فهرست مطالب

مجله زیست فناوری گیاهان زراعی
پیاپی 43 (پاییز 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/09/01
  • تعداد عناوین: 6
|
  • ابوذر سورنی*، سپهر مرآتیان اصفهانی، بدرالدین ابراهیم سید طباطبایی صفحات 1-10
    امروزه گیاهان دارویی به دلیل دارا بودن متابولیت های موثر، در درمان بسیاری از بیماری ها مورد توجه و استفاده همگان قرار گرفته اند. یکی از این گیاهان آویشن است که حاوی گستره وسیعی از متابولیت های ثانویه مانند ترپن ها می باشد. روش های مختلفی برای افزایش این مواد ابداع شده است. در روش های کلاسیک از تغییر عوامل محیطی جهت افزایش تولید ماده موثره استفاده می گردد. در حالی که در روش های نوین از دست ورزی های ژنتیکی که بازده بالاتری نیز دارند بهره گرفته می شود. از جمله این رویکرد ها استفاده از نقش و عملکرد miRNAs می باشد. این RNAs بیان ژن را پس از رونویسی از طریق تجزیه mRNAs یا مهار ترجمه آن ها کنترل کرده و نقش های متنوعی را در فرآیندهای بیولوژیکی و متابولیکی در گیاهان و جانوران بازی می کنند. روش های متعددی برای شناسایی miRNAs موجود می باشد که یکی از ساده ترین و کم هزینه ترین آن ها، استفاده از ابزارها و روش های بیوانفورماتیکی است. لذا به منظور شناسایی miRNAs متمایز در گونه های مختلف آویشن، مطالعه ای مبتنی بر جستجوی همولوژی با استفاده از اطلاعات ترانسکریپتومی گیاه آویشن انجام گرفت. ابتدا این اطلاعات پالایش و سپس همردیفی در برابر تمام miRNAs شناخته شده موجود در بانک اطلاعاتی miRBase انجام شد. بعد از غربالگری نتایج بر اساس شاخص هایی همچون طول و سطح e-value ساختار ثانویه miRNAs با ابزار UNAfold مورد بررسی قرار گرفت. شناسایی ژن های هدف با استفاده از ابزار psRNATARGET و بررسی روابط فیلوژنتیکی به روش حداکثر احتمال و ابزار RaxML انجام شد. در مجموع 64 miRNAs کاندید متمایز در گونه های مختلف آویشن شناسایی شدند که از این تعداد 14 عدد در مسیر سنتز ترپن ها قرار داشتند. از مهم ترین این miRNAs می توان به miR172 و miR396 اشاره کرد که در مطالعات پیشین نقش آن ها در مسیر سنتز ترپنوییدها به اثبات رسیده است. درخت فیلوژنتیک توانست ارتباط میان miRNAs در گونه های مختلف را به خوبی نشان دهد.
    کلیدواژگان: آویشن، NGS، ترپن ها
  • سمیرا محمدی* صفحات 11-28
    پروتیین های شوک حرارتی 60 کیلو دالتونی (HSP60) که به عنوان چاپرونین (cpn60) نیز شناخته می شوند، نقش مهمی در رشد و نمو و پاسخ گیاه به تنش ایفا می نمایند. در این مطالعه از طریق ابزارهای بیوانفورماتیکی، 32 ژن HSP60 در ژنوم سویا شناسایی شد که روی 14 کروموزوم توزیع شده اند. بیشتر این پروتیین ها آب دوست، اسیدی، ناپایدار با شاخص آلیفاتیک بالا هستند. درخت تکاملی، پروتیین های HSP60 سویا، آرابیدوپسیس و برنج را بر مبنای جایگاه سلولی در سه گروه اصلی تقسیم بندی نمود. پروتیین های واقع در زیرگروه های مختلف از نظر ساختار ژنی، موتیف های حفاظت شده، فاز اینترون و ساختار سه بعدی از حفاظت شدگی بالایی برخوردار بوده که این امر می تواند بیانگر شباهت های کارکردی آن ها در زیرگروه های مختلف باشد. چندین عنصر تنظیمی سیس پاسخ گو به تنش ها، رشد و نمو و هورمون ها در پروموتر ژن های GmHSP60 یافت شد که بیانگر نقش آن ها در رشد و نمو و پاسخ گیاه به تنش های محیطی می باشد. تجزیه و تحلیل هستی شناسی ژن (GO)، پیش بینی کرد که ژن های GmHSP60 در پاسخ به تنش های مختلف، مسیول تاخوردگی و تاخوردگی مجدد پروتیین به روشی وابسته به ATP هستند. بررسی الگوی ترانسکریپتوم (RNA-Seq) نشان داد که بیشتر ژن های GmHSP60 دارای بیان بالایی در پاسخ به تنش های شوری، خشکی، سرما، گرما، غرقاب و کمبود مواد غذایی بودند که بیانگر نقش آنها در افزایش تحمل سویا به تنش های غیرزیستی می باشد. به طور کلی، این یافته ها اطلاعات مفیدی را برای درک بهتر کارکرد ژن های GmHSP60 در سویا فراهم آورده و راه را برای استفاده از ژن های خانواده چاپرونین برای دستیابی به تحمل گیاهان در برابر تنش های غیرزیستی تسهیل می نمایند.
    کلیدواژگان: پروتئین شوک حرارتی، چاپرونین، ساختار سه بعدی، عناصر تنظیمی سیس، هستی شناسی ژن
  • تجزیه پروتئوم ریشه گندم رقم کویر تحت تنش کمبود آب
    سمیرا مردانی زنوز، محمود تورچی، شقایق اصل زاد* صفحات 29-41
    خشکی یکی از مهمترین عوامل ایجادکننده ی تنش غیرزیستی در گیاه محسوب می شود. گندم به عنوان یک گیاه زراعی مهم، اغلب در مناطقی کشت می شود که حداقل در دوره ای از سال با کم آبی مواجه است. یکی از راهکارهای شناسایی پروتیین های درگیر در تحمل گیاه به تنش کمبود آب رهیافت پروتیومیک است. به منظور بررسی اثر تنش کمبود آب بر الگوی پروتیوم ریشه گندم رقم متحمل کویر، آزمایشی در قالب طرح کاملا تصادفی با هفت تکرار انجام شد. استخراج پروتیین های ریشه به روش TCA/ استون انجام و الگوی بیان پروتیینی با استفاده از الکتروفورز دوبعدی بررسی گردید. پروتیین های احتمالی درگیر در تنش کمبود آب با مقایسه ی الگوی بیان تحت تنش کمبود آب با الگوی بیان در شرایط کنترل شناسایی شد. نتایج نشان داد که اختلاف بین تیمارها برای صفات وزن تر ریشه و طول ریشه در سطح احتمال 5 درصد معنی دار ولی برای صفات وزن خشک ریشه، وزن خشک اندام هوایی و وزن تر اندام هوایی از نظر آماری معنی دار نبود. بررسی الگوی بیان پروتیوم ریشه ، 98 نقطه ی پروتیینی تکرارپذیر را نشان داد که از میان آنها تعداد 10 نقطه از لحاظ آماری دارای اختلاف بیان معنی دار بین شرایط کنترل و تنش بودند. از این تعداد هشت نقطه افزایش بیان و یک نقطه کاهش بیان را نشان دادند. این نقطه های پروتیینی بر اساس وزن مولکولی (Mw) و نقطه ایزوالکتریک (pI) با جستجو در بانک های اطلاعاتی شناسایی شدند. پروتیین های پاسخ دهنده به تنش در گروه های عملکردی مختلف قرار دارند. این گروه ها شامل سنتز و تجمع پروتیین، تنش اکسایشی، پاسخ و دفاع در برابر تنش و مسیرهای متابولیکی بودند.
    کلیدواژگان: استخراج پروتئین، الکتروفورز دوبعدی، الگوی بیان، نقطه ایزوالکتریک
  • مریم فرامرزی جعفربیگلو، فرهاد نظریان فیروزآبادی*، سید سجاد سهرابی، علی مقدم صفحات 43-53
    بیماری های گیاهی، به ویژه بیماری های حاصل از قارچ ها و اوومیست ها، از چالش های عمده ی کشاورزی مدرن جهانی هستند. الگوهای مولکولی مرتبط با پاتوژن (PAMP) مانند کیتین دیواره ی سلولی قارچ ها و اوومیست ها، باعث تحریک و سیگنال هایی در گیاه میزبان، بیان ژن های R و تولید گونه های اکسیژن فعال و طیف وسیعی از متابولیت ها می شوند. تحریک کیتین منجر به بیان ژن های مرتبط با دفاع مانند کیتینازها و درنهایت تخریب کیتین دیواره ی سلولی پاتوژن ها می شود. به منظور ارزیابی سطح بیان تعدادی از ژن های کیتیناز و اندازه گیری فعالیت برخی آنزیم های آنتی اکسیدان، برگ های یک ژنوتیپ سیب زمینی متحمل به بیماری به نام جلی، در شرایط آزمایشگاهی با الیگومرهای کیتین تلقیح شد. نتایج پژوهش نشان داد که 48 ساعت پس از تلقیح با کیتین، بیان کلاس های مختلف ژن کیتیناز در برگ های تیمار شده نسبت به شاهد افزایش معنی داری پیدا کرد. ژن های کیتیناز کلاس I (با 5/5 برابر افزایش بیان نسبت به شاهد) و ژن های کیتیناز کلاس III (با 11/1 برابر افزایش بیان نسبت به شاهد)، به ترتیب بیشترین و کمترین بیان را 48 ساعت پس از تلقیح با کیتین داشتند. با این حال، فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدان کاتالاز و آسکوربات پراکسیداز تغییر معنی داری نسبت به شاهد نداشتند. این نتیجه نشان می دهد که استفاده از تیمار کیتین، مسیرهای سیگنال دهی درگیر در بیوسنتز آنزیم های آنتی اکسیدان را در 48 ساعت پس از تیمار کیتین، القا نمی کند و نیز ژن های کدکننده کیتینازها را می توان با روش های مهندسی ژنتیک همسانه سازی نمود و در نهایت گیاهان تراریخته ی مقاوم به پاتوژن ها را تولید کرد.
    کلیدواژگان: آنزیم های آنتی اکسیدان، بیان ژن، سیب زمینی، ژن کیتیناز، real-time PCR
  • لیلا فرهادی، علی آرمینیان، سجاد رشیدی منفرد* صفحات 55-64
    میکرو RNA ها (miRNAs) دسته ای از مولکول های ریز RNA، غیر کدکننده ی درون زا، با طولی بین 24-19 نوکلیوتید هستند که ژن های هدف را در سطح پس از رونویسی در گیاهان کنترل می کنند. در این مطالعه تعدادی از میکرو RNA های موجود در گیاه کاملینا با استفاده از داده های حاصل از توالی یابی RNA شناسایی و معرفی شدند. گیاه کاملینا با نام علمی (Camelina Sativa L.) گیاهی روغنی- دارویی و متعلق به خانواده ی شب بوییان (Brassicaceae) است. در ابتدا استخراج RNA از بافت برگ گیاه صورت گرفت و RNA استخراج شده جهت توالی یابی ارسال شد. داده ها پس از حذف خوانش های با کیفیت پایین تر از سطح آستانه و نیز پیرایش آن ها، با نرم افزار Trinity به صورت denovo سر هم بندی شدند. سپس شناسایی میکرو RNA ها با نرم افزار miRDeep2 انجام شد. با استفاده از داده های ترنسکریپتوم گیاه و توالی های میکرو RNA های شناخته شده در سایر گیاهان تعداد 33 میکرو RNA شناسایی و ژن های هدف آن ها با استفاده از برنامه ی psRNAtarget مشخص شدند. بررسی ژن های هدف نشان داد که در مجموع 1415 ژن توسط این میکرو RNA ها، تنظیم می شوند که متعلق به چندین خانواده ی ژنی با عملکردهای زیستی متفاوت از جمله ژن های پروتیین های متصل شونده به پروموتور Squamusa، خانواده ی پروتیین کیناز و... هستند. مقایسه ی بیان ژن های حامل میکرو RNA در دو لاین دابلدهاپلویید مورد مطالعه، نشان داد که به غیر از miR296 و miR474 که در لاین شماره ی 1 بیان بیشتری داشتند، بقیه میکرو RNA ها در لاین شماره ی 2 بیان بالاتری داشتند. این موضوع با توجه به پایین تر بودن میزان تولید روغن در لاین شماره ی 1 نسبت به لاین شماره ی 2 نشان دهنده ی ارتباط این دو میکروRNA با تولید روغن است.miR483 در هیچ کدام از لاین ها بیان نداشت. miR113 و miR206 بالاترین میزان بیان را در بین همه میکرو RNA ها داشتند. بیان بالاتر میکرو RNA ها در لاین 2 احتمالا نشانگر فعالیت بالاتر مکانیسم خاموشی در سطح رونویسی برای ژن های هدف در این لاین نسبت به لاین شماره ی 1 می باشد.
    کلیدواژگان: ترنسکریپتوم، دابلدهاپلوئید، کاملینا، میکروRNA
  • علیرضا ترنگ* صفحات 65-76

    برنج (Oryza sativa) به دلیل سازگاری محدود با شرایط کم آبی، به تنش خشکی بسیار حساس است. تنش خشکی پاسخ های مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و مولکولی را در این گیاه تغییر می دهد. در این تحقیق تاثیر تنش خشکی در مراحل رویشی و زایشی بر صفات مورفولوژیک و بیان ژن های کدکننده فاکتورهای رونویسی DREB2A و ZFP252 در لاین برنج TH1 (حساس به خشکی) و رقم ندا (متحمل به خشکی) مورد بررسی قرار گرفت. تنش خشکی از طریق توقف آبیاری در مراحل پنجه زنی و خوشه دهی اعمال شد. نتایج بررسی صفات مورفولوژیکی نشان داد تعداد پنجه و تعداد خوشه به عنوان شاخصی برای تولید در رقم ندا به طور معنی داری بیشتر از لاین TH1 بود. Real Time PCR نشان داد در رقم ندا تنش خشکی در مرحله رویشی باعث افزایش بیان ژن ZFP252 (به نسبت 217/3 برابر) شد. این امر نشان دهنده ی اهمیت این ژن پاسخ دهنده به تنش خشکی در این ژنوتیپ در این مرحله ی رشدی می باشد. بررسی تغییرات میزان بیان ژن های DREB2A و ZFP252 در لاین TH1 حاکی از افزایش معنی دار بیان این دو ژن در نتیجه ی وقوع تنش خشکی در مرحله ی رویشی بود. آنالیز بیان ژن های کد کننده ی فاکتورهای رونویسی در این مطالعه بیانگر آن بود که گیاهان متحمل و حساس ممکن است از تنظیمات ژنتیکی و مکانیسم های متفاوتی در مواجهه با شرایط تنش استفاده کنند. رمزگشایی از این مکانیسم های مولکولی به درک بهتر تحمل به تنش و انتخاب استراتژی هایی برای بهبود بهره وری محصول در مواجهه با تغییرات آب و هوایی کمک می کند.

    کلیدواژگان: برنج، بیان ژن، خشکی، فاکتورهای رونویسی
|
  • Aboozar Soorni *, Sepehr Meratian Esfahani, Badraldin Ebrahim Sayed-Tabatabaei Pages 1-10
    Today, medicinal plants are used in the treatment of many diseases because of their secondary metabolites. Thyme as one of these plants contains a wide range of secondary metabolites such as terpenes. Various methods have been developed to increase these materials. In classical methods, environmental factors are changed to produce the most effective substance in medicinal plants, but in newer approaches that are based on plant genetics, higher yields are observed. One of these approaches is the use of miRNAs. These miRNAs control gene expression after transcription by mRNA analysis or inhibition of their translation, and play different roles in biological and metabolic processes in plants and animals. One of the simplest and least expensive methods for identifying miRNAs is the use of bioinformatics tools and methods. To identify distinct miRNA in different species of thyme, a study based on homology search was conducted using transcriptomic data of thyme. First, this information was refined and then aligament performed against all known miRNAs in the miRBase database. After screening of results based on factors such as length and e-value level, the secondary structure of miRNAs was analyzed with UNAfold tool. Target genes were identified using psRNATARGET tool and phylogenetic relationships were investigated using maximum likelihood method and RaxML tool. In total 64 distinct candidate’s miRNAs were identified in different species of thymus and 14 miRNAs included miR172 and miR396 played an important role in terpenes synthesis and it has been proven in previous studies. The phylogenetic tree was able to show the relationship between miRNAs in different species.
    Keywords: Thyme, NGS, Terpenes
  • Samira Mohammadi * Pages 11-28
    60 kDa heat shock proteins (HSP60s) also known as chaperonin (cpn60) play an important role in plant growth and stress response. In this study, 32 HSP60 genes were identified in the soybean genome through bioinformatics tools, which are distributed on 14 chromosomes. Most of these proteins are hydrophilic, acidic, and unstable with a high aliphatic index The evolutionary tree divided HSP60 proteins of soybean, Arabidopsis, and rice into three main groups based on their cellular location. The proteins of different subgroups have highly conserved gene structure, conserved motifs, intron phase, and three-dimensional structure, which can indicate their functional similarities in different subgroups. Several cis-regulatory elements responsive to stresses, growth and hormones were found in the promoter of GmHSP60 genes, that indicate their role in plant growth and response to environmental stresses. Gene ontology (GO) analysis predicted that GmHSP60 genes were responsible for protein folding and refolding in an ATP-dependent manner in response to various stresses. Analysis of the transcriptome pattern (RNA-seq) showed that most of the GmHSP60 genes had high expression in response to salt, drought, cold, heat, submergence, and nutrient deficiency stresses, which indicates their role in improving soybean tolerance to abiotic stresses. Overall, these findings provide useful information to better understand the function of GmHSP60 genes in soybean and facilitate the way for the utilization of chaperonin family genes for achieving plant tolerance against abiotic stresses.
    Keywords: Chaperonin, Cis-regulatory elements, Gene Ontology, heat shock protein, Three-dimensional structure
  • Analysis of root proteome in wheat (Kavir variety) under drought stress
    Samira Mardani Zonouz, Mahmoud Toorchi, Shaghayegh Aslzad * Pages 29-41
    Drought is one of the most important factors causing abiotic stress in plants. Wheat, as a vital crop, is extensively cultivated in regions that face water scarcity at least during one period of the year. Proteomic approach is one of the ways to identify proteins involved in plant tolerance to water stress. In order to investigate the effect of water deficit stress on the root proteome pattern of desert-tolerant wheat, an experiment was conducted in the form of a completely randomized design with seven replications. Root proteins were extracted by TCA/acetone method and the protein expression pattern was analyzed using two-dimensional electrophoresis. Potential proteins involved in the response to water deficiency were identified by comparing the protein expression patterns under water deficit stress with the expression pattern in control conditions. The results revealed significant differences in root weight and root length at a 5% probability level, indicating the detrimental effects of water stress on plant roots. The proteomic analysis identified 98 reproducible protein spots, of which 10 exhibited statistically significant changes, with eight spots showing increased expression and one showing decreased expression. These protein spots were identified based on their molecular weight (MW) and isoelectric point (pI) through database searches. The identified proteins were classified into various functional categories related to stress response, including protein synthesis and accumulation, oxidative stress, response and defense against stress and metabolic pathways.
    Keywords: Expression pattern, iso-electric point, protein extraction, two-dimensional electrophoresis
  • Maryam Faramarzi Jafar Beiglou, Farhad Nazarian-Firouzabadi *, Seyed Sajad Sohrabi, Ali Moghadam Pages 43-53
    Plant diseases, particularly diseases caused by fungi and oomycetes pose significant challenges in modern agriculture worldwide. Pathogen associated molecular pattern (PAMP) like chitin found in the cell walls of fungi and oomycetes, trigger defence signalling, leading to expression of R-genes and the production of reactive oxygen species (ROS), and accumulation of a wide range of metabolites. Chitin elicitors prompt the expression of defence-related genes such as chitinases, ultimately the resulting in the breakdown of chitin in the pathogen's cell wall. To assess the expression level of certain chitinases in potatoes and the activity of antioxidant enzymes, leaves of a tolerant potato genotype (jelly) was challenged with chitin oligomers in vitro. Result of this study revealed that 48 hours post chitin induction, the expression of different classes of chitinase genes were significantly increased. Class I chitinase (Soltu.DM.10G017450) and class III chitinase (Soltu.DM.11G026160) genes, had respectively the highest (5.5-fold relative to control) and the lowest (1.1-fold relative to control) expression level after 48 hours post chitin inoculation. However, the activities of antioxidant enzymes catalase and ascorbate peroxidase did not change significantly compared to the control. These findings suggest that the application of chitin does not activate the signaling pathways involved in the biosynthesis of antioxidant enzymes 48 hours after chitin treatment. In addition, results of this study may imply that chitinase genes can be cloned by genetic engineering approaches to generate transgenic plants resistant to pathogens.
    Keywords: Antioxidant Enzymes, chitinase genes, Gene expression, Potato, real-time PCR
  • Leila Farhadi, Ali Arminian, Sajad Rashidi Monfared * Pages 55-64
    MicroRNAs (miRNAs) are endogenous and noncoding small RNA molecules with a length of 19-24 nucleotides (nts) that regulate target genes at the post-transcriptional level in plants. In this study, several miRNAs in Camelina were identified, and their potential roles were reported. Camelina with its scientific name (Camelina Sativa L.) is an oil-medicinal plant belonging to the Brassicaceae family. First the RNA was extracted from C. sativa leaf and sent to the Beijing genome institute for RNA-sequencing. Then the data were assembled denovo with Trinity software after removing the reads with lower quality than the threshold level and trimming them. Detection of miRNAs was then performed by miRDeep2 software. Accordingly, we identified 33 miRNAs from the leaf dataset, and their secondary structures were evaluated. The target genes of the detected miRNAs were identified by the psRNAtarget website. Examining the target genes showed that a total of 1415 genes are regulated by these microRNAs, which belong to several gene families with different biological functions, including the genes of proteins that bind to the Squamusa promoter, the protein kinase family, etc. Comparing the expression of microRNA carrying genes (TPM) in the two studied doubled haploid lines, showed that except for miR296 and miR474 which were more expressed in line number 1, the other miRNAs had higher expression in line number 2. Considering the lower amount of oil production in line number 1 compared to line number 2, this indicates the relationship of these two microRNAs with oil production. miR483 was not expressed in any of the lines. miR113 and miR206 had the highest expression levels among all microRNAs. The higher expression of micro RNAs in line 2 probably indicates the higher activity of the silencing mechanism at the transcription level for the target genes in this line compared to line number 1.
    Keywords: Camelina sativa, Doubled haploid, MicroRNA, Transcriptome
  • Alireza Tarang * Pages 65-76

    Rice (Oryza sativa) is very sensitive to drought stress because of its limited adaptation to water-deficit conditions. Drought stress alters morphological, physiological, biochemical, and molecular responses in plant. In this study, the effects of drought stress on morphological traits and expression of transcription factor genes DREB2A and ZFP252 at vegetative and reproductive stages were investigated in TH1 line (drought sensitive) and Neda (drought tolerant). Drought stress was induced by stopping irrigation at tillering and heading stages. Investigation of morphological traits showed tiller and panicle numbers as production indices were significantly higher in Neda cultivar than TH1 line. Real Time PCR Neda genotype showed a significant increase (3.217 expression ratio) in expression of transcript level of ZFP252 at vegetative stage under drought stress. This indicates the importance of this drought stress responsive gene in acquisition of drought tolerance in this genotype at this stage. Investigation of expression level changes in TH1 line showed significant increase in DREB2A and ZFP252 genes expression under drought stress at the vegetative stage. Gene expression analysis in this study suggesting that tolerant and sensitive plants may be using genetic regulations and different mechanisms to be exposed to stress conditions. Deciphering of these molecular mechanisms will aid to better understand stress tolerance and to select strategies for improving crop productivity facing climate change.

    Keywords: Drought, Gene expression, rice, Transcription factors