عنوان

تاثیر شوری بر الگوی متیلهشدن ‮‭DNA‬ و بیان ژن‌های القا شده در بخش هوایی جو

‭۱۷۰۱۴پ‬

per

تاثیر شوری بر الگوی متیلهشدن ‮‭DNA‬ و بیان ژن‌های القا شده در بخش هوایی جو

/سمیرا هامیان رومیانی

: کشاورزی

، ‮‭۱۳۹۵‬

، راشدی

چاپی

دکتری

اصلاح نباتات، گرایش ژنتیک مولکولی و مهندسی ژنتیک

‮‭۱۳۹۵/۱۱/۲۰‬

تبریز

شوری خاک یکی از مهمترین تنشها به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک است که رشد و عملکرد گیاهان را تحت تاثیر قرار میدهد .توانایی گیاهان در تنظیم متفاوت بیان ژن‌ها و عمل پروتئین‌ها اساس تحمل آنها به تنشها میباشد .متیله شدن ‮‭DNA‬ یکی از سازوکارهای تنظیم بیان ژن در پاسخ به عوامل محیطی و مراحل رشدی مختلف است .به منظور بررسی تاثیر شوری بر الگوی متیله شدن ‮‭DNA‬ و بیان ژنهای القا شده در بخش هوایی جو، این تحقیق به صورت آزمایشی دو ساله طراحی و اجرا گردید .در سال اول، اثر تنش شوری بر برخی خصوصیات مورفولوژیک، فیزیولوژیک و الگوی متیله شدن ‮‭DNA‬ در بخش هوایی ارقام جو) ‮‭Sahara۳۷۷۱‬ متحمل به شوری(،) ‮‭Clipper‬ حساس به شوری (و ‮‭۲۰‬ لاین هاپلوئید مضاعف حاصل از تلاقی آنها تحت تیمار ‮‭۱۰۰‬ میلیمولار ‮‭NaCl‬ و شاهد بدون شوری در زمانهای ‮‭۲۴‬ ساعت، سه و پنج هفته بعد از اعمال شوری مورد ارزیابی قرار گرفت .آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی با سه تکرار انجام شد .صفات مورد اندازه‌گیری عبارت از ارتفاع بوته، وزن تر و خشک بخش هوایی، تعداد برگ در بوته، تعداد پنجه، میزان فلورسانس کلروفیل برگ و میزان یونهای سدیم و پتاسیم بود .تجزیه واریانس دادهها و مقایسه میانگینها نشان داد که تحت تنش شوری، وزن تر و خشک گیاهچه، تعداد برگ، تعداد پنجه، مقدار یون پتاسیم و نسبت پتاسیم به سدیم کاهش ولی مقدار یون سدیم افزایش مییابد .برای بررسی الگوی متیله شدن ‮‭DNA‬ در بخش هوایی ارقام جو ‮‭Sahara۳۷۷۱‬ و ‮‭Clipper‬ تحت تنش شوری و شاهد از ‮‭۱۰‬ آغازگر تصادفی و آنزیمهای برشی ایزوشیزومر ‮‭HpaII‬ و ‮‭MspI‬ بر اساس تکنیک‮‭RA - CRED‬استفاده شد .در مجموع، ‮‭۴۳۵‬ نوار چند شکل بر اساس ‮‭DNA‬ ژنومی برش یافته با آنزیمها و آغازگرهای تصادفی تکثیر شد .آغازگر شماره ‮‭۴۵۴‬ و ‮‭۶۹۸‬ به ترتیب بیشترین و کمترین تعداد قطعات تکثیری را داشتند .تعداد جایگاههای دارای افزایش متیله شدن تحت تنش شوری در رقم ‮‭Sahara۳۷۷۱‬ در مرحله ‮‭۲۴‬ ساعت پس از اعمال تنش و در رقم ‮‭Clipper‬ در مرحله پنج هفته پس از اعمال تنش بیشتر از سایر مراحل بود .تعداد جایگاههای متیلزدایی شده در بخش هوایی رقم متحمل به شوری ‮‭Sahara۳۷۷۱‬ در دو مرحله ‮‭۲۴‬ ساعت و سه هفته پس از اعمال شوری بیشتر از رقم حساس به شوری ‮‭Clipper‬ بود ولی در پنج هفته در هر دو رقم یکسان بود .در سال دوم، آزمایش به صورت اسپلیت پلات-فاکتوریل در قالب طرح پایه بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار اجرا شد .در این آزمایش، ارقام جو‮‭Sahara۳۷۷۱‬ ، ‮‭Clipper‬ و لاین امید بخش متحمل به شوری تحت تیمارهای ‮‭۱۰۰‬ و ‮‭۲۰۰‬ میلیمولار ‮‭NaCl‬و شاهد قرار گرفتند و اندازهگیری صفات و نمونهبرداری در زمانهای ‮‭۲۴‬ ساعت، سه روز و سه هفته بعد از اعمال شوری انجام شد .صفات مورد اندازه‌گیری شامل ارتفاع بوته، وزن تر و خشک گیاهچه، محتوای آب بافت، تعداد برگ در بوته و تعداد پنجه بود .علاوه بر این، تغییرات بیان ‮‭۱۳‬ ژن نیز در ژنوتیپها تحت تنش شوری مورد بررسی قرار گرفت .نتایج نشان دادند که اثر متقابل ژنوتیپ‌شوری برای صفت وزن خشک گیاهچه، اثرمتقابل شوری‌زمان نمونه-برداری برای صفات وزن تر و خشک گیاهچه، اثر متقابل ژنوتیپ‌زمان نمونهبرداری برای صفات ارتفاع بوته، محتوای آب نسبی، تعداد برگ و تعداد پنجه و اثر متقابل شوری‌ژنوتیپ‌زمان نمونهبرداری برای وزن خشک گیاهچه معنیدار است .تجزیه واریانس تفاوت بیان ژنها بین سطوح مختلف تنش نشان داد که بین ژنوتیپها از نظر بیان کلیه ژنهای مورد مطالعه تفاوت معنیدار وجود دارد .اثرهای متقابل دو جانبه شوری‌ژنوتیپ، ژنوتیپ‌زمان نمونهبرداری برای کلیه ژنها و اثر متقابل شوری‌ژنوتیپ‌زمان نمونهبرداری برای همه ژنها به غیر از ژنهای ‮‭HvNIP۲;۱‬و ‮‭HvTIP۲;۳‬ معنیدار بود .تجزیه واریانس بیان ژنها بر اساس تفاوت ژنوتیپهای‮‭Sahara۳۷۷۱- Clipper‬،‮‭Clipper -line- A‬و‮‭Sahara۳۷۷۱ -line- A‬نشان داد که بین ژنوتیپها از نظر بیان کلیه ژنها به غیر از ژنهای ‮‭HSP۱۷.۸‬ و ‮‭HvTIP۲;۳‬ تفاوت معنیدار وجود دارد .اثرهای متقابل دو جانبه ژنوتیپ‌تنش برای کلیه ژنها و شوری‌زمان نمونهبرداری برای کلیه ژنها به جز ژن ‮‭HvNIP۲;۱‬ معنیدار بود .اثر متقابل سه جانبه شوری‌ژنوتیپ‌زمان نمونه-برداری به غیر از ژنهای ‮‭HvNIP۲;۱‬ و ‮‭HvTIP۲;۳‬ برای سایر ژنهای مورد مطالعه معنیدار به دست آمد .برای اغلب ژنهای مورد مطالعه، افزایش بیان با افزایش تحمل به شوری در ژنوتیپهای مورد مطالعه مرتبط بود .ژنهای مورد مطالعه تحت تیمار سطوح مختلف شوری، زمانهای نمونهبرداری و در ژنوتیپ-های مختلف پاسخ متفاوتی به تنش شوری نشان دادند

sampling time interaction was also significant for all the genes except HvNIP2;1and HvTIP2;3. For most of the studied genes, overexpression was associated with an increase in tolerance to salinity in the studied genotypes. The assessed genes responded differentially to different salinity levels, at different sampling time points, and different genotypes‌genotype‌sampling time interaction for all the genes except HvNIP2;1. Salinity‌stress interaction was significant for all the genes and salinity‌sampling time was significant for all the genes except HvNIP2;1 and HvTIP2;3. Analysis of variance based on gene expression differences between Clipper-Sahara3771, A-line-Clipper, and A-line-Sahara3771 revealed significant difference between the genotypes for all the studied genes except HSP17.8 and HvTIP2;3. Genotype‌genotype‌sampling time interactions were also significant for all the genes and the salinity‌genotype, genotype‌sampling time interaction for dry weight of seedling. Analysis of variance of gene expression differences between salinity treatments showed significant difference between genotypes for all the studied genes. Salinity‌genotype‌sampling time interaction for plant height, relative water content, number of leaves per plant, and number of tillers, and salinity‌sampling time interaction for fresh and dry weight of seedling, genotype‌salinity interaction for dry weight of seedling, salinity‌Soil salinity is one of the most considerable stresses in arid and semi-arid areas, affecting the plant growth and yield. The ability of plants to differential regulation gene expression and protein function forms the basis of their tolerance to stresses. DNA methylation is one of the mechanisms for regulating gene expression in response to environmental factors and various growth stages. To analyze the effect of salinity on the DNA methylation pattern and the expression of genes induced in barley shoots, the present research was designed and conducted as a two-year experiment. In the first year, the effect of salinity stress on some morphological and physiological traits as well as the DNA methylation pattern on shoot of barley cultivars Sahara3771 (salt tolerant) and Clipper (salt sensitive) as well as 20 doubled haploid lines deriving from their cross were evaluated under the 100 mM NaCl and the control at three time points of 24 hours, 3 weeks, and 5 weeks after imposing salinity. The experiment was carried out using a randomized complete block design with three replicates in a factorial manner. The measured traits were plant height, fresh and dry weight of the shoot, number of leaves per plants, number of tillers, amount of chlorophyll fluorescence, and concentration of sodium and potassium ions. Analysis of variance analysis and mean comparisons revealed that under salinity stress, fresh and dry weight of the seedling, number of leaves per plant, number of tillers, concentration of K+, and K+/Na+ were reduced, but Na+ was increased. For analysis DNA methylation pattern in the shoot of the barley cultivars Sahara3771 and Clipper under salinity stress and control, 10 random primers and the isoschizomers HpaII and MspI were used based on CRED-RA technique. Using 1- random primers, in total, 435 polymorphic fragments were amplified using genomic DNA digested by two enzymes. The primers 454 and 698 amplified highest and lowest fragments, respectively. In Sahara3771, 24 hours and in Clipper, 5 weeks after salt treatment, the number of hypermethylated sites under salinity was higher compared withthe other stages. The number of demethylated sites in shoots of salt tolerant cultivar Sahara3771, 24 hours and 3 weeks after salt treatment was higher than that of salt sensitive cultivar Clipper. However, 5 weeks after salt treatment, number of demethylated sites was same in two cultivars. In the second year, the experiment was conducted using a randomized complete block design with three replicates as a split-plot factorial design. The barley cultivars Sahara3771 and Clipper and salt tolerant advanced line were evaluated under 100 and 200 mM NaCl treatments and control and sampling was done 24 hours, 3 days, and 3 weeks after salt treatment. The measured traits were plant height, fresh and dry weight of seedling, tissue water content, number of leaves per plant, and number of tillers. In addition, expression pattern of 13 genes was assessed in the studied genotypes under salinity stress at three time points. The results revealed significant genotype

هامیان رومیانی، سمیرا

محمدی، سید ابوالقاسم، استاد راهنما

مقدم، محمد، استاد راهنما

بنده حق، علی، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی