۱۸۰۶۲پ
per
بررسی ریخت شناختی، تشریحی و مولکولی لیگنینی شدن در ریشه گیاه چمن شور (Aeluropus littoralis) تحت تنش شوری
/بهروز برزگر گلچینی
: علوم طبیعی
، ۱۳۹۶
، افشاری
چاپی
Salinity is one of the most important abiotic stresses that drastically influence plant life and performance specially through affecting the root structure and function. Genetic and enzymatic reactions, followed by root anatomical changes such as endodermis thickening are among the salinity adaptation mechanisms in the plants for preventing sodium ions flux into the roots. This study has been focused on the expression of PAL, LAC4 and PER64 genes and lignification-related enzymes in the root tissues as remarkable tolerance strategies against salinity stress in halophytes (Aeluropus littoralis). Plant materials for this study were cultured in a hydroponic system and grown in growth chamber with controlled environment and were fertigated with Hoagland nutrient solution. The experiments were set as completely randomized design with 3 replications at 3 levels including 0, 300 and 600 mM NaCl. The root samples were prepared as 1 cm segments from of the root tip, root middle segment and 1 cm of the root collar. The 10 m thick root cross-sections were prepared by a microtome and then were stained using Safranin O-Fast Green for lignification analysis. The cell wall LACCASE and PEROXIDASE as well as and cytosolic LACCASE and PEROXIDASE enzymatic activities were assayed by spectrophotometry-based methods and LAC4 and PER64 genes expression were analysis by Real-Time PCR. The results of the present study revealed that compared to control plants, the roots length were increased 18.5. at 3 days after treatment in plants treated with 300 mM NaCl compared to control plants, but were decreased 35. with stress enhancement up to 600 mM NaCl. The same change trends were observed in the roots of the plants treated with 300 and 600 mM NaCl at 6 and 9 days after salt treatment. The hairy roots length was decreased in root tips which in terms decrease water uptake and sodium ions influx. Root diameter was increased about 1.5 fold in the root middle segment at 3 days after salinity in plants treated with 600 mM NaCl compared to control plants. In the same treatment, the root diameter was increased by 42
دکتری
رشته زیست شناسی سلولی تکوینی گیاهی
۱۳۹۶/۰۸/۲۴
تبریز
شوری یکی از مهمترین تنش های غیرزیستی محسوب می‌شود که به ویژه با اثر روی ساختار و عملکرد ریشه، زندگی و عملکرد گیاه را تا حد زیادی متأثر می‌سازد .واکنش‌های ژنتیکی و آنزیمی و به دنبال آن تغییرات آناتومیکی ریشه مانند ضخیم شدن لایه آندودرم از جمله مکانیزم‌های تطبیقی گیاهان در برابر تنش شوری است تا مانع نفوذ یون‌هایNa به درون ریشه گردد .این پژوهش با تمرکز بر بیان ژن‌هایPAL ، LAC۴ و PER۶۴ و آنزیم‌های مرتبط با لیگنینی شدن بافت ریشه به عنوان یکی از استراتژی‌های بارز تحمل به شوری در گیاه چمن شور (Aeluropus littoralis) انجام شده است .مواد گیاهی مورد نیاز این پژوهش در سیستم کشت هیدروپونیک و در اتاقک رشد با شرایط کنترل شده پروش یافته و با محلول هوگلند تغذیه شدند .طرح آزمایشی مورد مطالعه بصورت کاملا تصادفی در ۳ تکرار در سطوح۰ ، ۳۰۰ و ۶۰۰ میلی مولار کلرید سدیم در نظر گرفته شد .نمونه های بافت ریشه به طول ۱ سانتی متر از سه ناحیه ریشه شامل فاصله ۱ سانتی‌متری نوک ریشه، بخش میانی ریشه و در فاصله ۱ سانتی‌متری از یقه ریشه تهیه شدند .نمونه‌های بافتی با ضخامت ۱۰ میکرومتر با استفاده از میکروتوم برش‌گیری و سپس جهت بررسی میزان لیگنینی شدن بافت‌ها رنگ آمیزی با سافرانینo- فست‌گرین صورت پذیرفت .فعالیت آنزیم‌های لاکاز دیواره‌ای و لاکاز سیتوزولی و پراکسیداز دیواره‌ای و پراکسیداز سیتوزولی با روش‌های مبتنی بر اسپکتروفتومتری و بیان ژن‌های متناظر شامل LAC۴ و PER۶۴ با استفاده از تکنیکTime PCR - Realمورد مطالعه قرار گرفتند .بر اساس نتایج تحقیق حاضر در تنش نمکی تا حد ۳۰۰ میلی‌مولار NaClو ۳ روز پس از تنش شوری، طول ریشه گیاهان حدود ۵/۱۸ نسبت به شاهد افزایش یافت، اما با افزایش تنش شوری تا ۶۰۰ میلی‌مولار طول ریشه بطور میانگین ۳۵ کاهش نشان داد .همین روند تغییرات در ۶ و ۹ روز بعد از اعمال تنش شوری در تیمار ۳۰۰و ۶۰۰ میلی‌مولار NaCl در ریشه گیاهان مشاهده شد .تحت تنش شوری، طول تارهای کشنده در نوک ریشه کاهش یافت که در نتیجه میزان جذب آب و به همراه آن جذب یون‌هایNa کاهش می‌یابد .قطر ریشه در میانه ریشه، سه روز بعد از اعمال تنش شوری و در تیمار ۶۰۰ میلی‌مولارNaCl ، نسبت به شاهد حدود ۵/۱ برابر افزایش داشت .در همین تیمار سه روز پس از تنش قطر نوک ریشه ۴۲ افزایش نسبت به شاهد نشان داد .در واقع حداکثر واکنش تطبیقی در این گیاه هالوفیت به صورت طویل شدن ریشه اتفاق افتاده و با تداوم شوری به وضعیت طبیعی خود باز می‌گردد .از طرف دیگر، افزایش قطر ریشه و ضخامت پارانشیم پوستی و به تبع آن افزایش فضای بین سلولی سبب جبران کمبود اکسیژن ناشی از شوری می‌شود .گیاه چمن شور با کاهش تعداد بافت‌های آوندی در نوک ریشه که بیشترین محل جذب آب و مواد معدنی است ورود یونNa ناشی از تنش شوری را محدود می‌کند .همچنین به منظور جبران کاهش پتانسیل آب، سطح مقطع متازایلم حجیم‌تر گشته تا آب بیشتری ذخیره شده و یا انتقال یابد .به عنوان یکی از مهمترین نتایج این تحقیق، افزایش معنی دار لیگنین دیواره سلولی پروتوزایلم در نوک ریشه گیاهان تحت تنش شوری اثبات شد .در واقع اولین بافتی که به عنوان سد دفاعی در برابر نفوذ یون Na به نوک ریشه ایفای نقش می‌کند، بافت پروتوزایلم است .همچنین با تداوم تنش شوری، افزایش ضخامت دیواره سلولی متازایلم، آندودرم و اگزودرم از طریق افزایش بیوسنتز و رسوبگذاری لیگنین دیده شد .علاوه بر این، لایه‌های درونی بافت پارانشیم پوستی و حتی پارانشیم مغزی نیز با افزایش شوری شدیدا لیگنینی شدند .بیان ژن‌هایPAL ، LAC۴ و PRE۶۴تحت تنش شوری افزایش یافت .بیشترین بیان ژن PAL و به دنبال آن فعالیت آنزیمPAL تحت تنش شوری در نواحی تمایز یافته تر ریشه نظیر میانه و بالای ریشه مشاهده شد .بیشترین بیان ژن LAC۴ با تداوم شوری در نوک ریشه دیده شد، اما بیشترین فعالیت آنزیم‌های لاکاز دیواره‌ای در نواحی تمایز یافته‌تر مشاهده گردید .بیشترین میزان بیان ژن PER۶۴ و به دنبال آن فعالیت آنزیم پراکسیداز دیواره‌ای در نوک ریشه مشاهده شد .تحت تنش شوری بیان ژن LAC۴ نسبت به بیان ژن PER۶۴ در ریشه گیاه چمن شور زودتر مشاهده شد .با وجود مشاهده نوسانات گوناگون در بیان ژن‌ها و آنزیم‌های مرتبط در نواحی مختلف ریشه و در زمان‌های متفاوت، به غیر از آنزیمPAL مابقی ژن‌هایLAC۴ ،PER۶۴ ، آنزیم‌های لاکاز دیواره‌ای، لاکاز سیتوزولی، پراکسیداز دیواره‌ای و پراکسیداز سیتوزولی با طولانی شدن مدت زمان شوری بیان و فعالیت خود را در نوک ریشه ادامه دادند .افزایش فعالیت آنزیم PAL در ابتدای فرآیند مسیر بیوسنتز لیگنین و به دنبال آن افزایش بیان و فعالیت آنزیم‌های LAC۴ و PER۶۴ به ترتیب سبب افزایش ضخامت دیواره پروتوزایلم و متازایلم و افزایش ضخامت دیواره آندودرم و اگزودرم ریشه تحت تنش شوری شده است که یک مکانیسم تطبیقی بارز در گیاه چمن شور محسوب می‌گردد
Salinity is one of the most important abiotic stresses that drastically influence plant life and performance specially through affecting the root structure and function. Genetic and enzymatic reactions, followed by root anatomical changes such as endodermis thickening are among the salinity adaptation mechanisms in the plants for preventing sodium ions flux into the roots. This study has been focused on the expression of PAL, LAC4 and PER64 genes and lignification-related enzymes in the root tissues as remarkable tolerance strategies against salinity stress in halophytes (Aeluropus littoralis). Plant materials for this study were cultured in a hydroponic system and grown in growth chamber with controlled environment and were fertigated with Hoagland nutrient solution. The experiments were set as completely randomized design with 3 replications at 3 levels including 0, 300 and 600 mM NaCl. The root samples were prepared as 1 cm segments from of the root tip, root middle segment and 1 cm of the root collar. The 10 m thick root cross-sections were prepared by a microtome and then were stained using Safranin O-Fast Green for lignification analysis. The cell wall LACCASE and PEROXIDASE as well as and cytosolic LACCASE and PEROXIDASE enzymatic activities were assayed by spectrophotometry-based methods and LAC4 and PER64 genes expression were analysis by Real-Time PCR. The results of the present study revealed that compared to control plants, the roots length were increased 18.5 at 3 days after treatment in plants treated with 300 mM NaCl compared to control plants, but were decreased 35 with stress enhancement up to 600 mM NaCl. The same change trends were observed in the roots of the plants treated with 300 and 600 mM NaCl at 6 and 9 days after salt treatment. The hairy roots length was decreased in root tips which in terms decrease water uptake and sodium ions influx. Root diameter was increased about 1.5 fold in the root middle segment at 3 days after salinity in plants treated with 600 mM NaCl compared to control plants. In the same treatment, the root diameter was increased by 42 in root tip 3 days after salinity. In fact, the most significant adaptive reaction of this halophyte occurs as root elongation, which returns to its natural status with continuation of salt treatment. On the other hand, the increase in root diameter and cortex parenchyma thickness followed by an increase in intercellular space compensates the lack of oxygen causes by salinity. Aeluropus littoralis limits sodium ions influx by reducing the number of vascular tissues at root tip that is the most common site of water and minerals uptake. Furthermore, to compensate the reduced water potential, the metaxylem area was increased to store or transfer more water. As one of the most outstanding results of this study, the significant increase in lignin content in the root tips protoxylem cell wall in the salt-treated plants was confirmed. In fact, protoxylem is the first tissue that acts as a defensive barrier against sodium ion flux to the root tips. Also, significant increases were observed in the thickness of the cell walls of metaxylam, endodermis and exodermis in the roots, which was a result of increased lignin biosynthesis and sedimentation in the cell walls with salinity continuation. In addition, the inner layers of cortical parenchyma and even pith parenchyma were severely lignified with salinity increase. The expression of PAL, LAC4 and PRE64 genes were increased under salt stress. The highest expression of PAL gene followed by PAL enzymatic activity was observed in more differentiated regions of the roots such as middle and uppermost segments under salinity. The highest expression of LAC4 gene was observed in the root tips with salinity continuation, but the highest activity of the cell wall LACCASE enzyme was observed in more differentiated regions. The highest rate of PER64 gene expression and subsequent activity of the cell wall PEROXIDASE enzyme was recorded in the root tips. The peak in LAC4 gene expression was observed earlier than that for PER64 expression under salt stress. Despite of various alternations in the expression of these genes and their relevant enzymes in different root zones and time courses, except PAL enzyme, all the LAC4, PER64, cell wall LACCASE enzyme, cytosolic LACCASE enzyme, cell wall PEROXIDASE enzyme and cytosolic PEROXIDASE enzyme maintained their activities at the root tip with salinity continuation. The increase in the activity of PAL enzyme at the beginning of lignin biosynthesis pathway followed by the increased expression of LAC4 and PER64 genes have resulted the increased thickness of proto-metaxylem and endo-exodermis cell walls under salinity stress, respectively, which is a remarkable adaptive mechanism in A. litt
بهروز برزگر گلچینی
موافقی،علی ر، استاد راهنما
دهستانی کلاگر،علی، استاد راهنما
مهربان جوبنی، پویان، استاد مشاور
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
