خاک را فراهم می کند. مهندسی ژنتیک برای بهبود ساختار ریشه می تواند منجر به حفظ عملکرد بالاتر در شرایط خشکی شود. این پژوهش با هدف اصلاح ساختار ریشه برنج به منظور تحمل به خشکی و بهبود کارایی جذب عناصر غذایی انجام گرفت. برای این منظور انتقال همزمان ژن های Deeper Rooting1 یا DRO1 که در تنظیم زاویه رشد ریشه ها برای انطباق با شرایط خشکی نقش دارد و Phosphorus-Starvation Tolerance1 یا PSTOL1 که در افزایش جذب فسفر و بهبود ساختار ریشه موثر است، به گیاه برنج طراحی و اجرا شد.
مواد و روش هاژن های DRO1 و PSTOL1 برگرفته از ارقام وحشی برنج طی مراحلی به ترتیب تحت پیشبرنده مختص ریشه و پیشبرنده دایمی همسانه سازی و در ناحیه T-DNA حامل دوگانه اگروباکتریومی قرار داده شدند. سازه حاصل موسوم به pUhrDroPstol به اگروباکتریوم سویه EHA105 منتقل و برای انتقال ژن به برنج رقم هاشمی مورد استفاده قرار گرفت. پس از انجام مراحل انتقال ژن، گیاهان باززاشده حاصل در محیط انتخابی حاوی 50 میلی گرم بر لیتر هیگرومایسین در مراحل مختلف کالوس زایی، باززایی و ریشه زایی زنده مانده و رشد کرده و به محلول یوشیدا و سپس به گلدان منتقل شدند. گیاهان تراریخته احتمالی توسط واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) مختص سازه و مختص ژن مورد تایید قرار گرفتند و رخدادهای مستقل مشخص شدند.
نتایجدر این پژوهش 12 رخداد احتمالی برنج تراریخته حاصل شد که 10 رخداد در آنالیز PCR حضور هر دو ژن OsDRO1 و OsPSTOL1 را نشان دادند. مقایسه فنوتیپ ریشه با گیاه شاهد تفاوت ظاهری در ساختار ریشه نشان داد. گیاهان تراریخته حاصل در گلخانه تراریخته پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی بذرگیری شدند و خلوص آنها با آنالیز مولکولی در نسل های T1 و T2 مشخص شد.
نتیجه گیریدر این تحقیق دو ژن کاندید موثر در تغییر ساختار ریشه و تحمل به خشکی با استفاده از مهندسی ژنتیک به برنج رقم هاشمی منتقل شد. تاکنون انتقال همزمان این دو ژن کاندید گزارش نشده است. گیاهان تراریخته حاصل سیستم ریشه ای بهتری را نسبت به گیاه شاهد نشان می دهند. سازه چند ژنی حاصل را می توان با هدف تغییر ساختار ریشه و تحمل به خشکی و بهبود کارایی جذب فسفر برای انتقال ژن به سایر گیاهان نیز مورد استفاده قرار داد. امید است تولید برنج تراریخته با بهبود کارایی استفاده از عناصر غذایی و با تغییر ساختار ریشه بتواند تحمل به خشکی و عملکرد را در این محصول مهم زراعی افزایش و سبب کاهش مصرف آب در کشت برنج شود.
کلید واژگان: انتقال ژن با سازه چند ژنی، برنج تراریخته، ژن Deeper Rooting1، ژن Phosphorus-Starvation Tolerance1ObjectiveRoot structure modification is associated with the efficient water uptake and the nutrient utilization. It also provides structural support for the anchoring in soil. Genetic engineering for the improvement of plant root structure may help to maintain higher yields under drought conditions. The aim of this study was to modify the root structure of rice in order to improve drought tolerance and the efficiency of nutrient uptake. For this purpose, simultaneous transformation of Deeper Rooting1 or OsDRO1 gene, which is involved in the regulation of growth angle of the root in order to adapt to drought conditions, and Phosphorus-Starvation Tolerance1 or OsPSTOL1 gene, which is effective in increasing phosphorus uptake and improving root structure, were considered for rice root structure modification.
Materials and methodsThe OsDRO1 and OsPSTOL1 genes derived from the wild rice cultivars were cloned together in a single construct under the control of the root specific and the ubiquitin promoters, respectively. The resulting construct, pUhrDroPstol is transformed into the Agrobacterium tumefactions strain EHA105 and used for the gene transformation into Hashemi cultivar. Putative transgenic plants, survived on 50 mg/L Hygromycin during tissue culture steps, are transplanted into the Yoshida solution and then into the pots until they set seeds. Construct specific and gene specific PCR analysis are used to confirm the transgenic plants.
ResultsIn this study, 12 putative transgenic rice events were obtained, of which 10 showed the presence of both OsDRO1 and OsPSTOL1 genes in the PCR analysis. Transgenic plants show stronger root structure compared to the non-transgenic ones. Molecular analysis in the T1 and T2 generations determined the homozygous events.
ConclusionsIn this study, two candidate genes affecting root structure, nutrient uptake and drought tolerance were transferred to the Hashemi rice using genetic engineering. So far, simultaneous transfer of these two candidate genes have not been reported. Transgenic plants present better root system compared to the control plants. The mentioned construct can be used for the transformation of other crops to improve their root structure, nutrient uptake and their drought tolerance. It is hoped that the production of the transgenic rice with modified root structure and efficient phosphorus uptake increases its drought tolerance and reduce water consumption in rice cultivation.
Keywords: Deeper Rooting1 gene, Multi-Gene construct transformation, Phosphorus-Starvation Tolerance1 gene, Transgenic rice -
گندم یک محصول غذایی مهم است که بیش از 40 درصد از سرانه کالری و پروتیین رژیم غذایی در بسیاری از کشورهای در حال توسعه را تامین می کند. تولید گندم نقش مهمی در امنیت غذایی و اقتصاد جهانی دارد. سن گندم جدی ترین آفت گندم در آسیای غربی و مرکزی است. کاهش عملکرد در گندم در صورت طغیان آفت 90-50 درصد برآورد شده است. استفاده از سموم شیمیایی رایج ترین روش کنترل این آفت است. اگرچه استفاده از سموم شیمیایی در سال های اخیر کاهش یافته است اما آسیب ناشی از این مواد و مدت زمان باقی ماندن آن ها در محیط زیست، نگران کننده است. بنابراین، یافتن روش های جایگزین ایمن تر و در عین حال، موثر تر یک ضرورت محسوب می شود. فناوری های جدید در بسیاری از سطوح جذاب هستند، به ویژه از این جهت که برای هدف قرار دادن گونه های خاص توسعه یافته اند و ممکن است جمعیت آفات را با شیوه ملایم تری از بین ببرند. محققان زیادی در سراسر دنیا با استفاده از روش های نوین نظیر تداخل آر. ان. ا، تغییر ژنومی و مطالعات میکروبیوم، مطالعات متعددی جهت کنترل آفات مختلف انجام داده و به موفقیت هایی نیز دست یافته اند. استفاده از این روش های نوین می تواند نقش موثری در کنترل آفت سن گندم داشته و تا حدودی نگرانی ها را کاهش دهد.
کلید واژگان: سن گندم، تنظیم کننده های رشد حشرات، تداخل آر.ان.ای، میکروبیومJournal of Biosafety, Volume:14 Issue: 3, 2022, PP 101 -116Triticum aestivum L. is an important food crop that provides more than 40% of the per capita calories and protein in the diet in many developing countries. Wheat production plays an important role in food security and the global economy. Sunn pest is one of the most serious pests of wheat in Asia, North Africa, and Eastern Europe. Yield losses caused by Sunn pest are estimated at 50-90% in wheat in case of pest out break. The use of chemical pesticides is the most common method of controlling Sunn pest. Although chemical pesticides have decreased in recent years, the damage caused by the chemicals, and how long they remain in the environment are the causes of most worrying. Thus, finding more effective alternative methods to be safer are a necessity. The Promising new technologies are attractive on many levels, mainly because they have been developed to target specific species and eradicate pest populations more gently. Many researchers worldwide have performed several studies to control various pests using new techniques such as RNA interference, genomic modification, and microbiome studies. The use of new methods may play effective roles in controlling the sunn pest of wheat and reduce some concerns.
