فهرست مطالب

فصلنامه ژنتیک نوین
سال هجدهم شماره 1 (پیاپی 72، بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/02/11
  • تعداد عناوین: 9
|
  • محسن نوروزی، فرهاد نظریان فیروزآبادی*، احمد اسماعیلی، رحیم احمدوند صفحات 1-12

    کینازهای فعال شونده با میتوژن (MAPKs)، از آبشارهای پروتیینی مهم، در درون سلول های یوکاریوتی هستند که نقش کلیدی مهمی در مسیرهای سیگنالینگ ایمنی در جانوران عالی بازی می کنند. آبشارهای پروتیینی مسیر MAPK، دارای ژن های متعددی هستند که در این میان، ژن های MAPKKK در بالادست آبشار کینازی قرار دارند و از این رو در دریافت پیام از پروتیین های غشایی نقش اساسی را بازی می کنند. ژن MAPKKKε، تنظیم کننده مثبت مرگ سلولی مرتبط با ایمنی در سلول های گیاهی می باشد. شبه قارچ infestans Phytophthora یک اوومیست بیماری زای گیاهی است که باعث ایجاد بیماری سوختگی دیررس سیب زمینی می شود. این قارچ پروتیین های افکتور RXLR را جهت تعدیل سیگنال های ایمنی میزبان و بالا بردن شانس کلونیزاسیون خود به داخل سلول های گیاهی تزریق می نماید. افکتور PexRD2 از گروه RXLRها، با دومین کینازی پروتیین MAPKKKε، تعامل دارد و بنابراین به نظر می رسدکه از آن به عنوان یک ژن حساسیت استفاده می کند. به منظور ایجاد جهش در ژن MAPKKKε، از یک سیستم CRISPR/Cas9، با بیان هم زمان چهار RNA راهنما (gRNA)، استفاده شد. تعداد 35 لاین تراریخت به کمک سیستم CRISPR/Cas9، در جریان کشت بافت باززایی شدند که به ترتیب در سه و دو لاین حذف و اضافه شدگی قطعات به وسیله PCR و سپس توالی یابی تایید شد. لاین هایی با سه آلل جهش یافته در ژن MAPKKKε گیاه سیب زمینی تولید شدند. در این لاین های تراریخت، میزان بیان ژن MAPKKKε حدود 70 درصد کاهش یافت که به دنبال این موضوع، حساسیت به infestans P. در گیاهان تراریخت افزایش پیدا کرد. نتایج این مطالعه نشان داد که ویرایش ژن MAPKKKε به طوری که تعامل آن با افکتور PexRD2 مختل گردد، موجب افزایش حساسیت به infestans P. می شود. این یافته بر این موضوع دلالت دارد که MAPKKKε نقش مهمی در مقاومت گیاه سیب زمینی به infestans P. دارد و لذا می توان از این ژن برای افزایش مقامت به بیماری بلایت سیب زمینی در برنامه های به نژادی استفاده نمود.

    کلیدواژگان: باد زدگی، سیب زمینی، کریسپر کس 9 Phytophthora infestansStMAPKKKε
  • ثریا پورتبریزی، علی کاظمی پور، قاسم محمدی نژاد، غلامرضا خواجویی نژاد، روح الله عبدالشاهی* صفحات 13-19

    ژن های Vrn کنترل عادت رشدی گندم (بهاره و پاییزه) را بر عهده دارند. علاوه بر این، این ژن ها نقش کلیدی در زمان گلدهی و زودرسی گندم ایفا می نمایند و در پژوهش های تحمل به خشکی بسیار مورد توجه هستند . در پژوهشی که به منظور ایجاد لاین های ایزوژن برای ژن های Vrn-B1 و Vrn-D1 طراحی شده بود، در نسل BC5F5 حاصل از تلاقی برگشتی روشن (والد گیرنده) و اکسکلیبر (والد بخشنده) مشخص شد برخی از لاین های ایزوژن دارای ریشک هستند. از آنجا که والد تکراری بی ریشک و زمینه ژنتیکی لاین های ایزوژن با احتمال 99/99 درصد مشابه بود احتمال این که ژن کنترل کننده ریشک مستقل از دو ژن مورد نظر باشد رد شد. مشخص شد لاین های ایزوژن ریشک دار و بدون ریشک به ترتیب حامل آلل Vrn-D1 و Vrn-D1a هستند. بنابراین مشخص شد ژن کنترل کننده ریشک و ژن Vrn-D1 با هم ارتباط دارند و دو فرضیه لینکاژ ژنتیکی و پلیوتروپی مطرح شد. برای یافتن دلیل ژنتیکی این ارتباط، علاوه بر ارقام روشن و اکسکلیبر، ارقام رخشان، شاه پسند، مهدوی و کل حیدری نیز مورد ارزیابی ژنتیکی قرار گرفتند. نتایج این ارزیابی ها نشان داد ارقام ریشک دار شاه پسند، مهدوی و کل حیدری دارای ژنوتیپ Vrn-D1/Vrn-D1 و رقم ریشک دار رخشان دارای ژنوتیپ Vrn-D1a/Vrn-D1a است. از این رو فرضیه پلیوتروپی رد و مشخص شد ژنی که با فاصله نزدیک از Vrn-D1 قرار دارد ریشک داری را کنترل می نماید. فاصله این دو ژن چنان کم است که در 14 نسل تکثیر جنسی، بین آن ها کراسینگ اور رخ نداده است. مکان ژنی Vrn-D1 بر روی کروموزم 5D قرار دارد و آلل Vrn-D1a عادت رشدی بهاره را کنترل می نماید. سه ژن شناخته شده بر روی کروموزوم های 4A، 5A و 6B ریشک داری را کنترل می نمایند و تا کنون ژن شناخته شده مهمی بر روی کروموزم 5D شناسایی نشده است. بنابراین، ژنی که با فاصله کمی از Vrn-D1 قرار دارد و ریشک داری را کنترل می نماید تا کنون ناشناخته باقی مانده است. در این پژوهش مشخص شد فنوتیپ بی ریشک بودن با آلل Vrn-D1a لینکاژ دارد. از آنجا که بی ریشک بودن صفت مطلوبی نیست، پیوستگی این دو ژن ارزش زراعی رقم را کاهش می دهد.

    کلیدواژگان: ژنتیک ریشک، پلیوتروپی، تلاقی برگشتی، زودرسی
  • زهرا دانایی پور، قاسمعلی گروسی، مسعود توحیدفر*، محمدرضا بختیاری زاده، محمدحسین میرجلیلی صفحات 21-32

    گیاه کتان (Linum usitatissimum L.) در سراسر جهان به دلیل کاربرد گسترده در صنایع غذایی، نساجی و دارویی در مقیاس وسیع کشت می شود. یکی از عواملی که کشت و کار این گیاه را تحت تاثیر قرار می دهد تنش های غیر زیستی از جمله pH نامناسب و خاک دارای کمبود یا سمیت عناصر غذایی است که منجر به کاهش کمیت و کیفیت آن می شود. بنابراین شناسایی ژن های پاسخگو به تنش های مختلف ضروری است. در مطالعه حاضر، با استفاده از داده های RNA-Seq به دست آمده از ریشه گیاه کتان تحت تنش سمیت آلومینیوم و کمبود روی به بررسی DEG ها به منظور شناسایی تغییرات پاسخگو به تنش در دو کلتیوار مقاوم و حساس پرداخته شد. در مجموع 30 تا DEG مشترک بین کلتیوارهای مقاوم و 97 تا DEG مشترک بین کلتیوارهای حساس در هر دو تنش شناسایی شد که در آن تعداد DEG ها در رقم حساس بیشتر بوده و چهار ژن مشترک بین حساس و مقاوم بود. بیشترین تغییرات کلی DEG های مشترک مربوط به فرآیندهای زیستی اختصاصی کتان، فرآیندهای متابولیکی و فرآیندهای سلولی بود که نشان دهنده وضعیت فعال متابولیکی سلول گیاهی است. کلتیوارهای مقاوم به طور اختصاصی تر پاسخ داده و بیشتر ژن ها در GO مرتبط پاسخ به محرک ها قرار گرفتند. در شبکه برهمکنش پروتیین-پروتیین کلتیوارهای حساس، کیتینازها و ژن PR4 بیشترین ارتباط را با سایر پروتیین ها داشتند، در حالی که در کلتیوارهای مقاوم استراتژی مقاومت متفاوت بود و بیان ژن های تغییر دهنده دیواره سلولی بیشترین ارتباط را با سایر پروتیین ها نشان دادند. به طور کلی پروفایل بیانی ژن های پاسخگو به تنش نشان داد که در هر دو کلتیوار ژن PR1 بیشترین تغییرات را داشت و می توان به عنوان مارکر مقاومت برای اهداف به نژاد گیاهی استفاده نمود. همچنین بیوسنتز متابولیت های ثانویه که به نوعی پاسخ به تنش است به طور معنی داری افزایش یافت. نتایج به دست آمده بینش های جدیدی در مورد مکانیسم تحمل به تنش های غیرزیستی کتان ارایه می دهد که می توان جهت بهبود عملکرد کمی و کیفی گیاهان مورد استفاده قرار داد.

    کلیدواژگان: Linum usitatissimum L، سمیت آلومینیوم، کمبود روی، RNA-Seq، هستی شناسی ژن
  • زهرا دهقانی آغچه کهل، منصور امیدی*، رضا عزیزی نژاد، علیرضا اطمینان صفحات 33-47

    زیره سیاه اروپایی (Carum Carvi L.)، گونه ای مهم از خانواده ی چتریان است که دارای ترکیبات ترپنی ارزشمندی می باشد. هدف از این مطالعه، ابتدا تعیین اثر تیمارهای مختلف هورمونی در تولید کالوس از ریز نمونه برگ و ریشه و همچنین انتخاب ریز نمونه و تیمار هورمونی برتر جهت کشت سوسپانسیون و سپس بررسی اثر نانوذرات نقره بر تحریک تولید متابولیت های ثانویه و بیان ژن لیمونن سنتاز در کالوس حاصل از کشت سوسپانسیون سلولی بود. نخست اثر 6 تیمار هورمونی در محیط کشت MS بر کال زایی دو ریز نمونه (برگ و ریشه) با اندازه گیری صفات کمی شامل سطح و حجم کالوس و درصد کال زایی و صفات کیفی بافت و رنگ کالوس و میزان کال زایی در هر یک از تیمارها بررسی شد. با درنظر گرفتن صفات فوق، ریز نمونه برگ در تیمار هورمونی MS2 که شامل (0.5 mg/l)IBA (0.1 mg/l), 2IP (0.5 mg/l) and BA  بود، به عنوان ریز نمونه و تیمار هورمونی برتر شناسایی شدند. جهت ادامه مطالعات کالوس های حاصل از ریز نمونه و تیمارهورمونی برتر به محیط کشت سوسپانسیون سلولی حاوی محیط کشت MS بدون آگار منتقل و نمونه ها تحت شرایط تاریکی در دمای °C24 روی شیکر با rpm 120 قرار داده شدند. بعد از تکثیر کالوس ها و رسیدن به رشد مطلوب، نمونه ها با نانوذرات نقره در دو غلظت 50 و 100 mg/l تیمار شدند و از کالوس ها در بازه زمانی صفر، 24 و 48 ساعت بعد از تیمار نمونه گیری انجام گرفت. داده های حاصل از GC و GC/MS و نیز بررسی بیان ژن لیمونن سنتاز نشان داد که نانوذرات نقره به عنوان یک محرک غیرزنده با تشدید پاسخ های دفاعی در زیره سیاه، باعث تغییر در میزان سنتز متابولیت های ثانویه مانند لیمونن، کاروون، کارواکرول، تیمول، پی-سایمن و گاما-ترپینن و همچنین افزایش بیان ژن لیمونن سنتاز شد. به طوری که در بازه زمانی 24 ساعت و غلظت mg/l 100 و بازه زمانی 48 ساعت و غلظت mg/l 50 در مقایسه با نمونه شاهد بالاترین میزان بیان ژن لیمونن سنتاز مشاهده شد.

    کلیدواژگان: بیان ژن، زیره سیاه اروپایی، کشت سوسپانسیون، لیمونن سنتاز، متابولیت ثانویه
  • مژده شفائی، مرتضی ابراهیمی*، محمود خسروشاهلی، اسلام مجیدی هروان، رضا عزیزی نژاد صفحات 49-57

    سالیان متمادی است که گونه های مختلف جنس Hypericum spp. برای درمان اختلالات عصبی و افسردگی مورد استفاده قرار می گیرند. اثرپذیری و نوسان بسیار زیاد تولید متابولیت های ثانویه در این گیاه تحت تاثیر شرایط مزرعه ای محرک اصلی تحقیقات مرتبط با کشت در شرایط کنترل شده است. کشت ریشه مویین (تراریخته)، به عنوان جایگزین تولید زراعی گیاهان دارویی برای تولید متابولیت های ثانویه گیاهی در بسیاری از گونه ها به کار رفته، ولی تولید این ریشه ها همیشه با چالش هایی مواجه بوده است که یکی از آن ها سختی القا ریشه مویین می باشد. از این رو تحقیق حاضر با هدف معرفی دستورالعمل کاربردی برای القای ریشه نابجا از ریزنمونه های برگ گل راعی (Hypericum perforatum) تحت تیمار غلظت های مختلف (صفر، 1 ، 2 و 3 میلی گرم در لیتر) اسید ایندول-3-بوتیریک (IBA) و منابع نوری مختلف شامل قرمز، قرمز دور، نور کامل، آبی، و نیز تاریکی مطلق انجام شد. نتایج این بررسی نشان داد که غلظت 2 میلی گرم در لیتر IBA تحت تیمار تاریکی بهترین تاثیر القایی بر تولید ریشه نابجا (33/26 درصد) از ریزنمونه های برگ گل راعی داشت. در بررسی تاثیر منبع نور بر فراوانی القا ریشه نابجا، بیشترین درصد ریشه زایی در تاریکی (33/26 درصد) در ثبت شد. بیشترین میزان هایپرسین در نور قرمز و به دنبال آن نور قرمز دور و آبی (به ترتیب 31/0، 3/0 و 29/0 میلی گرم بر گرم وزن خشک) مشاهده شد، اما منابع مختلف نور تاثیر معنی دار بر محتوای هایپرفورین نشان ندادند. بنابراین بر طبق نتایج به دست آمده بهترین تیمار اکسین جهت القا ریشه نابجا 2 میلی گرم در لیتر IBA و بهترین نور جهت افزایش میزان هایپرسین نور قرمز است.

    کلیدواژگان: گل راعی (Hypericum perforatum)، ریشه نابجا، طیف های نوری، IBA
  • دیبا عندلیبی، احسان محسنی فرد*، مرتضی براتی صفحات 59-72

    گندم نان (Triticum aestivum L.) یک گیاه آلوهگزاپلویید متشکل از سه ژنوم (A، B و D) است که از سه گونه دیپلوییدی اجدادی از طریق هیبریداسیون های متعدد منشاء گرفته است. با وجود در دسترس بودن توالی ژنوم گندم و مطالعات انجام شده در مورد آن، همچنان می توان اطلاعات بیشتری در مورد ژنوم و ترانسکریپتوم آن به دست آورد. در این تحقیق هدف استخراج اطلاعات توصیفی در مورد ژن ها و رونوشت های گندم و بررسی شباهت ها و تفاوت های موجود در ژنوم های مختلف گندم از موادری مانند تعداد ژن ها و رونوشت ها، چگالی ژنی، تعداد اینترون ها، پیرایش متناوب و همچنین مقایسه شاخص هایی مانند طول CDS، UTR و درصد GC بود. نتایج نشان داد که چگالی ژن در گندم حدود 5/7 می باشد و ژنوم D نسبت به دو ژنوم دیگر چگالی بالاتری دارد. به علاوه علی رغم تفاوت در میانگین طول ژن و اینترون، شباهت بسیاری در میانگین طول اگزون، رونوشت و طول ناحیه کد کننده (CDS) در ژنوم های A، B و D دیده شد. مقایسه رونوشت ها و ژن ها نشان داد که تقریبا 80 درصد ژن ها دارای اینترون بوده و رخداد پیرایش متناوب تقریبا در 16 درصد ژن ها اتفاق افتاده است. بخش عمده پیرایش ها در ناحیه کدکننده رونوشت ها و بخش کمی در ناحیه UTR صورت می گیرد. همچنین در ناحیه کد کننده (CDS)، فراوانی پیرایش در بین کدون بیش از پیرایش در درون کدون ها بود. اکثر رونوشت ها در گندم دارای UTR بوده و  حدود 10 درصد از UTRها دارای uORF می باشند. اگرچه تغییرات GC برای ژن ها، رونوشت ها، اینترون ها و UTR، بین 30 تا 80 درصد بود با این وجود بررسی ارتباط تغییرات درصد GC با طول موارد اشاره شده الگوی متفاوتی را نشان داد. در نهایت می توان گفت با وجود تفاوت در منشا ژنوم های گندم وجود شباهت های بسیاری از نظر طول کروموزوم، چگالی ژن، پیرایش متناوب و پارامترهای مختلفی از جمله طول CDS، طول UTR و درصد GC قابل توجه می باشد.

    کلیدواژگان: اینترون، بیوانفورماتیک، رونوشت، محتویGC، ناحیه غیر ترجمه شونده
  • اعظم بختیار، شهاب خاقانی، عبدالله قاسمی پیربلوطی، مسعود گماریان*، سعید چاوشی صفحات 73-83

    در این تحقیق با استفاده از 15 آغازگر ISSR تنوع ژنتیکی در سه گونه کاکوتی شامل tenuior از 19 منطقه persica از 5 منطقه و capitata از 5 منطقه جغرافیایی ایران مورد بررسی قرار گرفت. در مجموع 154 قطعه تکثیر شد که به ترتیب در گونه tenuior، persica و capitata 67/86، 13/81 و 84 درصد از باندها چندشکل بودند. متوسط تعداد باند برای هر آغازگر در تمام گونه ها برابر 26/10 و متوسط تعداد باندهای چند شکل در گونه های tenuior، persica و capitata به ترتیب برابر 8/3، 6/7 و 8/6 بود. بیشترین محتوای اطلاعات چندشکل (PIC) در گونه های tenuior، persica و capitata به ترتیب متعلق به آغازگرهای (46/0) 805UBC-، (35/0) 811UBC- و (37/0) 824UBC- بود. نتایج تجزیه خوشه ای حاکی از آن بود که نشانگر ISSR توانست به راحتی گونه tenuior را از دو گونه دیگر یعنی persica و capitata تفکیک نماید، هرچند که در تفکیک دو گونه اخیر ناتوان بود. تجزیه واریانس مولکولی نشان داد از کل تنوع ژنتیکی مشاهده شده، 38 درصد مربوط به بین جمعیت ها و 62 درصد مربوط به درون جمعیت ها می باشد. نتایج تجزیه به مختصات اصلی بیانگر آن بود که دو بردار اول در مجموع 3/80 درصد از واریانس کل را توجیه نمودند، که نشان از همبستگی بالای آغازگرهای انتخابی داشت. بنابراین با تعداد کمتر آغازگر و در نتیجه هزینه، امکان تفکیک گونه tenuior از دو گونه دیگر نیز وجود دارد. با توجه به اینکه آغازگرهای 805UBC-، 811UBC- و 812UBC- در گونه tenuior حاوی بیشترین اطلاعات چند شکلی و شاخص نشانگر بودند و چند شکلی صد درصدی نیز نشان دادند، می توان آن ها را آغازگرهای کارآمدی برای بررسی تنوع ژنتیکی در این گونه در نظر گرفت. در کل تنوع ژنتیکی بالایی در گیاه کاکوتی در این مطالعه شناسایی شد که در مدیریت و نگهداری ذخایر توارثی این گیاه می تواند مفید باشد.

    کلیدواژگان: تجزیه به مختصات اصلی، تجزیه خوشه ای، گیاه دارویی، نشانگر مولکولی
  • زهرا آقایی جشوقانی، رامین حسینی* صفحات 85-95

    پروتیازها از مهم ترین آنزیم های صنعتی محسوب می شوند. معمولا برای تولید این آنزیم ها برای مصارف صنعتی از باکتری های متعلق به جنس باسیلوس استفاده می شود. هدف از این پژوهش جداسازی، همسانه سازی، تعیین توالی و بررسی بیوانفورماتیکی ژن سرین پروتیاز htrB استخراج شده از باکتری باسیلوس لیکنی فورمیس بود. در این مطالعه، پس از استخراج DNA باکتریایی، یکی از ژن های سرین پروتیاز با نام htrB از باکتری Bacillus licheniformis با استفاده از تکنیک واکنش زنجیره ای پلی مراز جداسازی شد. قطعه تکثیر شده به طول 1371 نوکلیوتید در ناقلpTG19-T  همسانه سازی شد و درستی همسانه سازی به وسیله توالی یابی تایید شد. سپس ژن همسانه سازی شده موجود در پلاسمید نوترکیب pTG19-T-htrB، در ناقل (+) pET41a همسانه سازی شد. ساختار مولکولی، ویژگی های بیوشیمیایی و فیلوژنتیکی پروتیین کد شده توسط این ژن مورد بررسی قرار گرفت. این ژن پروتیینی با 456 آمینواسید را کد می کند که وزن مولکولی محاسبه شده و نقطه ایزوالکتریک پیش بینی شده آن به ترتیب برابر 66/48 کیلو دالتون و 85/4 می باشد. بررسی ها نشان داد که آنزیم مذکور در دسته آنزیم های پایدار قرار گرفته و در باکتری اشرشیاکلای به صورت محلول بیان خواهد شد. بر اساس نتایج حاصل از بررسی های فیلوژنتیکی، توالی پروتیینی به دست آمده شباهت زیادی را با توالی های سایر باسیلوس ها از قبیل B. subtilis، B. gobiensis وB. pumilus نشان داد. ساختار سه بعدی آنزیم کلون شده با استفاده از ابزارهای PyMOL، PHYRE2، I-TASSER، RAPTORX و Modeller پیش بینی شد. پس از ارزیابی مدل های ترسیم شده مشخص شد که مدل های ارایه شده توسط دو نرم افزار PHYRE2 و RAPTORX مدل های مطلوبی برای پیش بینی ساختار سه بعدی این پروتیاز هستند.

    کلیدواژگان: سرین پروتئاز، مدل سازی پروتئین، همسانه سازی مولکولی، Bacillus licheniformis
  • ولی الله رسولی* صفحات 97-109

    انگور یکی از محصول های مهم باغی در دنیا و ایران به شمار می رود و از تنوع ژنتیکی بالایی برخوردار است. تعیین سطح تنوع ژنتیکی اولین قدم در اجرای برنامه های به نژادی است. اطلاع از تنوع ژنتیکی علاوه بر ارایه اطلاعاتی در زمینه روابط تکاملی و فیلوژنتیکی، نقشه ژنتیکی، سازگاری های اکولوژیکی و محیطی و در نهایت انتخاب والدین مطلوب در برنامه های اصلاحی، موجب کاهش مدت زمان و هزینه پروژه های اصلاحی خواهد شد. این تحقیق به منظور بررسی تنوع ژنتیکی 69 رقم و ژنوتیپ های امید بخش انگور روسی به همراه سه رقم انگور تجاری ایرانی با استفاده از 15 نشانگر بین ریزماهواره ای (ISSR) انجام گرفت. فراورده های حاصل از PCR بر روی ژل آگارز 3/1 درصد، الکتروفورز شدند. پس از اختصاص یک و صفر به وجود یا عدم وجود نوار در هر آغازگر برای هر ژنوتیپ، تجزیه خوشه ای به روش UPGMA بر مبنای ضریب تشابه جاکارد انجام گرفت. بیشترین درصد چندشکلی (100 درصد) مربوط به آغازگرهای UBC-823، UBC-825، UBC-841، UBC-846، UBC-855 و UBC-873 و کمترین آن نیز (7/66 درصد) مربوط به آغازگر UBC-817 بود. بیشترین و کمترین میران شاخص محتوای چند شکلی به ترتیب در آغازگرهای UBC-825 (487/0) و UBC-856 (216/0) مشاهده شد. بیشترین و کمترین میران شاخص نشانگر به ترتیب 718/2 و 904/0 به ترتیب مربوط به آغازگرهای UBC-889 و UBC-817 بود. از نظر شاخص EMR (Effective Multiplex Ratio) نیز بیشترین و کمترین مقدار به ترتیب 7 و 33/1 مربوط به آغازگرهایUBC-841 و UBC-817 بود. بیشترین و کمترین مقدار قدرت تفکیک به ترتیب 11/8 و 2 در آغازگرهای UBC-877 و UBC-841 دیده شد. دو آغازگر UBC-815 و UBC-834 نوارهای واضح و قابل امتیازی نداشتند. از 13 آغازگر نشانگر مولکولی ISSR، به طورکلی 73 نوار به دست آمد که 64 نوار چند شکل بودند و درصد چندشکلی کل 1/88% برآورد شد. بیشترین و کمترین تعداد نوارها به ترتیب هشت و دو نوار مربوط به آغازگرهای UBC-826 و UBC-817 بود. تجزیه خوشه ای به روش UPGMA بر مبنای ضریب تشابه جاکارد منجر به طبقه بندی 72 رقم انگور با مقدار تشابه بین 89/0-12/0 در 7 گروه متفاوت شد. در مطالعه حاضر تنوع بالایی در میان ارقام انگور مورد مطالعه مشاهده شد. این امر ممکن است نشان دهنده متفاوت بودن منشاء جغرافیای ارقام و ژنوتیپ های مورد بررسی باشد.

    کلیدواژگان: انگور، تابع تشخیص خطی، تنوع ژنتیکی، چندشکلی ژنتیکی، قرابت ژنتیکی، نشانگر
|
  • Mohsen Norouzi, Farhad Nazarian Firouz-Abadi*, Ahmad Ismaili, Rahim Ahmadvand Pages 1-12

    Mitogen activated protein kinase (MAPK) cascades are key players in plant immune signalling pathways. MAP kinase singling consists of a number of associated proteins where MAPKKKs are located upstream of MAPK cascade activating multiple MAPKs. MAPKKKε, a positive regulator of cell death, is associated with plant immunity. Phytophthora infestans is a pathogenic oomycete that inflicts potato late blight disease, delivering RXLR effector proteins to plant cells to modulate host immune signalling and colonization incident. The RXLR effector PexRD2 interacts with the kinase domain of MAPKKKε. Using a CRISPR/Cas9 system, a construct was made to introduce four guide RNAs (gRNAs) in potato cultivar, Agria. Thirty-five mutant lines were regenerated, in which three and two transgenic lines with deletions and insertions were analysed, respectively. A mutant line with a three-allelic knock down of MAPKKKε was obtained, showing ~70% reduction in MAPKKKε expression level resulting in enhanced susceptibility to P. infestans. The results of this study provide evidences that editing MAPKKKε to modulate PexRD2 interaction, enhances susceptibility to P. infestans, suggesting that MAPKKKε plays a key role in resistance to P. infestans in potato. Therefore, it can be anticipated that MAPKKKε gene can be used in future potato breeding programs to generate biotic stress resistance plants.

    Keywords: Potato, StMAPKKKε, Crisper-Cas 9, Phytophthora infestans, Late blight
  • Soraya Pourtabrizi, Ali Kazemipour, Qasem Mohamadi-Nejad, Gholamreza Khajoeinejad, Roohollah Abdolshahi* Pages 13-19

    Vernalization genes (Vrn) control wheat growth habit (spring and winter habit). These genes play a key role in flowering time and earliness of bread wheat and are of great interest in wheat drought tolerance studies. In a research that was designed to develop isogenic lines for Vrn-B1 and Vrn-D1 genes, in the BC5F5 generation of Roshan (recipient parent) and Excalibur (donor parent), some isogenic lines were awned. Since the recurrent parent was awnless and the genetic background of the isogenic lines were similar with a probability of 99.99%, the possibility that the awn controlling gene is independent of the Vrn-B1 and Vrn-D1genes was rejected. Results showed that the awned and awnless isogenic lines carry Vrn-D1 and Vrn-D1a alleles, respectively. Therefore, the evidence can confirm the association of a gene controlling awn and Vrn-D1. The hypotheses of genetic linkage and pleiotropic effect were proposed to explain this association. To find the genetic reason for this relationship, in addition to Roshan and Excalibur, Rakhshan, Shahpasand, Mahdavi and Kalhaydari cultivars were also genetically evaluated. The results showed that Shahpasand, Mahdavi and Kalhaydari cultivars had Vrn-D1/Vrn-D1 genotype while Rakhshan had Vrn-D1a/Vrn-D1a genotype. Therefore, the hypothesis of pleiotropic effect was rejected and it was determined that the gene which is located at a close distance from Vrn-D1 is controlling the awns. The distance between these two genes is so tight that no crossing over has been occurred between them in 14 generations of sexual reproduction. Three known genes on chromosomes 4A, 5A and 6B are controlling awns. Yet, there is not known gene on chromosome 5D controlling awns. Therefore, the gene that is located at a short distance of Vrn-D1 and controls the awns has remained unknown till now. In this research, it was found that the awned phenotype is linked with the Vrn-D1a allele. Since awnless phenotype is not a desirable trait, the genetic linkage of these two genes reduces the agronomic value of cultivar.

    Keywords: Awns genetic, Pleiotropic effect, Backcrossing, Earliness
  • Zahra Danaeipour, Ghasemali Garoosi, Masoud Tohidfar*, MohammadReza Bakhtiari Zadeh, MohammadHossein Mirjalili Pages 21-32

    Flax (Linum usitatissimum L.) is cultivated all over the world on a large scale due to its wide use in the food, textile, and pharmaceutical industries. One of the factors that affect the cultivation of this plant is abiotic stresses, such as inappropriate pH and soil with a lack or toxicity of nutrients, which leads to a decrease in its quantity and quality. Therefore, it is necessary to identify genes responsive to different stresses. In the present study, using RNA-Seq data obtained from the roots of flax plants under the stress of aluminum toxicity and zinc deficiency, DEGs were investigated to identify stress-responsive changes in two resistant and sensitive cultivars. In total, 30 common DEGs were identified between resistant cultivars and 97 common DEGs between sensitive cultivars in both stresses in which, the number of DEGs was more in the sensitive cultivar and four genes were common between sensitive and resistant cultivars. The most general changes of common DEGs were related to flax-specific biological processes, metabolic processes, and cellular processes, which indicate the metabolically active state of the plant cell. Resistant cultivars responded more specifically and most of the genes were grouped in GO related to response to stimuli. In the protein-protein interaction network of susceptible cultivars, chitinases and the PR4 gene had the most related to other proteins, while in the resistant cultivars, the resistance strategy was different, and the expression of cell wall modifying genes showed the highest relation with other proteins. In general, the expression profile of stress-responsive genes showed that the PR1 gene had the most changes in both cultivars and can be used as a resistance marker for plant breeding purposes. Also, the biosynthesis of secondary metabolites, which is a response to stress, increased significantly. The obtained results provide new insights into the mechanism of tolerance to abiotic stress in flax, which can be used to improve the quantitative and qualitative yields.

    Keywords: Aluminum toxicity, Gene ontology, Linum usitatissimum, RNA-Seq, Zinc deficiency
  • Zahra Dehghani-Aghchekohal, Mansour Omidi*, Reza Azizinezhad, AliReza Etminan Pages 33-47

    European black cumin (Carum carvi L.) is an important species of the Apiacea family that has valuable terpene compounds. The aims of this study were, to determine the effect of different hormonal treatments on the production of callus from leaf and root explants and also to select the best explant and hormonal treatment for cell culture, and then to investigate the effect of silver nanoparticles on the stimulation of the production of secondary metabolites and the expression of the Limonene synthase gene in callus was obtained from cell culture. First, the effect of 6 hormone treatments in MS culture medium on the callus produced from two explants (leaf and root) were investigated by measuring three quantitative and qualitative traits in each of the treatments. Considering the above traits, leaf explant in MS2 hormone treatment, which included IBA (0.1 mg/l), 2IP (0.5 mg/l) and BA (0.5 mg/l), were identified as superior explant and hormone treatment. To continue the studies, the calluses obtained from the superior explant on the superior hormone treatment were transferred to the cell culture medium containing MS culture medium without agar. Then the samples were placed in a shaker at 120 rpm under dark conditions at a temperature of 24°C. After multiplying the callus and reaching the desired growth, the samples were treated with silver nanoparticles in two concentration of 50 and 100 mg/l, and samples were taken from the calluses at zero, 24 and 48 hours after the treatment. The data obtained from GC and GC/MS and the results of limonene synthase gene expression showed that silver nanoparticles as a non-living stimulus by intensifying defense responses in black cumin, caused a change in the synthesis rate of secondary  metabolites such as Limonene, Carvone, Carvacrol, Thymol, p-Cymene and γ-Terpinene and also increased the expression of Limonene synthase gene.

    Keywords: Cell culture, European black cumin, gene expression, Limonene synthase, Secondary-metabolites
  • Mozhdeh Shafaei, Mortezi Ebrahimi*, Mahmood Khosroshahli, Eslam Majidi Heravan, Reza Saadat Pages 49-57

    For many years, different species of the genus Hypericum spp. used to treat neurological disorders and depression. The high susceptibility and fluctuation of the production of secondary metabolites caused by climate changes in this plant can be controlled by in vitro culture systems. Hairy roots (transgenic) has been used as an alternative for production of medicinal plants to produce secondary plant metabolites in many species, but the production of these roots have always faced challenges, one of them is the difficulty of induction. Therefore, the present study aimed to introduce practical guidelines for induction of adventitious roots from Hypericum perforatum leaf explants treated with different concentrations of indole-3-butyric acid (IBA) and different light sources including red, far red, full light, blue and flourcent , as well as absolute darkness as control treatment. The results of this study showed that the concentration of 2 mg/l IBA under dark treatment had the best inductive effect on adventitious root production from leaf explants. Higher concentrations of IBA caused callus formation in both light and dark conditions. In investigating the effect of light source on the frequency of adventitious root induction, the highest number of roots was recorded in far red and red, while the lowest number of adventitious roots was recorded under full light treatment. The highest level of hypercin was in the dark followed by fluorescent light and the lowest in blue light, but different light sources did not show a significant effect on hyperforin content.

    Keywords: Hypericum perforatum, adventitious root, dark, blue, red, far red, IBA
  • Diba Andalibi, Ehsan Mohseni Fard*, Morteza Barati Pages 59-72

    Bread wheat (Triticum aestivum L.) is an allohexaploid plant consisting of three genomes (A, B and D) that originated from three ancestral diploid species via multiple hybridizations. Despite the availability of the wheat genome sequence and the related studies conducted, more information about its genome and transcriptome can still be obtained. The aim of this study was to extract descriptive information about wheat genes and transcripts and investigate the similarities and differences of wheat genomes from different points of view such as number of genes and transcripts, gene density, number of introns, alternative splicing, CDS and UTR length, and GC content. Results showed that the gene density in wheat is about 7.5 and the D genome has a higher density than the other two genomes. In addition, despite the difference in the average of genes and introns lengths, high similarities were found in the average of exon, transcripts, and coding region lengths of A, B, and D genomes. Comparison of transcripts and genes represented approximately 80% of the genes contained introns. This comparison also revealed alternative splicing occurred in approximately 16% of the genes. Our study showed most of the splicing sites occurs in the CDS and a small part of the UTR region. By focusing on CDS regions, more abundance of splicing was observed between codons than within codons. It was also shown most of wheat transcripts contain UTR and almost 10% of UTRs contain uORF. Although the amount of GC content of genes, transcripts, introns and UTRs were between 30-80 percent, the relationship between GC content and the length of mentioned cases showed a different pattern. Finally, it could be concluded, despite differences in the origin of bread wheat genomes, many similarities in terms of chromosome length, gene density, alternative splicing and various parameters such as CDS length, UTR length and GC percentage would be seen.

    Keywords: Bioinformatics, Intron, GC content, Transcript, Untranslatable region
  • Azam Bakhtiar, Shahab Khaghani, Abdollah Ghasemi Pirbalouti, Masoud Gomarian*, Saeid Chavoshi Pages 73-83

    In this study, ISSR marker was employed to measure the genetic diversity within and among 29 accessions of Ziziphora specie from different regions of Iran including Z. tenuior, Z. persica and Z. capitata from 19, 5 and 5 geographical region, respectively. A total of 154 bands were amplified, and 86.67%, 81.13% and 84% were polymorphic in Z. tenuior, Z. persica and Z. capitata, correspondingly. Average number of amplified bands for each primer in 29 accessions was 10.26, while average number of amplified bands for each primer in Z. tenuior, Z. persica and Z.capitata was 3.8, 7.6 and 6.8, respectively. The most Polymorphic information content among tenuior, persica and capitata species belonged to UBC-805 (0.46), UBC-811 (0.35) and UBC-824 (0.37) primers respectively. The results of cluster analysis indicated that the ISSR marker could easily separate the tenuior species from the other two species, persica and capitata, although it was unable to separate the latter two species. Analysis of molecular variance (AMOVA) showed that there is a significant differences within the samples. Indeed, 38% of the observed genetic diversity is related to genetic diversity between populations and 62% is related to genetic diversity within populations. The results of principal coordinate analysis (PCoA) demonstrated that the first two vectors explained an 80.3% of the total variance, which shows the high correlation of the selected primers. Therefore, with a smaller number of primers and, as a result, the cost, it is possible to separate the tenuior species from the other two species. Considering that the primers UBC-805, UBC-811 and UBC-812 in the tenuior species contained the most polymorphic information and marker index and also showed 100% polymorphism, they can be used as efficient primers to investigate genetic diversity in this species. Overall, high genetic diversity in the Ziziphora sp. plants were identified in this study, which can be useful in the management and maintenance of the germplasm of this plant.

    Keywords: Cluster Analysis, Medicinal plant, Molecular marker, Principle Coordinate Analysis
  • Zahra Aghaei Jeshvaghani, Ramin Hosseini* Pages 85-95

    Proteases are the most important industrial enzymes. Microbial proteases, especially from Bacillus sp. are most widely exploited industrially. The aim of this study was isolation, cloning, sequencing and bioinformatics study of htrB protease serine gene extracted from Bacillus licheniformis. In this study, after extraction of bacterial DNA, one of the serine protease genes, htrB, was isolated from Bacillus licheniformis using the polymerase chain reaction technique. cloned into pTG19-T vector. DNA sequencing results confirmed the cloned segment. The cloned gene in the recombinant plasmid pTG19-htrB was cloned in pET41a (+). Based on nucleotide sequencing, the target gene has 1371 base pairs and encodes a protein with 456 amino acids. The calculated molecular weight and its predicted isoelectric point were 48.66 kDa and 4.85, respectively. Studies have shown that the enzyme is in the category of stable enzymes and will be expressed as a solution in Escherichia coli bacteria. The molecular structure, its biochemical and phylogenetic properties were investigated. Based on the results of phylogenetic studies, the obtained protein sequence showed high similarity to the sequences of other Bacillus species, such as B. subtilis, B. gobiensis and B. pumilus. The three-dimensional structure of the cloned enzyme was predicted using the PyMOL, I-TASSER, PHYRE2, RAPTORX and Modeller tools. After evaluating the drawn models, it was determined that the models provided by PHYRE2 and RAPTORX software are desirable models for predicting the three-dimensional structure of this protease.

    Keywords: Bacillus licheniformis, molecular cloning, modeling protein, serine protease
  • Valiollah Rasoli* Pages 97-109

    Grape is one of the most important horticultural products in the world and in Iran and has a high genetic diversity. Determining the level of genetic diversity is the first step in plant breeding programs. Knowledge of genetic diversity, in addition to providing information on evolutionary and phylogenetic relationships, genetic mapping, ecological and environmental adaptations, and ultimately selecting the right parents for breeding programs, will reduce the time and cost of breeding projects. This study was performed to investigate the genetic diversity of 69 cultivars and promising genotypes of Russian grapevines with three Iranian commercial grapevine cultivars using 15 microsatellite markers (ISSR). Polymerase chain reaction (PCR) samples were electrophoresed in 1.3% agarose gel. Cluster analysis with the UPGMA method was used based on the Jaccard coefficient after assigning one and zero to the presence or absence of a band in each primer for each genotype. The highest percentage of polymorphisms (100%) was related to UBC-823, UBC-825, UBC-841, UBC-846, UBC-855, and UBC-873 primers, and the lowest (66.7%) was related to UBC-817 primer. The highest and lowest levels of the polymorphic content index were observed in UBC-825 (0.487) and UBC-856 (0.216) primers, respectively. The highest and lowest levels of marker index were 2.718 and 0.904 related to UBC-889 and UBC-817 primers, respectively. The highest and lowest values of the effective multiplex ratio index were 7 and 1.33 for UBC-841 and UBC-817 primers, respectively. The highest and lowest resolving power were 8.11 and 2 for UBC-877 and UBC-841 primers, respectively. The UBC-815 and UBC-834 primers had no clear and concise bands. Overall, 73 bands were obtained from the 13 primers of the ISSR DNA marker which 64 bands were polymorphic and the total polymorphism was 88.1%. The highest and lowest numbers of bands were eight and two bands for UBC-826 and UBC-817 primers, respectively. The cluster analysis was performed by the UPGMA method based on Jaccard's coefficient of similarity, which led to the classification of 72 grape varieties with a similarity value of 0.12 to 0.89 in seven different groups. In the present study, high diversity was observed among the studied grapevine cultivars. This indicates the different geographical origins of the cultivars and genotypes under study.

    Keywords: Vine, Genetic polymorphism, Genetic relation, Marker, Genetic diversity, Grapes, Linear discriminant