عنوان

اثر اکسید گرافن بر پروتئوم و ویژگی های موفولوژیکی سویا

پ۲۶۶۸۳

per

اثر اکسید گرافن بر پروتئوم و ویژگی های موفولوژیکی سویا

مریم حیدری

علوم طبیعی

۱۴۰۰

۱۰۶ص.

سی دی

دکتری

سلولی و تکوینی گیاهی

۱۴۰۰/۶/۳۰

اکسید گرافن یکی از مهمترین اعضای خانواده گرافن است که دارای کاربردهای زیادی در صنعت و پزشکی می¬باشد. به علت استفاده روز افزون از فناوری نانو، این امکان وجود دارد که ترکیبات مورد استفاده وارد محیط زیست شوند و مضراتی برای موجودات زنده و محیط زیست ایجاد کنند. در سالهای اخیر بررسی تاثیر نانو ساختار اکسید گرافن بر محصولات غذایی مورد توجه محققین قرارگرفته است. سویا یا لوبیای روغنی با نام علمی Glycine max L. گیاهی است که در اکثر نقاط دنیا مورد استفاده قرار می¬گیرد و اغلب به آن نبات معجزه آسا می¬گویند. در این پژوهش واریته¬ای از سویا به نام کوثر در 6 غلظت صفر، 100، 200، 400، 800 و 1600 میلی گرم در لیتر نانو ساختار اکسید گرافن در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار و در مرحله رویشی از نظر مولکولی و مورفولوژیکی مورد ارزیابی قرار گرفت. بررسی پاسخ گیاهان به تنش¬های محیطی در سطح پروتئوم از اهمیت خاصی برخوردار است و رهیافت مناسبی جهت بررسی تغییرات بیان پروتئین¬ها و سازوکارهای پاسخ دهنده به تنش¬های محیطی می¬باشد. در این مطالعه برای شناسایی مکانیسم پاسخ دهی سویا به اکسید گرافن، الگوی بیان پروتئین ریشه در دو سطح بدون اکسید گرافن و غلظتmg/l 400 اکسیدگرافن مورد بررسی قرار گرفت. استخراج پروتئین به روش TCA-acetone انجام شد و الکتروفورز دو بعدی در بعد اول به روشIEF و در بعد دوم به روش SDS-PAGE انجام پذیرفت. پس از انجام الکتروفورز، 120 لکه به صورت تکرار پذیر شناسایی شدند که از این تعداد 15 لکه پروتئینی با روش MALDI TOF/TOF شناسایی شدند. تیمار اکسید گرافن تغییرات قابل توجهی در پروفایل پروتئین سویا ایجاد کرد. افزایش قابل توجه برخی از آنزیم¬های آنتی اکسیدان از جمله پراکسیداز، الکل دهیدروژناز، آسکوربات پراکسیداز، گلوتاتیون ردوکتاز و کاهش بیان برخی پروتئین¬های مرتبط با متابولیسم کربوهیدرات و گلیکولیز، مشاهده شد. همچنین در بررسی آناتومیک ریشه سویا مشاهده شد که ورود اکسید گرافن از اپیدرم ریشه و از طریق مسیر آپوپلاستی صورت می¬گیرد و این ترکیب در برخی از نواحی ریشه انباشته می¬شود. همچنین در غلظت¬های 100، 200، 400 میلی گرم بر لیتر اکسید گرافن قطر دهانه¬ی ¬¬¬آوندی افزایش یافت و در غلظت¬های 800 و 1600 میلی گرم بر لیتر کاهش آن مشاهده شد. برای بررسی سمیت این ترکیب نیز اندازه¬¬گیری پارامترهای رشدی شامل وزن تر و خشک، طول ریشه، سنجش مقدار H2O2، سنجش فعالیت آنزیم¬های آنتی اکسیدان، فنل و فلاونوئید کل در غلظت¬های مطالعه شده نانو اکسید گرافن انجام شد. نتایج حاصل از آزمایشات بیوشیمیایی نشان دهنده تغییرات محسوسی در میانگین H2O2، SOD، POD، فنل و فلاونویید در غلظت¬های مختلف بود بطوریکه در غلظت¬های 800 و 1600 میلی گرم بر لیتر تغییرات محسوسی مشاهده شد. همچنین تاثیر غلظت¬های مختلف GO روی وزن تر و خشک، طول و حجم ریشه سویا نیز مشاهده شد. افزایش محتوای ترکیبات آنتی¬اکسیدانی به ایجاد مقاومت در سویا در مقابل تنش ناشی از نانوذرات اکسید گرافن کمک می¬کند.

Abstract Graphene oxide (GO), as one of the most prominent members of the Graphene family, has attracted ever-increasing interests because of many medical and industrial applications. Due to the increasing use of nanotechnology, it is potential that the compounds used enter the environment and cause harm to living organisms and the environment. In recent years, several studies have been conducted on the impact of GO nanostructures on food products. Soybeans or oily beans with the scientific name of Glycine max L., is used in most parts of the world and is often called the miracle crop. In this study, a variety of soybean called Kosar, in the vegetative stage, was applied to investigate the effect of 0, 100, 200, 400, 800, and 1600 mg/L of GO nanostructures on molecular and morphological aspects of the plant based on completely randomized design with three replications. The study of plant response to environmental stresses at the proteomic level is of particular importance and is a suitable approach to investigate the changes of protein expressions and the mechanisms responding to environmental stresses. In this study, to identify the mechanism of response of soybean plants to GO, the expression pattern of root proteins was investigated at two levels, without graphene oxide and a concentration of 400 mg/L of GO. Accordingly, protein extraction was done from GO treated soybean roots using TCAacetone method and 2-dimensional electrophoresis (2DE), in the first dimension, isoelectric focusing (IEF), and second dimension SDS-PAGE was performed. The proteomic analysis showed that GO treatment at the concentration of 400 mg/L caused significant changes in the abundance of soybean root proteins in comparison to the untreated plants. After electrophoresis, 120 spots were repeatedly identified, of which 15 protein spots were identified by MALDI TOF/TOF method. MALDI TOF/TOF method analysis revealed the up-regulation of the proteins involved in the redox regulation in plants. Graphene oxide treatment caused significant changes in soy protein profile. A significant increase in the expression of some antioxidant enzymes including peroxidase, alcohol dehydrogenase, ascorbate peroxidase, and glutathione reductase was observed. Also, decreased expression of some proteins related to carbohydrate metabolism and glycolysis also was identified. Anatomical studies of soybean root showed the entrance of GO from the root epidermis through the apoplastic pathway and their accumulation in the different parts of the root. It was evident that the vessel diameter increased at the concentrations of 100, 200, and 400 mg/L of GO but decreased at the concentrations of 800 and 1600 mg/l of GO. To evaluate the toxicity of this compound, growth parameters including fresh and dry weight, root height, H2O2 content, antioxidant enzymes, phenol and total flavonoids were measured at the different concentrations of graphene nano oxide. The results of biochemical analysis showed the significant changes in H2O2, SOD, POD, phenol and flavonoids at different concentrations. Noteworthy changes were observed in the plants treated with 800 and 1600 mg/L of GO. The effect of different concentrations of GO on fresh and dry weight, as well as height and volume of soybean root was also noticed. According to the results, increase in the amount of antioxidant compounds caused stress response and tolerance of soybean to the nanoparticles. The results showed that increase in the content of antioxidant compounds caused soybean tolerance to the stress caused by nanoparticles.

The effects of graphene oxide nanostructure on Proteom and Morphological characteristics of Soybean

‏حیدری،

‏مریم

تهيه کننده

‏‏فرساد اختر،

تورچی،

‏محجل کاظمی ،

مهنا،

‏نادر

‏محمود

‏الهام

‏ناصر

استاد راهنما

استاد راهنما

استاد مشاور

استاد مشاور

تبریز