۲۱۷۴۴پ
per
تجزیه ترانسکریپتوم و شبکه‌ی ژنی پاسخ دهنده به تنش شوری در ریشه جو(.Hordeum vulgare L)
(.Analysis of transcriptome and salt- stress responding gene network in barley root (Hordeum vulgare L
/طاهره نریمانی
: کشاورزی
، ۱۳۹۸
، راشدی
۱۴۶ص
چاپی - الکترونیکی
دکتری
علوم خاک گرایش شیمی و حاصلخیزی خاک
۱۳۹۸/۰۶/۲۰
تبریز
تنش شوری یکی از مهم‌صترین تنش‌صهای محیطی است که منجر به کاهش رشد و عملکرد گیاهان زراعی می‌صشود .برای زنده ماندن در چنین شرایطی، گیاهان باید بتوانند به سرعت به تنش شوری پاسخ دهند .مطالعات مولکولی در گیاهان مختلف نشان می‌صدهد که این مکانیسم شامل شبکه‌صهای پیچیده‌صای از تنظیم بیان ژن است .یکی از غلات مهم زراعی که به عنوان گیاهی متحمل به شوری در بین خانواده گندمیان شناخته می‌صشود گیاه جو می‌صباشد .این مطالعه به منظور بررسی پاسخ چهار رقم جو) ریحان، یوسف، افضل و خاتم (به تنش شوری در سطوح صفر) کنترل(،۱۰۰ ، ۲۰۰ و ۳۰۰ میلی مولارNaCl ، به صورت آزمایش فاکتوریل و در قالب طرح کاملا تصادفی در سه تکرار در شرایط گلخانه‌صای با استفاده از محلول هوگلند انجام شد .صفات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی شامل وزن خشک وRWC ، رنگدانه-های فتوسنتزی) کلروفیلa ، کلروفیل b و کارتنوئید(، نسبت+/Na+K ، تنظیم کننده‌صهای اسمزی) قندهای محلول،گلایسین بتائین، پرولین(، پراکسید هیدروژن و آنزیم‌صهای آنتی اکسیدان) کاتالاز و پراکسیداز (در ریشه و اندام هوایی ارقام جو در شرایط غیر شور و شور مورد ارزیابی قرار گرفت .جهت تعیین روابط میان عملکرد و ویژگی‌صهای بیوشیمایی، همبستگی بین صفات و تجزیه علیت اجرا گردید .سپس مطالعه ترانسکریپتوم ریشه ارقام متحمل) افضل (و حساس) یوسف (در شرایط تنش شوری و بدون تنش صورت گرفت .برای این منظور RNA کل استخراج و با استفاده از پلت فرم ایلومینا توالی‌صیابی شد .جهت شناسایی ترانسکریپت‌صهای تغییر بیان یافته از پایپلاین Tuxedo استفاده گردید .نتایج مقایسه میانگین بین ترکیبات تیماری نشان داد که تنش شوری باعث کاهش وزن خشک، رنگدانه‌صهای فتوسنتزی، نسبت+/Na+K و افزایش قندهای محلول، گلایسین بتائین، پرولین،H۲O۲ ، کاتالاز و پراکسیداز در ریشه و اندام هوایی ارقام جو شد .تجزیه همبستگی نشان داد که پتاسیم اندام هوایی دارای بیشترین ضریب همبستگی مثبت و معنی‌صدار (r=۰.۸۶) با ماده خشک اندام هوایی بود .تجزیه رگرسیون گام به گام مشخص نمود که وزن خشک ریشه، کاتالاز ریشه و اندام هوایی، H۲O۲ اندام هوایی و+/Na+ K اندام هوایی در عملکرد سهیم بودند .نتایج تجزیه علیت نشان داد که وزن خشک ریشه،+/Na+ K اندام هوایی و کاتالاز اندام هوایی به لحاظ داشتن اثرات مستقیم مثبت و قابل توجه بر عملکرد ماده خشک اندام هوایی از اهمیت چشمگیری برخوردار هستند .نتایج توالی‌صیابی نشان داد که پس از تریمینگ اولیه خوانش‌صها، بالای ۲۰ میلیون خوانش (۹۲ درصد (برای تمامی نمونه‌صها باقی ماند و از این تعداد خوانش، حدود ۸۸ درصد با ژنوم جو هم ردیف شدند .نتایج آنالیزهای بیان ژن با <۵/۱Log FC و ۰۱/۰ =FDR نشان داد که پس از اعمال تنش شوری در ژنوتیپ افضل) متحمل ۲۹۵۳ (ژن و در ژنوتیپ یوسف) حساس ۱۵۵۲ (ژن به طور معنی‌صداری تغییر بیان یافتند .همچنین در مقایسه یوسف با افضل در شرایط کنترل ۲۳۶۰ ژن و در تنش شوری ۲۲۰۶ ژن به طور معنی‌صداری دارای تفاوت بیان بودند .آنالیزهای بیوانفورماتیکی نشان داد که ژن‌صهای تغییر بیان یافته در فرآیندهای مختلفی همچون فعالیت آنتی‌صپورتر و ترانسپورتر غشایی، آنتی اکسیدان، طیف وسیعی از آبشارهای کینازی و فسفاتازی، ترارسانی، متابولیک کربوهیدرات‌صها، اسیدهای آمینه و لیپیدها، فرآیندهای اتصال، پاسخ به هورمون‌صهای گیاهی، فعالیت کاتالیتیک و سازماندهی دیواره سلولی نقش دارند .در تجزیه شبکه ژنی مشاهده شد که ژن‌صهای کلیدی از جمله پروتئین‌صهای درگیر در ایجاد مقاومت اکتسابی سیستمیک، پروتئین‌صهای خانواده پراکسیداز، پروتئین کیناز وابسته به سایکلین، فسفاتیدیل اینوزیتول کیناز، پروتئین‌صهای حامل اکسین، مانوز ۶ فسفات ایزومراز، هلیکازها و فاکتورهای رونویسی در ایجاد تحمل به شوری نقش مهمی ایفا می‌صکنند .حجم زیاد اطلاعات به دست آمده در این تحقیق می‌صتواند به عنوان منبع اطلاعاتی ارزشمند در مطالعات آتی به منظور دستورزی‌صهای ژنتیکی گیاه جو و تولید ژنوتیپ متحمل به شوری استفاده گردد
Salinity stress is one of the most important environmental stresses that lead to a decrease in crop growth and yield. To survive in such conditions, plants must be able to respond quickly to salinity stress. Molecular studies in various plants have shown that this mechanism involves complex networks of gene expression regulation. Barley is one of the important crop known as the salt-tolerant plant of the wheat family. This study was conducted to investigate the response of four barley cultivars (Reyhan03, Yousef, Afzal and Khatam) to the salinity stress at 0 (control), 100, 200 and 300 mM NaCl levels as a factorial experiment, within the randomized complete designs in three replications in greenhouse settings by use of the Hoagland solution. The physiological and biochemical properties including dry weight and RWC, photosynthesis pigments (chlorophyll a, chlorophyll b and carotenoids), K+/Na+, osmotic adjustments (soluble sugars, glycine betaine, proline), hydrogen peroxide and antioxidants enzymes (catalase and peroxidase) in root and shoot of barley cultivars were evaluated in saline and non-saline conditions. To determine the relationship between the performance and the physiological and biochemical properties, the correlation between the properties and causality analysis was examined. Then, the root transcriptome of resistant (Afzal) and susceptible (Yousef) cultivars was investigated in salinity stress and non-stress conditions. For this purpose, total RNA was extracted and sequenced using the Illumina platform. The Tuxedo pipeline was used to identify the altered expression of transcripts. Results obtained from comparing the mean among the treatment combinations showed that the salinity stress reduced the dry weight, photosynthesis pigments, K+/Na+ ratio, and increased the soluble sugars, glycine betaine, proline, H2O2, catalase and peroxidase in the root and shoot of barley cultivars. Correlation analysis indicated the potassium in the shoot had the most positive and significant correlation coefficient (r= 0.86) with the dry material of shoot. The stepwise regression analysis showed that the root dry weight, catalase of root and shoot, H2O2 of shoot and K+/Na+ of shoot contributed to the performance. Causality analysis revealed that the root dry weight, K+/Na+ of shoot and catalase of shoot are highly important as they have direct positive and significant impacts on the performance of shoot dry material. Sequencing results showed that after initial trimming of the reads, more than 20 million reads (92 ) remained for all samples, of which 88 were aligned with the barley genome. The results of gene expression analysis with log FC > 1.5 and FDR = 0.01 showed that after applying salinity stress, the expression of 2953 and 1552 genes in Afzal and Yusef genotypes were significantly changed. Also, in comparison with Yusef and Afzal, there were significant differences in the expression of 2360 genes in control condition and 2206 genes in salinity stress. Bioinformatics analysis showed that altered genes expression in various processes such as membrane antiporter and transporter activity, an antioxidant, wide range of kinase and phosphatase cascades, internal signal transduction, metabolism of carbohydrates, amino acids, and lipids, binding processes, response to plant hormones, catalytic activity, and cell wall organization. Gene network analysis revealed that key genes, including proteins involved in systemic acquired resistance, peroxidase family proteins, cyclin-dependent protein kinase, phosphatidylinositol kinase, auxin-carrying proteins, mannose 6 phosphate isomerase, Helicases and transcription factors play an important role in salt tolerance. The large amount of information obtained in this study can be used as a valuable source of information in future studies for genetic manipulation of barley and production of salt-resistant genotype
(.Analysis of transcriptome and salt- stress responding gene network in barley root (Hordeum vulgare L
نریمانی، طاهره
Narimani, Tahereh
تورچی، محمود، استاد راهنما
تاری نژاد، علیرضا، استاد راهنما
محمدی، سید ابوالقاسم، استاد مشاور
محمدی، حمید، استاد مشاور
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