Keywords: Sunn Pest, Insect Growth Regulators, RNA Interference, Microbiome -
بهبود ساختار ریشه منجر به افزایش عملکرد دانه و کیفیت بالاتر بذر می شود و این امر از طریق بهبود رشد گیاه، استقرار بهتر در خاک، جذب بیشتر آب و تغذیه و بیوسنتز اسیدهای آمینه و هورمون ها حاصل شده و باعث افزایش کارایی استفاده از مواد مغذی و تحمل تنش در گیاه می شود. خشکسالی یک چالش جدی در کشور است و بنابراین تولید محصولات متحمل به خشکی دارای اهمیت خواهد بود. در این پژوهش حضور ژن DRO1 (تغییر دهنده ساختار ریشه برنج) که در تغییر زاویه رشد ریشه نقش دارد در برنج رقم هاشمی بررسی و با توالی مشابه آن در برنج رقم Kinandang Patong مورد مقایسه قرار گرفت. سپس این ژن در کنار ژن OsCKX4 (موثر در بهبود ساختار ریشه) قرار داده شد. ژن های OsCKX4 و DRO1 برگرفته از ارقام خودرو برنج طی مراحلی به ترتیب تحت پیش برنده مختص ریشه و پیش برنده دایمی همسانه سازی و در ناحیه T-DNA حامل دوگانه اگروباکتریومی قرار داده شدند. سازه حاصل موسوم به pUhrCkDro به اگروباکتریوم سویه EHA105 منتقل و برای انتقال ژن به برنج رقم هاشمی مورداستفاده قرار گرفت. پس از انجام مراحل انتقال ژن، گیاهان باززا شده حاصل در محیط انتخابی حاوی 50 میلی گرم بر لیتر هیگرومایسین در مراحل مختلف کالوس زایی، باززایی و ریشه زایی زنده مانده و رشد کرده و به محلول یوشیدا و سپس به گلدان منتقل شدند. گیاهان تراریخته احتمالی توسط واکنش زنجیره ای پلیمراز تایید قرار و رخدادهای مستقل مشخص شدند. مقایسه فنوتیپ ریشه با گیاه شاهد تفاوت ظاهری در ساختار ریشه نشان داد. گیاهان تراریخته حاصل در گلخانه تراریخته پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی بذرگیری و در نسل های T1 و T2 تحت آزمون های مولکولی برای تشخیص رخدادهای خالص قرار گرفتند. با توجه به نتایج این پژوهش احتمالا سازه چند ژنی حاصل می تواند با هدف تغییر ساختار ریشه و تحمل به خشکی برای انتقال ژن به سایر گیاهان نیز موثر واقع شود. امید است تولید برنج تراریخته با ساختار ریشه قوی تر منجر به تحمل خشکی، کاهش مصرف آب و بهبود عملکرد در شرایط تنش خشکی شود.
کلید واژگان: انتقال چند ژنی، مهندسی معماری ریشه، DRO1، CKX4Improvement of the root architecture lead to higher grain yield and seed quality. This is achieved via improvement of the plant growth, better establishment in soil, higher absorption of water and nutrition resulting in the biosynthesis of the essential amino acids and hormones. It increases the efficiency of the nutrition usage and the stress tolerance. Drought conditions are a serious challenge in Iran; therefore, improving crop tolerance has a major importance. In this study, we investigate the presence of DRO1 gene, which is involved in the modification of the root growth angle, in rice cultivar Hashemi and compared to the Kinandang Patong cultivar. We further analyze the simultaneous presence of DRO1 and a second gene, OsCKX4, which is involved in the improvement of root structure. DRO1 and OsCKX4 are cloned together in a single construct under the control of the ubiquitin and the root specific promoters, respectively. The resulting construct, pUhrCkDro is transformed into the Agrobacterium tumefactions strain EHA105 and used for the gene transformation into Hashemi cultivar. Putative transgenic plants, survived on 50 mg. L−1 Hygromycin during tissue culture steps, are transplanted into the Yoshida solution and then into the pots until they set seeds. Construct specific and gene specific PCR analysis are used to confirm the transgenic plants. Transgenic plants show stronger root structure compared to the non-transgenic ones. Molecular analysis in the T1 and T2 generations leads to the homozygous events. The multi-genic construct used in this study, can be introduced into other crops for the aim of root structure improvement and drought tolerance. It is hoped that the production of transgenic rice with enhanced root structure results in improving drought tolerance, reducing water consumption and enhancing yield under drought stress conditions.
Keywords: DRO1 gene, CKX4 gene, Multi-gene transformation, Root architecture -
با توجه به محدودیت شدید آب شیرین در ایران، استفاده از منابع آبی شور با کیفیت پایین، از ضروریات اجتناب ناپذیر در توسعه کشاورزی پایدار می باشد. یکی از راهکارهای مقابله با تغییرات اقلیم استفاده از پتانسیل گیاهان شورپسند، مانند سالیکورنیا برای بهره برداری اقتصادی از خاک های شور است. در این تحقیق دو ژنوتیپ سالیکورنیا (قم، حساس به شوری و حله، متحمل به شوری) به صورت هیدروپونیک، تحت تیمار شوری و غلظت های مختلف فسفر و منیزیم قرار گرفتند. هدف از این مطالعه بررسی نقش این دو عنصر غذایی بر فاکتورهای رشد و خصوصیات ریخت شناسی و تشریحی سالیکورنیا تحت تیمار شوری بود. نتایج این تحقیق نشان داد که در شوری 0 میلی مولار، فسفر می تواند محرک رشد در هر دو ژنوتیپ باشد. اما در شوری های 200 و 800 میلی مولار، این افزایش اثر منفی بر فاکتورهای رشد داشت. افزایش غلظت منیزیم در هر سه سطح شوری(0،200،800میلی مولار)، باعث بهبود فاکتورهای رشد در هر دو ژنوتیپ سالیکورنیا شد. همچنین، نبود فسفر در شوری های200 و 800 میلی مولار به شدت خصوصیات ریخت شناختی گیاه را تحت تاثیر قرار داد و سبب چوبی شدن منطقه ای در آندودرم و افزایش قطر در دیواره سلولی گزیلم ها شد. علاوه بر این، غلظت 3 برابر منیزیم در شوری 800 میلی مولار، سلول های اپیدرم و پارانشیم پوست را به شدت دفرمه و دچار پلاسمولیز کرد. این مطالعات نشان داد که تیمار یک برابر منیزیم و فسفر بهترین شرایط را برای رشد سالیکورنیا فراهم می کند.
کلید واژگان: پاسخ های ریخت شناسی، خصوصیات تشریحی، شورپسند، شوری، عناصرغذاییDue to the severe limitations of fresh water in Iran, the use of low-quality saline water resources is an inevitable necessity in development of sustainable agriculture. One of the ways to deal with climate change is to use the potential of halophyte plants such as Salicornia for the economic utilization of saline soils. In this study, two genotypes of Salicornia (Qom, sensitive to salinity and Helleh, tolerant to salinity) were hydroponically treated with salinity and different concentrations of phosphorus (P) and magnesium (Mg). The aim of this study was to investigate the role of these two elements on growth factors and morphological and anatomical characteristics in Salicornia under the salinity treatments. The results showed that at 0 mM salinity, P could stimulate growth in both genotypes. But at 200- and 800- Mm salinity, had a negative effect on growth parameters. Increasing the concentration of Mg at all three salinity levels(0, 200, 800mmol) improved growth in both genotypes. Also, the lack of P in 200-and 800-mM salinities affected the plant anatomy and caused lignification areas in the endoderm and increased diameter in the cell wall of the xylem. In addition, a 3-fold concentration of Mg at 800 mM salinity severely deformed and plasmolyzed epidermal and parenchymal cells. Overall, these studies showed that a one-fold treatment of Mg and P provides the best conditions for the growth of Salicornia.
Keywords: Morphological responses, Anatomical characteristics, Halophyte, Salinity, Nutrient elements -
گیاهان از راهبردهای مختلفی برای مقابله با تنش های غیر زیستی استفاده می کنند که وابسته به گونه و رشد گیاه متفاوت است. یکی از این راهکارها افزایش انتقال مجدد کربوهیدرات های محلول در آب ساقه تحت تنش است که می تواند به عنوان منابع مهم کربنی برای پر کردن دانه در برابر تنش خشکی باشند. تنش خشکی یکی از مهمترین تنش های غیرزیستی است که عملکرد محصولات کشاورزی را تحت تاثیر قرار می دهد. علاوه بر این، تنش خشکی به عنوان یکی از عوامل محدود کننده اصلی در فرایند رشد گیاه بوده، همچنین می تواند مانع تنفس ، فتوسنتز و باز و بسته شدن روزنه گیاه شود و در نتیجه، بر رشد و سوخت و ساز فیزیولوژیکی گیاه تاثیر گذارد. گیاهان ساز و کارهای پاسخ به خشکی مانند تغییرات مورفولوژیکی و ساختاری و همچنین بیان ژن های مقاوم به خشکی ، سنتز هورمون ها و مواد تنظیم کننده اسمزی را برای کاهش تنش خشکی فعال می کنند. خشکی باعث تسریع در پیری برگ غلات شده که شامل تغییرات بیان هزاران ژن بوده و در نهایت بر میزان پروتیین دانه و عملکرد دانه و کارایی استفاده از نیتروژن تاثیر میگذارد. همچنین تحت این تنش، نیتروژن موجود در خاک قابل دسترس نبوده و باعث شروع و تسریع در روند پیری برگ ها می شود. پیری به شدت تحت تاثیر هورمون های گیاهی و عوامل محیطی شامل در دسترس بودن نیتروژن می باشد . در شرایط تنش خشکی، کاهش جذب نیتروژن می تواند باعث جابجایی مجدد نیتروژن از برگ و ساقه به دانه شود و در نهایت منجر به پیری برگ شود. در این مقاله نشان داده شد که ژن های دخیل در مسیر بیوسنتز فروکتان، در تجزیه کلروپلاست، در تجزیه پروتیین (پروتیازها) و فاکتورهای رونویسی (NAC، WRKY) در روند پیری سلول افزایش بیان نشان می دهند.
کلید واژگان: کربوهیدرات محلول، فروکتان، خشکی، پرشدن دانهPlants utilize different strategies to combat abiotic stress, depending on the species and growth stage. One of these strategies is to increase the remobilization of water-soluble carbohydrates (WSC) under stress, which can be important sources of carbon to fill the grain in response to drought stress. Drought is one of the most important abiotic stresses affecting yield of agricultural products. In addition, drought stress is one of the main limiting factors in plant growth, it can also prevent respiration, photosynthesis and opening and closing of plant stomata. As a result, it affects the growth and physiological metabolism of the plant. In response to drought stress, plants activate drought response mechanisms such as morphological and structural changes as well as the expression of responsive-drought genes, the synthesis of hormones and osmotic regulators to reduce drought stress. Drought initiates the senescence of cereal leaves, including changes in the expression of thousands of genes that ultimately affect grain protein content, grain yield, and nitrogen utilization efficiency. Also, under drought stress, soil nitrogen availability is reduced causing initiation and acceleration of the leaves senescence. Leaf senescence is strongly influenced by plant hormones and environmental factors including the availability of nitrogen. During maturity or drought stress, reduced nitrogen uptake can cause nitrogen to be redistributed from leaves and stems to seeds, eventually leading to leaf senescence. Under these conditions, genes involved in the fructan biosynthesis pathway and in chloroplast degradation and proteases show increased expression. For example, genes involved in protein degradation (proteases) and transcription factors (NAC, WRKY) are expressed in the process of cells senescence. In this paper, it was shown that the genes involved in the fructan biosynthesis pathway, chloroplast degradation, protein degradation (proteases), and transcription factors (NAC, WRKY) during the aging process show increased expression.
Keywords: soluble carbohydrates, fructan biosynthesis, Drought, grain filling -
ویروس های Potato virus Y (PVY) و Potato virus X (PVX) از مهم ترین عوامل آلوده کننده سیب زمینی هستند که باعث کاهش عملکرد و کیفیت غده می شوند. در این مطالعه، آزمایشی برای بررسی تاثیر ویروس های مذکور بر عملکرد غده و سطح مقاومت 33 ژنوتیپ سیب زمینی در کرج انجام شد. آزمایش به صورت طرح کاملا تصادفی در قالب فاکتوریل می باشد و در دو سطح ویروس در سه تکرار اجرا شد. نتایج نشان داد که آلودگی ویروسی تاثیر معنی داری بر میانگین عملکرد غده، عملکرد بذری (اندازه غده 35-55 میلی متر)، عملکرد خوراکی (اندازه غده بزرگتر از55 میلی متر) و عملکرد غیرقابل فروش (اندازه غده کوچک تر از 35 میلی متر) دارد. براساس تجزیه خوشه ایی ویروس PVY، خوشه هفتم بیشترین ژنوتیپ های مقاوم به ویروس PVY به لحاظ میانگین جذب نوری و میانگین عملکرد در نظر گرفته شد و درحالی که خوشه ششم دارای ژنوتیپ های حساس به ویروس PVY شناسایی شدند. بر مبنای تجزیه خوشه ای ویروسPVX، خوشه اول بیشترین ژنوتیپ های مقاوم به لحاظ میانگین عملکرد و جذب نوری درنظرگرفته شد و خوشه سوم دارای بیشترین ژنوتیپ های حساس به ویروس PVX هستند. نتایج این مطالعه نشان داد که ژنوتیپ G23 با میانگین جذب نوری 01/0 و 032/0 و میانگین عملکرد 1/4 کیلوگرم بر متر مربع، به ترتیب ژنوتیپ مقاوم به PVY و PVX می باشد. انتخاب همزمان ژنوتیپ ها با عملکرد بالا و مقاوم در برابر هر دو ویروس به تسریع در برنامه های اصلاح سیب زمینی کمک می کند.
کلید واژگان: الایزا، خوشه، ژنوتیپ، مقاومت، حساسیتPotato virus Y (PVY) and Potato virus X (PVX) are the most important potato-infecting agent causing yield loss and tuber quality reduction. In this study, an experiment was conducted in Karaj, Iran, to investigate the effects of mentioned viruses on the yield and resistance level of 33 potato genotypes. The experiment was performed based on randomized complete design in factorial format under two levels viruses with three replications. The results revealed that the viral infection had a significant impact on mean yield, seed yield (tuber size 35-55), ware yield (tuber size > 55 mm), and non-marketable yield (tuber size< 35). Based on cluster analysis for PVY, cluster VII was considered maximum resistant genotypes to PVY in terms mean absorption and yield, while cluster VI was identified susceptible genotypes in to PVY. According to cluster analysis of PVX virus, cluster I was considered highest resistant genotypes in terms mean absorption and yield and cluster III were maximum susceptible genotypes to PVX infection. Results of this study showed that genotype G23 with a mean-absorption of 0.01 and 0.032 for PVY and PVX, respectively, and mean yield of 4.1 kg/m2 was considered as a highly resistant genotype to both viruses. The concurrent selection of genotypes for high yield and resistant to both viruses (PVX and PVY) can facilitate potato breeding programs.
Keywords: ELISA, Cluster, Genotype, Resistance, Susceptible -
إن هذ المقال قد اختار لموضوعه بحثا نقدیا بلاغیا بین القدیم والحدیث وهو «الاستعاره» من منظور عبد القاهر الجرجانی وجابر عصفور. إن الصوره الفنیه والکشف عن طبیعتها وبیان خصایصها وتطورها ودراستها بشکل جذری من خلال علاقتها وتعاملها وتفاعلها وتمازجها بمعارف اخری ودور هذه المعارف فی تاصیل المفهوم هو اهم مشروع تبناه جابر عصفور فی عدد من مولفاته ومنها «الصوره الفنیه فی التراث النقدی والبلاغی عند العرب». إن هذا البحث یهدف الی التغلغل فی اعماق ما قام به جابر عصفور فی مشروعه عن تاصیل الصور الفنیه، والکشف عن خبایاها وزوایاها، ترکیزا علی الاستعاره فحسب. ولتحقیق هذا المنشود، رکزنا علی کتابه المذکور آنفا، کمصدر رئیسی؛ ثم نقدها وتحلیلها وذلک من خلال التمحیص وتفحیص الکتب ک«دلایل الاعجاز» و«اسرار البلاغه». النتایج اظهرت ان قراءه جابر عصفور للاستعاره هی قراءه نسقیه شمولیه معاصره درسها بوعی معرفی وعمق فی البحث مهتما بالخطابات المهیمنه علی بلوره المفهوم، حیث وصل الی ان القدماء (کالجرجانی) کانوا یفکرون فی التشبیه (الذی اساس الاستعاره)، بمصطلحات منطقیه وکلامیه وعلی هذا الاساس، یهتمون بمدی التناسب العقلی بین العناصر المقارنه فی الاستعاره، فمن الطبیعی ان تکون الاستعاره نوعا من انواع الادعاء «المنطقی والکلامی» فلا یهمهم التفاعل فی الاستعاره؛ هذا وما ذهب الیه ان الجرجانی کان لایقبل فکره «التشخیص» للدوافع الدینیه إلا اننا ذکرنا نصوصا عن «دلایل الاعجاز واسرار البلاغه» تضعف هذین الإدعایین او تجعلنا ان ننظر إلیهما نظره شک وریبه علی اقل تقدیر.
کلید واژگان: الصوره الفنیه، الاستعاره، جابر عصفور، عبد القاهر الجرجانی، البلاغهThe subject of this article is the image of art between old and new rhetoric and, in particular, metaphor according to Jaber Asfour’s view. The artistic expression of nature and characteristics and the course of its evolution and its fundamental study through its relationship with other sciences and the role that these sciences have in the realization of this concept is the most important project that Jaber Asfour brought in some of his compilations, including “artistic image in Arabic Criticism and rhetoric” which is one of the deepest studies in this field. In this research we discover the hidden dimensions of artistic imagery in Jaber Asfour’s view based on metaphor. In order to achieve this goal, we refer to Jaber Asfoor’s book as the main source and then refer to other relevant books, such as Secrets of Al-Balaghah and Alla'il al-Ajaz, to criticize and analyze it. The results show that Jaber Asfour’s view on metaphor is a comprehensive view. According to the discourses of formation of artistic forms, Jaber has provided a profound study of them and concluded that the old critics did not focus on the emotional aspects of objects or the emotional content of words, but maintained the rational reconciliation of their constituent elements. In other words, their way of thinking about similitude was based on rational and verbal terms. So, Jaber Asfour concludes that such a vision has led to a distortion in the concept of poetry, and rhetorically avoids explaining the great abilities of analogies and metaphors. He believes that Abd al-Qahir did not pay attention to personifications for religious tendencies. In our research, we have mentioned examples of rhetorical theory that undermine this claim, or at least makes us to look at it with doubt and certainty.
Keywords: Artistic Image, Metaphor, Jaber Asfour, Abd al-Qahir al-Jurjani, Rhetoric -
در رابطه با شعر و ادبیات عصر عباسی، نقدها و تحلیل های متعددی به رشته تحریر درآمده است. کتاب فی الشعر العباسی، تحلیل وتذوق، اثر ابراهیم عوض، ناقد و ادیب مصری است که می کوشد با زبانی ساده و به دور از تکلف و اصطلاحات پیچیده نقدی، برجسته ترین قصاید ادب عباسی را برای مخاطب قابل فهم سازد و با رویکرد فرمالیستی، جنبه های زیبایی شناسی آن را تبیین کند. پژوهش حاضر با معرفی جایگاه و هدف این کتاب، آن را در شکل و محتوا، مورد نقد و ارزیابی قرار می دهد. از مزایای کتاب می توان به جنبه کاربردی آن، تناسب طرح جلد با موضوع، انتخاب شاهکارهای دوره عباسی، و غلبه تحلیل و تحقیق بر تقلید و جمع آوری اشاره کرد. نداشتن مقدمه مناسب و کافی، نداشتن نتیجه، نداشتن فهرست منابع و عدم توجه به همه مبانی نقد زیباشناسی و تطبیق آن ها بر قصاید، از مهم ترین اشکالات کتاب است. درمجموع اثر حاضر به دلیل ویژگی کاربردی خود می تواند به عنوان دو واحد درسی برای دانشجویان رشته زبان و ادبیات عربی در مقطع کارشناسی ارشد به عنوان درس «نقد و تحلیل زیبایی شناسی شعر عباسی» تدریس شود.
کلید واژگان: دیوان الشعر العربی، ادونیس، سیر شعر عربی، ارزیابی شکلی و محتواییThere have been many books, research papers, and writings that talk about the Abbasid era, its characteristics and features, as Abbasid poetry is dealt with with its criticism and analysis. The book “Abbasid Poetry, Analysis and Taste” by the Egyptian critic and writer, Ibrahim Awad, who is the author of many books on criticism and Arabic literature, tries to criticize the masterpieces of Abbasid poetry in simple language, avoiding the ruggedness of critical terminology to make it easier for readers and speakers to understand, in an attempt to clarify their aesthetic characteristics through Employing aesthetic criticism in criticism. This research seeks to study the book - previously mentioned - and critique it in form and content, following a descriptive-critical approach to clarify its position, identify strengths and weaknesses, and scrutinize it from defects. Among the positives that we must ponder in the book can be referred to the employment of applied models, matching the design of the book cover with the topic, choosing masterpieces of Abbasid literature for criticism, evaluation and analysis, and the book's analysis of criticism and analysis instead of collection and transmission. The absence of a necessary systematic introduction, the absence of the result, the absence of a list of sources or returning to the sources are among the problems that must be tracked and fixed. The truth is that the writer has diverted his attention from some criteria and buildings for aesthetic criticism and did not provide a comprehensive aesthetic criticism that is comprehensive in all the meaning of the word, and The book still needs aesthetic critical additions and highlights, but due to its analytical and critical advantage, it can be taught as two units of study for students of the Arabic Language and Literature Branch at the MA stage under the title: “Aesthetic Criticism and Analysis of Abbasid Poetry”.
Keywords: Abbasid poetry, analysis, Ibrahim Awad, form, content -
سیب زمینی به عنوان یک محصول استراتژیک در تامین امنیت غذایی کشور شناخته شده و چهارمین محصول پرمصرف غذایی مردم ایران است. این گیاه به دلیل دارا بودن سیستم ریشه ایی کم عمق، حساس به تنش خشکی است. ارزیابی تحمل به خشکی 20 ژنوتیپ سیب زمینی در موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر واقع در کرج در سال 1397 انجام شد. آزمایش به صورت کرت های نواری بر پایه طرح بلوک کاملا تصادفی با سه تکرار و تحت دو تیمار (تنش کم آبیاری و شاهد) انجام شد. نتایج نشان داد که اثر ساده تیمار ژنوتیپ بر تمامی صفات مورد مطالعه شامل عملکرد کل، عملکرد خوراکی (اندازه غده بزرگتر از 55 میلی متر)، عملکرد بذری (اندازه غده بین 35-55 میلی متر)، عملکرد قابل فروش (مجموع عملکرد خوراکی و بذری) و عملکرد غیرقابل فروش (اندازه غده کوچکتر از 35 میلی متر) در سطح احتمال %1 معنی دار بودند. در این آزمایش، 11 شاخص تحمل به تنش شامل شاخص تحمل به خشکی (STI)، میانگین هندسی بهره وری (GMP)، میانگین شاخص عملکرد (MP)، میانگین هارمونیک (HM)، شاخص حساسیت به تنش (SSI)، شاخص تحمل (TOL)، شاخص پاسخ به خشکی (DRI)، شاخص تحمل نسبی (RDI)، شاخص تحمل به تنش غیر زیستی (ATI) و درصد شاخص حساسیت به تنش (SSPI) محاسبه شد. همچنین عملکرد غده تحت تنش (Ys) و شرایط نرمال (Yp) برآورد گردید. نتایج حاصل از تجزیه مولفه اصلی و تجزیه خوشه ایی نشان داد که ژنوتیپ های متحمل و حساس در تنش خشکی با الگوی مشابهی در یک گروه قرار گرفتند. نتایج نشان داد که همبستگی بالا و معنی داری بین MP، Yp و Ys وجود دارد. در بین ژنوتیپ ها و ارقام مورد بررسی ژنوتیپ های 902027 و 1-8703 بالاترین میزان MPو GMP را داشتند که نشان دهنده تحمل بالای ژنوتیپ ها در پاسخ به تنش کم آبیاری بوده است.
کلید واژگان: آنالیز همبستگی، تنش کم آبیاری سیب زمینی، شاخص های تنش، عملکرد کلPotato is considered as a strategic product in the food security of the country and is the fourth most consumed food product in Iran. Due to its shallow rooting system, this plant is sensitive to water deficit. In order to study the response of 20 potato genotypes to drought stress, a field experiment was conducted during 2018–2019 at the Seed and Plant Improvement Institute located at Karaj, Iran. The experimental design utilized was a Strip-plot based on randomized complete block design with three replications under two irrigation regimes (normal and stressed). ANOVA showed a significant difference for genotypes at 1% level for overall tuber yield, ware yield (tubers larger than 35 mm), seed yield (tubers between 35 and 55 mm), small yield (non-marketable potatoes), and marketable yield (total ware yield and seed yield). Eleven drought tolerance indices including STI, SSI, TOL, HARM, GMP, MP, YSI, DSI were calculated based on tuber yield under water deficit (Ys) and irrigated (Yp) conditions. Our results showed a highly significant and positive correlation between MP, Yp and Ys. The results of the analysis of PCA and the analysis of clustering showed that the drought-tolerance and drought-sensitive genotypes with the clustering pattern are consistent. The MP, GMP, STI and MSTI identified 902027 genotypes as the best genotype under normal and stress conditions. Among the genotypes and cultivars studied, 902027 and 8703- genotypes showed the highest MP and GMP, indicating high stability of genotypes in response to drought stress and thus can be considered as drought tolerant genotypes.
Keywords: Correlation analysis, Drought stress, Potato, Tolerance indices, Total yield
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.