عنوان

تجزیه پروتئوم ژنوتیپ های کلزا در شرایط تنش خشکی

‭۲۶۷پ‬

per

تجزیه پروتئوم ژنوتیپ های کلزا در شرایط تنش خشکی

/مجید نوروزی

: کشاورزی

‮‭۱۸۱‬ ص‬

جدول، نمودار، عکس

چاپی

واژه نامه بصورت زیرنویس

کتابنامه ص.: ‮‭۱۶۵-۱۸۱‬

دکتری

مهندسی کشاورزی- اصلاح نباتات، ژنتیک بیومتری

‮‭۱۳۸۷/۰۴/۳۱‬

تبریز

خشکی یکی از مهمترین عوامل محیطی محدود کننده رشد و عملکرد گیاهان زراعی است .کلزا در مناطق نیمه‌خشک معمولا طی مرحله گلدهی با تنش خشکی مواجه شده و عملکرد ژنوتیپ‌های حساس آن بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد .هدف این پژوهش شناسایی ژنوتیپ‌های مقاوم و حساس کلزا به تنش خشکی و بررسی تغییرات پروتئوم آنها در پاسخ به تنش خشکی بود .برای این منظور تعداد ‮‭۱۴‬ ژنوتیپ کلزای پاییزه از نظر صفات مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و زراعی طی دو آزمایش مزرعه‌ای و گلخانه‌ای در شرایط تنش کمبود آب مورد ارزیابی قرار گرفتند .بر اساس نتایج حاصل از آزمایش‌های مزرعه‌ای و گلخانه‌ای، ژنوتیپ‌های ‮‭Orient‬ و ‮‭Okapi‬ بعنوان متحمل و ‮‭Fornax‬ و ‮‭Dexter‬ بعنوان حساس به تنش خشکی شناخته شدند .به منظور بررسی اثر تنش خشکی بر الگوی بیان پروتئوم ریشه کلزا، طی آزمایش‌های تکمیلی دو ژنوتیپ ‮‭Orient‬ و ‮‭Fornax‬ بترتیب بعنوان متحمل‌ترین و حساس‌ترین ژنوتیپ‌ها انتخاب و استخراج پروتئین ریشه آنها در دو شرایط عادی و تنش کمبود آب انجام شد .تجزیه الگوی پروتئوم ژل‌های الکتروفورز دوبعدی نشان داد که از بین حدود ‮‭۸۰۰‬لکه پروتئینی قابل تشخیص، رنگ‌آمیزی شده با نیترات نقره، ‮‭۷۴‬ لکه پروتئینی تغییرات معنی‌داری از نظر آماری و عامل القا در شرایط عادی و تنش خشکی نشان دادند که از این تعداد، ‮‭۴۰‬ پروتئین با استفاده از روش اسپکتروفتومتری جرمی‮‭TOF -TOF- MALDI‬و جستجو در بانک‌های اطلاعاتی پروتئین مورد شناسایی قرار گرفت .نتایج نشان داد که تعداد پروتئین‌های پاسخ‌دهنده به تنش خشکی در ژنوتیپ ‮‭Orient‬ نسبت به ‮‭Fornax‬ بیشتر است .افزایش بیان معنی‌دار و بالای برخی از پروتئین‌های شناسایی شده مانند سوپراکسید دیسموتاز، آسکوربات پراکسیداز، پراکسی‌ردوکسین و تیوردوکسین در ژنوتیپ ‮‭Orient‬ نسبت به ‮‭Fornax‬ بیانگر توانایی بالاتر این ژنوتیپ در کاهش اثرات تخریبی تنش‌های اکسیداتیو و مقابله با آنها است .دو ایزومر از پروتئین فریتین در هر دو ژنوتیپ افزایش بیان معنی‌داری داشتند که بیانگر نقش تثبیت اتم‌های آهن در کاهش غیر مستقیم اثرات تنش است .افزایش بیان معنی‌دار پروتئین ‮‭ATPase‬ غشای واکوئلی و یکی از زیرواحدهای آن در ژنوتیپ مقاوم مشاهده شد و این افزایش بیان به توان تنظیم اسمزی بالای ژنوتیپ ‮‭Orient‬ ربط داده شد .پروتئین ‮‭TCTP‬فقط در ژنوتیپ متحمل ‮‭Orient‬ و تحت شرایط تنش خشکی تظاهر یافت .به نظر می‌رسد که نقش مهم این پروتئین در تداوم چرخه سلولی یکی از عوامل موثر در تداوم رشد و مقاومت بالاتر ژنوتیپ ‮‭Orient‬ در شرایط کمبود آب باشد .کاهش بیان معنی‌دار پروتئین‮‭methyltransferase -CoA O- Caffeoyl‬در ژنوتیپ مقاوم ‮‭Orient‬ و درنتیجه احتمال کاهش تولید لیگنین در سلول‌های ریشه را می‌توان راهکاری برای تداوم رشد ریشه و جذب مقادیر بیشتر آب از منطقه وسیع‌تر خاک دانست .علاوه بر پروتئین‌های مذکور، تغییر بیان معنی‌دار پروتئین‌های دیگری که در فرایندهای مختلف سلولی مانند محافظت سلول از تنش گرمایی، یوبی‌کوئیتینه شدن، چرخه کالوین، تنفس سلولی، کاهش فعالیت پروتئازها، تنفس نوری و متابولیسم انرژی در میتوکندری نقش دارند، مشاهده شد .شناسایی و بررسی بیان ژن‌های رمز کننده این پروتئین‌ها چشم‌انداز خوبی برای اصلاح مولکولی کلزا جهت ایجاد مقاومت به تنش خشکی است.

