استخراج و جداسازی سه ژن AREB، DREB و MPK در گیاه زعفران (.Crocus sativus L) به منظور بررسی مقاومت به خشکی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه تولیدات گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربت حیدریه

2 2- دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی کشاورزی و کارشناس پژوهش دانشگاه تربت حیدریه

چکیده

تنش‌های محیطی مهمترین عامل کاهش دهنده عملکرد محصولات کشاورزی در سطح جهان هستند. تنش خشکی یکی از عوامل محدود کننده تولید گیاهان زراعی در سراسر جهان است.برای کاهش اثر تنش های محیطی، یافتن ژنوتیپ‌هایی که دارای ژن‌ها و صفات مطلوبی در این زمینه باشند، مهم است. بدین منظور یکی از مهم‌ترین اهداف تحقیقاتی، درک مکانیسم‌های مولکولی مرتبط با مقاومت به خشکی در گیاهان می‌باشد. با پیشرفت‌های اخیر در زمینه ژنتیک مولکولی، صدها ژن که بوسیله تنش القاء می‌شوند، شناسایی‌شده و به‌عنوان ژن‌های کاندید برای مهندسی ژنتیک مورداستفاده قرارگرفته‌اند. زعفران گیاهی است که در مناطق خشک و نیمه‌خشک رشد می‌کند و برخلاف بسیاری از گیاهان، قهرمان خشکی و دارای رژیم حرارتی متفاوتی بوده است. حضور ژن‌های بی‌شماری برای مقابله با محدودیت تنش خشکی در این گیاه قابل‌بررسی است. با شناخت ژن‌های درگیر، در ایجاد مقاومت به تنش خشکی و انتخاب ارقام بومی مناسب، می‌توان از زعفران در اکثر مناطق با شرایط آب و هوایی متفاوت، میزان محصول نسبتاً مشابهی تولید نمود. در این مطالعه حضور ژن‌های AREB، DREB و MPK در گیاه زعفران برای اولین بار اثبات گردید. الگوی بیان ژن‌های کلیدی فوق با استفاده از تکنیک Real Time-PCR در اندام‌های متفاوت گیاه زعفران موردبررسی قرار گرفت. تنش‌های خشکی سبب افزایش بیان معنی‌داری از ژن‌های فوق گردید. این افزایش بیان در اندام‌های رویشی و زایشی متفاوت بوده که احتمالاً باعث افزایش فرآورده نهایی این ژن‌ها و مقاومت این اندام در برابر خشکی می‌گردد. همچنین بیان آن‌ها دارای همبستگی و اثری متقابل نسبت به یکدیگر است. ساختار پروتئینی این ژن‌ها به ترتیب دارای ۳۶۶، ۱۶۶ و ۳۱۵ اسیدآمینه، که با بررسی این ساختار، حضور منطقه‌ای از اسیدآمینه‌های مشترک در آن‌ها، نشان از هم‌خانواده بودن این سه ژن را می‌رساند.

کلیدواژه‌ها


Agarwal, P.K., Agarwal, P., Reddy, M., and Sopory, S., 2006. Role of DREB transcription factors in abiotic and biotic stress tolerance in plants. Plant Cell Report. 25, 1263-1274.

Amiri Oghan, H., Moghadam, M., Ahmadi, M.R., Valizadeh, M., and Shakiba, M.R., 2002. Heritability of seed yield and yield components in rapeseed (Brassica napus) under drought stress and normal conditions. Seed Plant. 18, 179-199. [in Persian with English Summary].

Bayoumil, T.Y., Manal, H.E., and Metwali, E.M., 2008. Application of physiological and biochemical indices as a screening technique for drought tolerance in wheat genotypes. African J. Biotech. 7(14), 2341-2352.

Bery, E.A., 2007. Molecular and Physiological Responses to Water Deficit Stress. Department of Genetics and Cell Biology, University of Chicago, USA.

Bray, E., 1997. Plant responses to water deficit. Trend Plant Sci. 2, 48-54.

Campalans, A., Messeguer, R., Goday, A., and Pagès, M., 1999. Plant responses to drought, from ABA signal transduction events to the action of the induced proteins. Plant Physiol. Bioch. 37, 1-14.

Choi, H., Hong, J., Ha, J., Kang, J., and Kim, S.Y., 2000.  ABFs, a family of ABA-responsive element binding factors. J. Biol. Chem. 275, 1723-1730.

De Smet, I., Signora, L., Beeckman, T., Inze, D., Foyer, C.H., and Zhang, H., 2003 An abscisic acid- sensitive heckpoint in lateral root development of Arabidopsis. Plant J. 33, 543-555.

Dhar, A.K., Sapru, R., and Rekha, K., 1998. Studies in saffron in Kashmir. J. Crop Improv. 15(1), 48-52.

Fujita, Y., Fujita, M., Satoh, R., Maruyama, K., Parvez, M.M., and Seki, M., 2005. AREB1is a transcription activator of novel ABRE-dependent ABA signaling that enhances drought stress tolerance in Arabidopsis. Plant Cell. 17, 3470-3488.

Gray W.M., 2004. Hormonal regulation of plant growth and development. PLOS Biol. 2(9), 3-11.

Hossain, M.A., Cho, J.I., Han, M., Ahn, C.H., Jeon, J.S., and An, G., 2010. The ABRE binding bZIP transcription factor OsABF2 is a positive regulator of abiotic stress and ABA signaling in rice. J. Plant Physiol. 167, (15)12-20.

Jodeir, S., and Dehghan Nayeri, F., 2016. Study of expression of the MADS-box transcription factors involved in flower formation in saffron (Crocus sativus L.). Cell. Mol. Res. 4(28), 488-499.

Johnson, M., Zaretskaya, I., Raytselis, Y., Merezhuk, Y., Mc Ginnis, S., and Madden, T.L., 2008. NCBI BLAST: a better web interface. Nucleic Acids Res. 36(2), 5-9.

Kang, J.Y., Choi, H.I., Im, M.Y., and Kim, S.Y., 2002. Arabidopsis basic leucine zipper proteins that mediate stress-responsive abscisic acid signaling. Plant Cell. 14, 343-357.

Karimi Andeani, J., Mohsenzadeh, S., and Mohabatkar, H., 2011. Study of dehydration-responsive element binding-factor gene in some Iranian bread wheat cultivars. Iran. J. Plant Biol. 69-76. [in Persian with English Summary].

Khashei Siuki, A., Hashemi, S.R., and Ahmadee, M., 2015. The effect of pottasic zeolite and irrigation scheduling on saffron yield. Reserch Project in University of Birjand, Iran. [in Persian with English Summary].

Magnani, E., lander, K., and Hakea, S., 2004. Rom endonucleases to transcription factors: Evolution of the AP2 DNA binding domain in plants. Plant Cell. 16, 2265-2277.

Menzel, A., and Fabian, P., 1999. Growing season extended in Europe.  Nature. 397, 659. 

Mohammad Hashem, F., Nikpour, P., and Emadi-Baygi, M., 2011. Evaluation and optimization of various procedures of RNA extraction from human frozen tissues. J. Isfahan Medical School. 29(133), 327-335. [in Persian with English Summary].

Molina, R. V., Valero, M., Navarro, Y., García-Luis, A., and Guardiola, L., 2003. Low temperature storage of corms extends the flowering season of saffron (Crocus sativus L.). J. Hort. Sci. Biotechnol. 80, 319-326.

Navabpor, S., 2013. Induced genes expression pattern inresponse to drought stress in repeseed (Brassica napus). Seed Plant. 29(3), 535-549.

Pagter, M., Bragato, C., and Brix, H., 2005 Tolerance and physiological responses of Phragmites australis to water deficit. Aquat. Bot. 81, 285-299.

Pazoki, A., Kariminejad, M., and Foladi Targhi, A., 2013. Effect of planting patterns on yield and some agronomical traits in saffron (Crocus sativus L.) under different irrigation intervals in Shahr-e-Rey region. Intl. J. Farm & Alli. Sci. 2(S2), 1363-1368.

Rahmati, E., 2003. The function of environmental factors in production and function of saffron, Articles collection of the third national congress of saffron, The publishing house of Khorasan Research Organisation for Science & Technology, pp. 146-151. [in Persian with English summary].

Rahnama., H., and Vakilian, H., 2014. Cloning and functional analysis of inducible promoter Rd29A in transgenic tobacco plants. Mol. Cell Res. 26(4), 480-490.

Rohi, M., Amirshekari, H., and Kordenaeej, A., 2014. Effect of corm density and watermelon sowing date as live mulchon quantitative and qualitative yield of saffron (Crocus sativus L.). J. Crop Prod. Res. 6(1), 1-17.

Sakuma, Y., Liu, Q., Dubouzet, J.G., Abe, H., Shinozaki, K., and Yamaguchi-Shinozaki, K., 2002. DNA-binding specificity of the ERF/AP2 domain of Arabidopsis DREBs, transcription factors involved in dehydration and cold-inducible gene expression. Biochem. Biophys. Res. Commun. 290, 998-1009.

Sambrook, J., and Russell, D.W., 2001. Molecular cloning: A Laboratory Manual. New York. Cold Spring Harbor Laboratory, 1, 6-28.

Shao, H.B., Liang, M.A., Shao, M.A., and Wang, B.C., 2005. Changes of some physiological and biochemical indices for soil water deficits 10 wheat (Triticum aestivum) genotypes at seedling stage. Colloids Surf. B. Biointerfaces. 42(2), 107-113.

Rezvani, N., Sorooshzadeh, A., and Sharifi, M., 2014. Effects of auxin and copper on growth of saffron. J. Plant Biol. 6(19), 143-157. [in Persian with English Summary].

Shokohi, M., Ghobadi, S., and Sayed Tabatabai, B.A., 2015. Identification and isolation of induction inductor rd29A from Arabidopsis thaliana plants and evaluation of its performance in Transformation Plant. Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran. [in Persian].

Takahashi, F., Ichimura, K., Shinozaki, K.S., and Hirasu, K., 2009. Plant mitogen activated protein kinase cascades in signaling crosstalk. Signal cross talk in plant stress responses. K. Yoshioka and K. Shinozaki. England, Wiley Blackwell, Oxford. 136, 23-42.

Thomashow, M.F., 1999. Plant cold acclimation: freezing tolerance genes and regulatory mechanisms. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 50, 571-599.

Uno, Y., Furihata, T., Abe, H., Yoshida, R., Shinozaki, K., and Yamaguchi-Shinozaki, K., 2000. Arabidopsis basic leucine zipper transcription factors involve in abscisic acid dependent signal transduction pathway under drought and high salinity conditions. Proceedings of the National Academy of Science of the USA. 97, 11632-11637.

Varjonen, E., Vainio, E., Kalimo, K., and Juntunen-Backman, K., 2002. Clinical importance of non-specific lipid transfer proteins as food allergens. Biochem. Soc. Trans. 30(6), 910-913.

Vatanpour Azghandi, A., Saboora, A., and Rajabpoor, S., 2010. Changes in exogenous hormone concentration and its effect on somatic embryo maturation and microcorm formation of saffron (Crocus sativus L.). Iran. J. Plant Biol. 3(8), 41-58. [in Persian with English Summary].

Wilkinson, S., and Davies, W.J., 2002. ABA‐based chemical signalling: the co‐ordination of responses to stress in plants. Plant Cell Environ. 25(2), 195-210.

Yousefi Javan, I., and Gharari, F., 2017. The structure of the protein and gene expression of PIC2 affecting blooming flowers (Crocus sativus L.). J. Saffron Agron. & Technol. 5(1), 73-90. [in Persian with English Summary].

Zandkarimi, H., Ebadi, A., Salami, S.A., Houshang Alizade, H., and Baisakh, N., 2015. Analyzing the expression profile of AREB/ABF and DREB/CBF genes under drought and salinity stresses in grape (Vitis vinifera L.). POLIS ONE. 10(7), 1-16.

Zhu, J.K., 2002. Salt and drought stress signal transduction in plants. Annu. Rev. Plant Biol. 53, 247-273.