دسته بندی علمی – پژوهشی : مطالعه تجربی و مدلسازی ریاضی خشک کن آنالیز بیان چندین ژن مهم …

در مطالعه حاضر، افزایش فعالیت APX (آسکوربات پراکسیداز) در ریشه و اندام هوایی هر دو رقم زرفام (مقاوم به خشکی) و اکاپی (حساس به خشکی) تحت تنش خشکی بسیار قابل توجه بوده، که میزان آن در اندام هوایی بیشتر میباشد.
میزان پراکسیدهیدروژن بعد از قرارگیری گیاه تحت تأثیر تنش افزایش مییابد، بسیاری ازمحققین معتقدند یک ارتباط نزدیک بین میزان پراکسیدهیدروژن و الگوی MAP کیناز در گیاهان وجود دارد. علاوه بر این مشاهداتی در مورد نقش پراکسیدهیدروژن به عنوان یک سیگنال گزارش شده است. در گیاه برنج مشاهده شده است که افزایش پراکسیدهیدروژن تحت شرایط تنش باعث افزایش بیان ژنهای APX شده است. در گیاه آرابیدوپسیس افزایش پراکسیدهیدروژن تحت تأثیر نور زیاد سبب تغییراتی در انتقال الکترون در پلاستوکینون میشود و احتمالا این تغییر سبب القا APX2 و دیگر خانوادهی ژنی cAPX میشود (et al., ۲۰۰۲ Shigeru). پیشنهاد کردهاند که پراکسیدهیدروژن به عنوان یک پیامبر ثانویه سبب افزایش بیان ژنهای سیستم آنزیمی پاداکسایشی میشود (Foyer and Halliwell, 1976). افزایش فعالیت آنزیم APX تحت تأثیر اشعهیUV در کلزا مشاهده شده است (et al., ۱۹۹۴ Somner). افزایش میزان فعالیت APX در دو واریته حساس (Trihybrid 321) و مقاوم (Giza 2) ذرت تحت تنش خشکی توسط (Moussa and Abdel-Aziz, 2008) نیز گزارش شده است.
CAT (کاتالاز) اولین آنزیم پاداکساینده (ضد اکسایشی) بوده که کشف شده است. آنزیمهای CAT به صورت هموتترامریک هستند و باعث تجزیهی پراکسیدهیدروژن به آب و اکسیژن میشوند.CAT ها بهطور عمده در سیتوزول، میتوکندری و پراکسیزومها یافت میشوند. به طور کلی CATها در سه کلاس طبقهبندی میشوند. کلاس I : که به مقدار زیادی در برگها بیان شده و وابسته به نور میباشند و پراکسیدهیدروژن را در طول تنفس نوری حذف میکنند. کلاس II : که بهطور عمده در بافتهای آوندی یافت میشوند. کلاسIII : بهطور غالب در گلیاکسیزومهای دانهها و دانهرستهای جوان یافت میشوند (Dat et al., ۲۰۰۰).
نتایج حاصل از این پزوهش، حاکی از آن است که میزان فعالیت این آنزیم در ریشهی هر دو رقم زرفام (مقاوم به خشکی) و اکاپی (حساس به خشکی) افزایش یافته، اما در اندام هوایی رقم اکاپی کاهش جزئی و در اندام هوایی رقم زرفام افزایش نشان داده است. در گیاهان آرابیدوپسیس جهش یافتهیvtc1 که فعالیت آنزیم CAT دچار نقص میباشد، مشاهده شد که زمانی که این گیاهان تحت تأثیر اشعهیUV قرار گرفتند پراکسیزوم سلولها به علت افزایش بسیار زیاد پراکسیداسیون لیپیدها تخریب شدند (Gao and Zhang, 2008). افزایش میزان فعالیت CAT در دو واریته حساس (Trihybrid 321) و مقاوم (Giza 2) ذرت تحت تنش خشکی توسط (Moussa and Abdel-Aziz, 2008) نیز گزارش شده است. نتایج بدست آمده در این مطالعه، با نتایج محققین فوق همخوانی دارند. افزایش سنتز آنزیم کاتالاز تحت شرایط تنش خشکی نیز گزارش شده است (Dat et al., ۲۰۰۰) .
تنش آبی و UV-B محصولدهی گیاهان را با ممانعت از رشد وفتوسنتز کاهش میدهند. کمبود آب، موجب بستهشدن روزنه شده و بنابراین غلظت CO2 بینسلولی کاهش مییابد. این در حالی است که هیدراسیون سلولهای مزوفیل به دستگاه فتوسنتزی صدمه میرساند . تحت شرایطی که فتوسنتز دچار نقص شده وکلروپلاستها در معرض افزایش انرژی بر انگیختگی قرار دارند، کاهش نوری اکسیژن وجود دارد که منتج به تولید پیوسته گونه اکسیژن فعال (ROS) میشود که عبارتند از هیدروژنپراکسید، آنیونسوپراکسید و رادیکالهای هیدروکسیل (and Inzé, ۱۹۹۵ Van Montagu) که به غشا و آنزیمها صدمه میزنند. بنابراین افزایش محصول رادیکالهای اکسیژن در پراکسیداسیون لپیدهای غشا نقش بسزایی دارند (Durães et al., ۱۹۹۴). مالوندیآلدهید محصول پراکسیداسیون اسیدهای چرب غیر اشباع در فسفولیپیدها بوده است که به عنوان شاخص آسیب رادیکالهای آزاد به غشای سلولی تحت شرایط تنش استفاده میشود (Shakirova, 2007). این ترکیب در نتیجهی پراکسیداسیون چربیهای غیر اشباع به ویژه لینولئیک اسید تولید میشود. در واقع رادیکالهای هیدروکسیل و اکسیژن منفرد میتوانند با گروههای متیلن واکنش داده و باعث تشکیل گروههای دی- ان (Dienes) رادیکالهای لیپید پراکسی و هیدروپراکسیدها شوند، این رادیکالها نیز با جذب هیدروژن از اسیدهای چرب غیر اشباع باعث واکنش زنجیروار پراکسیداسیون میشوند (Smirnoff, ۱۹۹۵). نتایج حاصل از این پزوهش، حاکی از آن است که میزانMDA در ریشهی رقم زرفام (مقاوم به خشکی) کاهش و در ریشهی رقم اکاپی (حساس به خشکی) افزایش یافته، اما در اندام هوایی رقم اکاپی میزانMDA کاهش و در اندام هوایی رقم زرفام افزایش نشان داده است. بر اساس نتایج (Tatar eal., ۲۰۰۸) ، خشکی موجب افزایش سطح MDA در گیاهان گندم (Triticum aestivum L.) گشته که در چهاردهمین روز تنش به بالاترین سطح خود میرسد. علاوه بر این، افزایش سطح MDA تحت تنش خشکی در گیاهان زیتون نیز مشاهده شده است (Bacelar et al., ۲۰۰۷). برگهایی از گیاه گوجهفرنگی که تحت تنش خشکی قرار گرفتند، افزایش در پراکسیداسیون لیپیدی را نشان دادند Nasibi, 2011)). با بررسی واکنش سه رقم برنج به تنش شوری دریافتند که تنش شوری سبب تخریب غشاهای سلولی و افزایش تولید مالوندیآلدهید شد، که میزان تولید مالوندیآلدهید در رقم حساس به شوری بسیار بیشتر از رقم مقاوم به شوری بود Bhattacharjee and Mukherjee, 2002)). (Feng et al., ۲۰۰۷)، نشان دادند که میزان MDA تحت تنش UV-B و خشکی افزایش مییابد که در این بین UV-B اثر بیشتری بر این پارامتر نسبت به تنش همزمان و خشکی دارد. علاوه بر این ، کاهش در مقدار MDA تحت تنش همزمان در مقایسه با اثر هر یک از تنشها بطور جداگانه در سویا (Glycin max L.) به اثبات رسیده استAmal et al., ۲۰۱۰) ).
مشخص شده است که تنش آبی منجر به برخی تغییرات در محتوای کربوهیدراتها و پروتئینها میشود. در برگ گیاهان تحت تنش آبی عموما قند محلول انباشته میشود ، درحالیکه، نشاسته و پروتئین نسبت به شاهد به مقدار کمی کاهش مییابند. این ترکیبات osmoprotectants نقش مهمی در تنظیم اسمزی و حفاظت اسمزی بازی میکنند (Godallah et al., ۱۹۹۹ Jones and Hammond–Kosack, 2001;). از جمله مکانیسمهایی که گیاهان در مقابله با تنش بکار میگیرند سنتز پروتئینهاست. میزان پروتئین محلول یکی از شاخصههای مهم وضعیت فیزیولوژی در گیاهان میباشد. تغییرات هیدراسیون پروتئین یکی از نتایج میزان یون بالا در تنش اسمزی در سلولهای گیاهی محسوب میشود (Parvaiz and Satyavati, 2008). برخى از پژوهشگران رکود سنتز پروتئین را به کاهش تعداد پلىزومهاى سلولى نسبت دادهاند Creelman et al., ۱۹۹۰)). نتایج حاصل از این مطالعه، بیانگر آن است که میزان پروتئین کل در کل Seedling در هر دو رقم زرفام (مقاوم به خشکی) و اکاپی (حساس به خشکی) افزایش نشان داده است. علت افزایش پروتئین ممکن است به این دلیل باشد که تنش باعث تحریک افزایش پروتئینهای موجود گردیده و یا پروتئینهای جدیدی سنتز شده باشند (.(Abolhasani Zeraatkar et al., ۲۰۱۰ محتوای پروتئین محلول در گیاه angustifolius Lupinus در معرض تنش خشکی و شوری تحت ﺗﺄثیر قرار نگرفت و محتوای پروتئین در ریشه و برگهای جوان و قدیمی آفتابگردان (annuus Helianthus) و blumei Coleus کاهش نشان داد (Dos Santos et al., ۱۹۹۹ ؛Gilbert et al., ۱۹۸۹). گزارش کردند که کل پروتئین محلول به میزان قابل توجهی در لوبیا (Phaseolus vulgaris) حساس به شوری کاهش مییابد، اما درگیاهان P.acutifolius متحمل به شوری افزایش مییابد۲۰۰۴) .(Yurekli et al., این نتایج مختلف در تنش شوری نشان داد که پاسخ به تنش شوری بستگی به گونههای گیاهی و حتی در ارقام همان گونه گیاهی، مرحله رشد گیاه، طول مدت و میزان کاربرد نمک دارد (Parvaiz and Satyavati, 2008).
Agarwal and shaheen, 2007))، دریافتند که کاهش در غلظت پروتئین میتواند علامت نوعی از تنش اکسیداتیو بوده و در گیاهان تحت تنش خشکی مشاهده میشود. پروتئینهای محلول بطور قابل توجهی با سن گیاه ارتباط داشته و تحت تنش آبی در مقایسه با شاهد افزایش مییابد. نتایج بدست آمده در این تحقیق با نتایج (nasibi and kalantary, 2005)، در گیاه کلزا (Brassica napus) همخوانی دارد.
تنش خشکی بر متابولیسم قندها در گیاهان تأثیر میگذارد. قندها به صورتهای گوناگون در بردباری به خشکی در گیاهان شرکت میکنند. قندها میتوانند به عنوان متابولیتهای سازگار یا اسمولیتها سبب تنظیم اسمزی شوند. همچنین سبب پایداری غشا و پروتئینهای در حال خشکشدن میگردند، بدین صورت که تثبیت غشاء از طریق جایگزین شدن آب موجود در غشای لیپیدی دو لایه صورت میگیرد و به این ترتیب از متراکم شدن فسفولیپیدها جلوگیری کرده و همچنین از پیوندهای نابجا بین پروتئینهای غشایی جلوگیری میکنند. پایدارسازی پروتئینها نیز از طریق تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین گروههای کربوکسیل قند و زنجیرههای قطبی پروتئین صورت میگیرد .(Ingram and Bartles, 1996)
تجمع قند محلول در سلول گیاهی تحت تنش شوری یا خشکی، پاسخ شایعی میباشد. این ترکیب osmoprotectant نقش مهمی در تنظیم اسمزی و حفاظت اسمزی بازی میکنند (Jones and Hammond–Kosack, 2001).
نتایج حاصل از این پژوهش، بیانگر آن است که میزان قند محلول در کل Seedling در هر دو رقم زرفام (مقاوم به خشکی) و اکاپی (حساس به خشکی) افزایش نشان داده است. تجمع بیش از حد قند در بسیاری از گونههای گیاهی در معرض شوری، خشکی و UV-B گزارش شده است (Ranjbarfordoei et al., ۲۰۰۹ Musil et al., ۲۰۰۲;). قندهای محلول ممکن است به عنوان یک osmoprotectant، در برقراری ثبات در غشاء سلولی و حفظ فشار تورگر عمل نمایند.
۴-۳ نتیجهگیری کلی
سیگنالینگ تنش غیرزیستی باتوجه به افزایش در بهرهوری گیاهان بخش مهمی را تشکیل میدهد. بنابراین درک بنیادی مکانیسمهای زیربنایی عملکرد ژنهای تنش، برای توسعهی گیاهان تراریخت با اهمیت است. با توجه به نتایج بدست آمده از طریق بررسیهای مولکولی روی دو رقم حساس و مقاوم کلزا در این پژوهش، امید است این مطالعات، اصول استراتژیهای مهندسی ژنتیک موثری برای بهبود تحمل تنش، به ما ارائه کنند. نتایج انجام یافته در سطح مولکولی بیانگر رابطه سطوح فیزیولوژیک و مولکولی با یکدیگر میباشند. میزان پراکسیدهیدروژن بعد از قرارگیری گیاه تحت تأثیر تنش افزایش مییابد، بسیاری ازمحققین معتقدند یک ارتباط نزدیک بین میزان پراکسیدهیدروژن و الگوی MAP کیناز در گیاهان وجود دارد. علاوه بر این مشاهداتی در مورد نقش پراکسیدهیدروژن به عنوان یک سیگنال گزارش شده است. همچنین پیشنهاد کردهاند که پراکسیدهیدروژن به عنوان یک پیامبر ثانویه سبب افزایش بیان ژنهای سیستم آنزیمی پاداکسایشی میشود. کمبود آب، موجب بسته شدن روزنه شده و بنابراین غلظت CO2 بین سلولی کاهش مییابد. این در حالی است که هیدراسیون سلولهای مزوفیل به دستگاه فتوسنتزی صدمه میرساند . تحت شرایطی که فتوسنتز دچار نقص شده وکلروپلاستها در معرض افزایش انرژی بر انگیختگی قرار دارند، کاهش نوری اکسیژن وجود دارد که منتج به تولید پیوسته گونه اکسیژن فعال (ROS) میشود که به غشا و آنزیمها صدمه میزنند. بنابراین افزایش محصول رادیکالهای اکسیژن در پراکسیداسیون لپیدهای غشا نقش بسزایی دارند. تغییرات ایجاد شده مانند افزایش در میزان فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدان، افزایش در متابولیتهایی مانند پروتئینها و قندها میتوانند راهکارهای دفاعی بسیار مهمی برای کاهش میزان اثرات تخریبی ناشی از تنش خشکی در گیاه کلزا باشند. نتایج حاصل از این پژوهش نشان داد که رقم اکاپی (حساس به خشکی) نسبت به تنش خشکی، حساسیت بالایی داشته، و رقم زرفام (مقاوم به خشکی) نسبت به این تنش حساسیت پائینی دارد. بنابراین، رقم زرفام بهعنوان رقم متحمل به خشکی شناخته میشود.
 

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت  jemo.ir  مراجعه نمایید.