Drought is one of the most important environmental factors limiting the growth and productivity of field crops. Rapeseed (Brassica napus L.) cultivated in semiarid area usually face water deficit during the flowering stage which reduces the grain production dramatically in susceptible genotypes. The aim of this study was evaluating and selecting of susceptible and tolerant rapeseed genotypes to drought stress and investigation of root proteome pattern changes under drought stress. For this purpose fourteen rapeseed genotypes were evaluated with respect to the morphological, physiological, biochemical and agronomical traits associated with drought tolerance under field and greenhouse conditions. Based on these experiments, Okapi and Orient genotypes were determined as tolerant, and Fornax and Dexter as sensitive genotypes. By conducting a complementary experiment, indicated Orient and Fornax genotypes were determined, as the most tolerant and susceptible genotypes respectively. Total proteins were extracted from the roots of these genotypes under control and water deficit conditions for proteome analysis. Among approximately 800 protein spots visualized on silver nitrate stained two-dimentional polyacrylamide geles, the expression of 74 proteins were changed underwater deficit condition. Forty proteins were identified using MALDI-TOF-TOF mass spectrometry in conjunction with the protein databases. Results revealed that number of responsive proteins to water deficit in Orient was more than Fornax. Up-regulation of proteins such as superoxide dismutase, ascorbate peroxidase, peroxiredoxin and thioredoxin in Orient compare to Fornax, indicate its high potential in reduction of oxidative stress damages. The expression of two isomers of Ferritin increased in both Orient and Fornax genotypes under water deficit condition. Ferritin play an important role to protect cells from oxidative damage by iron sequestration. Up-regulation of vacuolar membrane ATPase and one of its components were observed in drought tolerant genotype under water deficit condition. It can be related to high osmotic adjustment performance in Orient. Translationally-controlled tumor protein (TCTP) homolog only present in Orient under water deficit condition. Considering the important role of TCTP in cell-cycle progressing it may be one of the key factors in tolerance of Orient and its suitable growth under water deficit. Down-regulation of Caffeoyl-CoA O-methyltransferase protein, may reduce lignin synthesis in root cells. Therefore it may cause more cell division and root growth to access soil water around the roots. In addition to above mentioned proteins, different expression level of some proteins were observed under water deficit. These proteins involve in many cellular processes such as cell protection from heat stress, ubiquitination, Calvin cycle, cell respiration, protease activity inhibition, photorespiration and energy metabolism in mitochondria. Identification and expression investigation of encoding genes of these proteins would be a next challenge in molecular breeding of rapeseed subjected to Drought stress.

Brassica napus L.

Water deficit stress

Morpho-physiological traits

Proteomics

Two-dimensional electrophoresis

نوروزی، مجید

تورچی، محمود، استاد راهنما

حسینی سالکده، قاسم، استاد راهنمای همکار

محمدی، ابوالقاسم، استاد مشاور

نیشابوری، محمدرضا، استاد مشاور همکار

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی