عنوان

تجزیه پروتئوم گوجه فرنگی میکوریزی شده با دو گونه قارچ گلومرال تحت شرایط تنش سرب

‭۱۳۳۸۳پ‬

per

تجزیه پروتئوم گوجه فرنگی میکوریزی شده با دو گونه قارچ گلومرال تحت شرایط تنش سرب

/ستاره امانی فر

: کشاورزی

چاپی

دکتری

علوم خاک

‮‭۱۳۹۳/۰۵/۲۵‬

تبریز

در خاک‌صهای آلوده به فلزات سنگین کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی کاهش می‌صیابد و سیستم خاک دچار مخاطره می-گردد .قارچ‌صهای میکوریز آربوسکولار ( ‮‭AMF‬ ( قادر به تعدیل تنش‌صهای زنده و غیرزنده برای گیاه میزبان هستند و رشد، تغذیه و مقاومت گیاه به فلزات سنگین را تحت تأثیر قرار می‌صدهند .نقش حمایتی این قارچ‌صها از گیاه میزبان می‌صتواند در ارتباط با تغذیه بهتر گیاهان میکوریزی و یا کمپلکس شدن فلزات سنگین به‌صواسطه اندام‌صهای قارچی از طریق کمپلکس شدن با گرانول‌صهای پلی فسفات و گلیکوپروتئین‌صهایی مثل گلومالین باشد .اگرچه جنبه‌صهای مختلف فیزیولوژیک و مورفولوژیک سمیت فلزات سنگین در حضور همزیستی میکوریزی در گیاهان مطالعه شده است ولی هنوز سازوکارصهای مولکولی آن بطور کامل شناخته نشده است .در این مطالعه گیاه گوجه‌صفرنگی با دو گون‍ قارچ گلوموس اینترارادیسز ‮‭(Gi)‬ و گلوموس موسه(‮‭Gm)‬ ص‍ تلقیح و در گلدان‌صهای پلاستیکی با شن استریل کشت شدند و گیاهان شاهد غیرمیکوریزی تلقیح نشده، باقی ماندند .‮‭(NM)‬ چهار سطح سرب صفر،‮‭۵۰‬ ، ‮‭۱۰۰‬ و ‮‭۱۵۰‬ میلی‌صگرم سرب بر لیتر) به ترتیب‮‭Pb۰‬ ،‮‭Pb۱‬ ، ‮‭Pb۲‬ و ‮‭Pb۳)‬ از منبع نیترات سرب به همراه محلول غذایی‮‭ashton - Long‬اعمال شد .آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی و در سه تکرار انجام شد .با افزایش غلظت سرب، سطح برگ‌صها، کارایی فتوسیستم‮‭II‬ ، شاخص کلروفیل، درصد کلونیزاسیون ریشه-ها، غلظت و مقدار فسفر ریشه‌صها و بخش هوایی و محتوای آب بافت کاهش یافت .با افزایش غلظت و مقدار سرب ریشه‌صها و بخش هوایی افزایش یافت .فاکتور انتقال سرب بطور معنی‌صداری در گیاهان میکوریزی کمتر از گیاهان غیرمیکوریزی بود .قارچ ‮‭Gi‬ سبب بهبود پارامترهای رشدی گیاه نظیر سطح برگ، شاخص کلروفیل و فلورسانس کلروفیل در سطح ‮‭Pb۳‬ گردید .تلقیح با هر دو گونه قارچی سبب افزایش وزن تر و خشک گیاه، ارتفاع بوته، غلظت و مقدار فسفر در گیاه میزبان تحت تنش سرب شد .تجزیه پروتئوم ریشه گوجه‌صفرنگی با تکنیک الکتروفورز دوبعدی در شرایط تیمار سرب) صفر و ‮‭۱۵۰‬ میلی‌صگرم بر لیتر (و قارچ) شاهد غیرمیکوریزی و میکوریزی شده با قارچ‮‭Gm)‬ ، منجر به شناسایی ‮‭۱۹۳‬ لکه پروتئینی بطور یکنواخت در تمام ژل‌صها شد .از بین این پروتئین‌صها ‮‭۸‬ لکه به طور معنی‌صداری از تیمار قارچ ‮‭Gm‬ متاثر شدند که یک لکه کاهش بیان و هفت لکه افزایش بیان داشت .در مقایسه گیاهان میکوریزی در شرایط حضور و عدم حضور سرب هفت لکه بیان متفاوتی داشتند .پنج لکه در گیاهان میکوریزی شده در حضور سرب افزایش بیان و دو لکه کاهش بیان نشان دادند .در مقایسه گیاهان تحت تنش سرب در حالت میکوریزی و غیرمیکوریزی هشت لکه بیان متفاوتی نشان دادند که هر هشت لکه در تیمار گیاهان میکوریزی شده و تنش سرب افزایش بیان به همراه داشتند .در مقایسه گیاهان غیرمیکوریزی تحت تنش سرب با گیاهان شاهد) بدون سرب ‮‭۱۵‬ (لکه بیان متفاوتی را نشان دادند که از بین این تعداد ‮‭۱۲‬ لکه افزایش و سه لکه کاهش بیان داشتند .طبقه‌صبندی پروتئین‌صهای شناسایی شده با کمک داده‌صپایگاه‌صهای پروتئینی) بر اساس وزن مولکولی و نقطه ایزوالکتریک(، آنها را در گروه‌صهای عملکردی متابولیسم کربن و انرژی، تنش اکسیداتیو و سمیت زدایی سلولی گیاه قرار داد .تجزیه پروتئوم ریشه‌ص‍ گوجه‌صفرنگی با تکنیک الکتروفورز دوبعدی در شرایط تیمار سرب) صفر و ‮‭۱۵۰‬ میلی‌صگرم بر لیتر (و قارچ) شاهد غیرمیکوریزی و میکوریزی شده با قارچ‮‭Gi)‬ ، منجر به شناسایی ‮‭۱۵۸‬ لکه پروتئینی بطور یکنواخت در تمام ژل‌صها شد .بیان نه لکه پروتئینی به طور معنی-داری از تیمار قارچ ‮‭Gi‬ متاثر شدند که شش لکه کاهش بیان و سه لکه افزایش بیان داشت .در مقایسه گیاهان میکوریزی شده با قارچ ‮‭Gi‬ در شرایط حضور و عدم حضور سرب ‮‭۲۶‬ لکه بیان متفاوتی داشتند .هشت لکه در گیاهان میکوریزی شده در حضور سرب افزایش بیان و ‮‭۱۸‬ لکه کاهش بیان نشان دادند .در مقایسه گیاهان تحت تنش سرب در حالت میکوریزی شده با قارچ ‮‭Gi‬ و غیرمیکوریزی ‮‭۱۱‬ لکه بیان متفاوتی نشان دادند که سه لکه در تیمار گیاهان میکوریزی و تنش سرب افزایش بیان و هشت لکه کاهش بیان به همراه داشتند .در مقایسه گیاهان غیرمیکوریزی تحت تنش سرب با گیاهان غیرمیکوریزی) بدون سرب ‮‭۳۰‬ (لکه بیان متفاوتی را نشان دادند که از بین این تعداد ‮‭۱۰‬ لکه افزایش و ‮‭۲۰‬ لکه کاهش بیان داشتند .پروتئین‌صهای با بیان متفاوت توسط طیف‌صسنجی جرمی‮‭TOF-Q-HPLC ESI- nano‬شناسایی شدند .در اثر تلقیح گوجه‌صفرنگی با قارچ ‮‭Gi‬تحت تنش سرب، بیان آنزیم‌صهای درگیر در پاسخ دفاعی گیاه به تنش فلز سنگین مانند پراکسیداز، پروتئین ‮‭BiP‬ و ‮‭SGT۱‬ در مقایسه با شاهد غیرمیکوریزی تحت تنش کاهش نشان دادند .سرب بطور عمده سبب کاهش بیان آنزیم‌صهای درگیر در مسیر گلیکولیز و چرخه تری‌صکربوکسیلیک اسید ‮‭(TCA)‬ مانند گلیسر آلدئید‮‭۳‬ -فسفات دهیدروژناز و مالات دهیدروژناز در گیاهان غیرمیکوریزی تحت تنش شد .تنش سرب موجب افزایش بیان آنزیم‌صهای درگیر در پاسخ دفاعی گیاه به تنش فلز سنگین شامل بیوسنتز اسید آمینه‌صها مثل گلوتامین سنتتاز، اکتین و پروتئین شوک حرارتی در گیاهان غیرمیکوریزی گردید .تغییر در بیان پروتئین‌صهایی همچون‮‭۳- ۱۴‬- ‮‭۳‬ها در گیاهان میکوریزی در حضور یا عدم حضور سرب احتمالا نشان از این دارد که قارچ از طریق تنظیم پتانسیل الکتریکی غشاها یا تنظیم اکسین و یا القا مسیرهای متابولیکی گیاه میزبان را هرچه بیشتر برای مواجهه با تنش‌صهای زنده و غیرزنده از یک طرف و استقرار قارچ در ریشه‌صها از طرف دیگر، مهیا می‌صکند

In heavy metal polluted soils the quantity and quality of agricultural products tend to decrease and soil system is expected to be at risk. Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are well known as modulating the biotic and abiotic stresses effects in plants. There are evidences that indicate the establishment of arbuscular mycorrhizal symbiosis in plant roots, affects its growth, nutrition and tolerance to heavy metals in these soils. The protective role of AM fungi in alleviating heavy metals (HMs) stresses could be as a result of improved mineral nutrition and/or HMs sequestration in mycorrhizal hyphae through polyphosphate granules or glycoproteins such as glomalin. While many physiological and morphological aspects of heavy metals toxic effects on plant species have been studied in presence of AM fungi, but molecular mechanisms are has yet to emerge. In this study tomato plants were inoculated either with Glomus intraradices (Gi) or Glomus mosseae (Gm) in plastic pots containing sterile sand. Control plants were left un-inoculated as non-mycorrhizal controls (NM). Four levels of Pb2+, including 0, 50, 100 and 150 mg L-1 (Pb0, Pb1, Pb2 and Pb3 , respectively) were used as Pb(NO3)2. Experiment was arranged in a factorial completely randomized design with combination of two factors, Pb levels and fungi with three replications. Increasing Pb2+ concentration decreased leaf area, efficiency of photosystem II, chlorophyll content, root colonization rate, shoot and root phosphorus content and concentrations and tissue water content. Also, increasing lead enhanced shoot and root lead contents and concentrations. Lead translocation factor was markedly declined in mycorrhizal plants. At Pb3 level, leaf area and chlorophyll index, efficiency of photosystem II were significantly (p<0.05) increased in Gi inoculated plants compared to the non-mycorrhizal controls. Moreover, the fresh and dry weights of shoot and root, plant height, phosphorus concentrations and contents of mycorrhizal plants were significantly (p<0.05) increased compared to the non-mycorrhizal controls. Proteome pattern of tomato root was analysed using 2-DE technique. A total of 193 clear protein spots were separated uniformly in all gels of root extracts in mycorrhizal plants with Gm fungus under lead stress (using tube gels). Gm, induced expression of 8 protein spots (7 up-regulated and 1 down-regulated). Lead treatment affected the expression of 15 spots (12 up-regulated and 3 down-regulated), while in the presence of Gm, 7 spots were modulated (5 up-regulated and 2 down-regulated). Gm, in presence of lead, up regulated 8 protein spots. The protein spots were identified according to their molecular weights and isoelectric points from proteins Databases. Identified proteins have essential role in energy and carbon metabolisms, oxidative stress and cellular detoxification. Also a total of 158 clear protein spots were separated uniformly in all gels of root extracts in mycorrhizal plants with Gi fungus under lead stress (using IPG gels). Gi inoculation induced expression of 9 protein spots (3 up-regulated and 6 down-regulated). Lead treatment in the presence of Gi affected the expression of 26 spots (8 up-regulated and 18 down-regulated), while in absence of Gi modulated 30 spots (10 up-regulated and 20 down-regulated). Also, Gi inoculation induced expression of 11 protein spots (3 up-regulated and 8 down-regulated) under lead stress. Differently expressed protein spots were identified by nano-HPLC ESI-Q-TOF mass spectrometry. Gi inoculation down regulated plant defense system enzymes such as peroxidase, BiP protein and SGT1 in comparison to NM plants under lead stress. Lead treatment decreased enzymes expression contributed to glycolysis and TCA including glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase and malate dehydrogenase and induced plant defense system enzymes including amino acid biosynthesis related enzymes such as glutamine synthetase, actin and heat shock proteins. Modulation of 14-3-3 proteins by Gi inoculation suggests that the Gi fungus roles in membrane electrochemical gradient and auxin regulation and primary metabolism induction toward host plant defense responses regulation to establish effective symbiosis and hence counteract stress conditions

امانی فر، ستاره

علی اصغرزاد، ناصر، استاد راهنما

تورچی، محمود، استاد راهنما

زارع، مهدی، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی