تجزيه و تحليل رونويسي در واكنش به تنش شوري در جو وحشي(Hordeum vulgare ssp. spontaneum) و زراعي (H. vulgare ssp. vulgare) باروشRNA-seq

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

كشاورزي

دكتري

شوري يكي از مهمترين تنش‌هاي غير زيستي محدود كننده توليد گياهان زراعي است. بنابراين تحمل شوري به عنوان يك هدف مهم به¬نژادي در گياهان بويژه براي مناطق داراي معضل شوري حائز اهميت است. اين پژوهش با هدف بررسي و مقايسه رشد، فيزيولوژي و پروفايل بيان ژني در يك ژنوتيپ وحشي متحمل به شوري (Hordeum vulgare spp. spontanum) و يك رقم زراعي حساس به شوري جو(Hordeum vulgare spp. vulgare) انجام شد. بدين منظور از آزمايش فاكتوريل در قالب طرح كاملا تصادفي با تيمار تنش شوري 300 ميلي مولار تحت شرايط گلخانه استفاده گرديد. در مطالعه رشدي و فيزيولوژيكي گياه، صفات وزن خشك و تر شاخساره، وزن خشك ريشه، ارتفاع بوته، شاخص پايداري غشا، مالون‌دي‌آلدئيد، پرولين و عناصر سديم و پتاسيم ريشه و شاخساره، نسبت پتاسيم به سديم اندازه‌گيري شد. نتايج نشان داد كه ژنوتيپ وحشي نسبت به رقم زراعي (حساس) از وزن خشك ريشه و شاخساره بيشتر، غلظت سديم كمتر، پتاسيم و نسبت پتاسيم به سديم بيشتر برخوردار بوده است. ضمن اينكه ژنوتيپ وحشي ميزان نشت الكتروليتي و آسيب به غشا كمتر و محتواي مالون دي‌آلدئيد كمتري نسبت به رقم حساس زراعي داشت. اين نتايج وجود نظام حذف و سميت زدايي يون سديم كارآمد را در ژنوتيپ وحشي خاطر نشان مي‌كند. در مطالعه دوم، ترانسكريپتوم هر دو ژنوتيپ جو تحت شرايط شاهد و تنش شوري با تكنيك توالي يابي RNA مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت. بدين منظور توالي يابي با پلتفرم Illumina Hiseq2500 انجام و 62 گيگابايت با ميانگين 50 ميليون قرائت جفت انتهايي با 151جفت باز در هر نمونه داده حاصل شد. كليه نمونه‌ها بر طبق آزمون كيفيت پيرايش شدند و سپس توسط نرم افزار STAR به ژنوم مرجع موركس نقشه¬يابي گرديدند. ميزان همگذاري نقشه‌هاي اين دو ژنوتيپ با ژنوم مرجع معادل 76 تا 90 درصد محاسبه شد. ژن‌هاي داراي بيان افتراقي (DEGs) ناشي از تنش شوري با نرم افزار DESeq2 و شناسايي ايزوفرم‌ها با نرم افزارRSEM تعيين گرديد. ژنوتيپ وحشي حاوي 6049 ژن داراي بيان افتراقي بود در حاليكه رقم زراعي تنها 2610 ژن بيان افتراقي داشت. ضمن اينكه افزايش قابل توجهي در تعداد ايزوفرم‌ها ناشي از تنش شوري مشاهده شد. اين يافته در تائيد درك ثابت شده¬اي است كه به القاي پيرايش جايگزين pre-mRNA ناشي از تنش‌هاي محيطي قائل بوده و نقش مهمي ‌در سازماندهي رونوشت سلول‌هاي گياهي ايفا مي‌كند. ژن‌هاي مهم دخيل در تنش شوري در هر دو جو متعلق به گروه ژن‌هاي دخيل در علامت‌دهي، هورمون‌هاي گياهي، فاكتورهاي رونويسي (TFs)، حذف و تعادل يوني، سميت زدايي و پاكسازي گونه¬هاي اكسيژن فعال، تنظيم اسمزي شناسايي شد. تعداد و ميزان بيان ژن‌هاي شناسايي شده در ژنوتيپ متحمل تقريبا سه برابر رقم حساس بود كه خود بيانگر فعاليت ژن‌ها و مكانيسم‌هاي پوياتر جهت مقابله با تنش شوري در ژنوتيپ متحمل بوده است. تجزيه و تحليل هستي شناسي ژن‌ها نيز تعداد و فرآيندهاي بيولوژيكي بيشتري براي ژنوتيپ متحمل قائل شد. ضمن اينكه تعداد مسيرهاي شناسايي شده تحت تنش در طي آناليز KEEG حاكي از مديريت مطلوب تنش توسط ژنوتيپ متحمل (وحشي) بوده است. شبكه ژني در ارتباط با ژن‌هاي دخيل در مسيرهاي علامت‌دهي در جو وحشي منجر به شناسايي ‌هاب ژن‌هائي شدكه متعلق به گروه كينازها و فاكتورهاي رونويسي است و مسير انتقال هورمون‌ها بيشترين تعداد‌ هاب‌ ژن را در ميان مسيرهاي علامت‌دهي دارا بود. به منظور درك تنوع ژنتيكي، ريزماهواره¬هاي ( EST-SSRهاي) مبتني بر ژن كانديد پاسخ‌دهنده به شوري شناسائي شد. براي تاييد صحت و تكرارٍپذيري نتايج توالي‌يابي، هفت ژن براي اعتبار سنجي با qRT-PCR انتخاب گرديد و آزمايش بياني اجرا شد تاكيد مطالعه بر درك ساختار، عملكرد، تكامل خانواده كينازها مرتبط با تحمل به شوري و كاربرد آنها در اصلاح شوري جو يك تجزيه و تحليل گسترده سيليكوني براي درك توزيع، ساختار، الگوي بيان، فعل و انفعالات عملكردي در جو است. يافته‌هاي اين پژوهش از ژن¬هاي افتراقي و مسيرها ديدگاه كامل¬تري را از اينكه چگونه گياه جو ‌علائم و شبكه‌هاي نظارتي را در راه¬كار¬هاي سازگاري مطلوب كه موجب تحمل شوري ‌مي¬شود ادغام مي¬كند، ارائه مي‌دهد. الگوي پوياي ترانسكريپتوم جو وحشي در واكنش به تنش شوري ‌به عنوان پلي از زيستگاههاي طبيعي براي اصلاح جو زراعي و ساير گياهان غلات قابل استفاده

215950

اصلاح نباتات(مهندسي ژنتيك و بهنژادي زراعي)

مهندسي كشاورزي

دانشگاه صنعتي اصفهان

رودابه راوش

محمد مهدي مجيدي، ابوذر سورني، قاسم محمدي نژاد

احمد ارزاني، مهدي رحيم ملك