اصل مقاله (484 K)

همکارانزاده و زینب سهرابی

153

گیاهی تولید هاي پژوهش نشریه

1393 ،سوم شماره ، و یکمبیست جلدhttp://jopp.gau.ac.ir

)HKT(یابی ژن شناسایی روابط فیلوژنتیکی گندم زراعی و اجداد آن براساس توالی

2مهرابی و علی اشرف2آرش فاضلی*، 1زاده زینب سهرابی

گروه زراعت و اصالح نباتات، دانشگاه ایالماستادیار 2، تات، دانشگاه ایالمگروه زراعت و اصالح نبا ارشد دانشجوي کارشناسی1 21/4/93: ؛ تاریخ پذیرش7/2/93: تاریخ دریافت

1چکیدهها تن نمک که ساالنه میلیون طوري باشد، به شوري یکی از مشکالت مهم در اراضی کشاورزي دنیا می

ترین گیاه زراعی دنیا است که غذاي م اولین و مهمگند. شود هاي زراعی می از طریق آبیاري وارد خاكیابی امکان چون توالی هاي نوین ژنتیکی هم روش. کند اصلی بیش از یک سوم مردم جهان را تأمین می

گروه HKTهاي ژن. را فراهم نموده استRNA و DNAارزیابی دقیق و سریع مواد ژنتیکی در سطح HKTمنظور شناسایی تنوع آللی ژن بهبنابراین باشند، یم و پتاسیم میهاي سد ها در انتقال یون مهمی از ژن

2-3 در مرحله هاي پالستیکی کشت شدند و بذور در گلدان. استفاده شدهاي زراعی و وحشی گندم از گونه یک جفت آغازگر اختصاصی باPCR. استخراج گردید) 1990( به روش دویل و همکاران DNA ،برگی

هاي مورد نتایج، تنوع نوکلئوتیدي بین گونه. یابی شدند سازي و توالی خالص PCRتکثیر و محصوالتنشان داد که گونه آژیلوپس DNA یابی توالی نتایج. را نشان دادNCBIبررسی و گندم نان موجود در

آژیلوپس کوداتا و آژیلوپس هاي گندم وحشی ترین شباهت و نمونه بیش درصد،9/98اسپلتوئیدس با که دادند، در حالینشان NCBIترین شباهت را در مقایسه با گندم نان درصد کم9/93نسیالیس با تریا

هاي فیلوژنتیکی درخت. نشان دادNCBIترین شباهت را با توالی درصد، کم5/36هوردئوم اسپونتانئوم تنها هاي روشهمچنین. یید نمودأباال را ت نتایج،ترسیم شدند UPGMAبا روش DNAاساس توالی که بر

اند که و گندم نان در یک زیرگروه قرار گرفتهآژیلوپس اسپلتوئیدس دهد که نشان میDNAفیلوژنتیکی .به واسطه الحاق وارد گندم نان شده استآژیلوپس اسپلتوئیدس از HKT دهنده این است که ژن نشان

توالی، خویشاوندان وحشی، آنالیزHKT شوري، گندم، ژن : کلیديهاي واژه

[email protected]: مسئول مکاتبه*

1393) 3(، شماره )21(هاي تولید گیاهی نشریه پژوهش

154

مقدمهخشک است نیمه خصوص در مناطق خشک و هکننده کشاورزي، بشوري خاك عامل اصلی محدود

هاي ها تن نمک از طریق آب آبیاري وارد خاك که ساالنه میلیون طوري به) 2011جیمز و همکاران، (کتار از میلیون ه400- 900اساس برآوردها، در حدود بر. )2011همکاران، حسیبی و (شود زراعی می

25 و میزان اراضی شور در ایران)2004قوامی وهمکاران، (اراضی دنیا با مشکل شوري مواجه هستند حسیبی و (دلیل مدیریت ضعیف آبیاري، این سطح رو به افزایش است میلیون هکتار است که به

لکرد زنده از جمله تنش شوري عمهاي غیر نشان داده است که تنشها پژوهش. )2011همکاران، تنش ).2012رهایی و همکاران، (دهند درصد کاهش می80 درصد و در گندم تا 50گیاهان زراعی را

که باعث طوري ثیرات نامطلوبی دارد بهأهاي مختلف گیاه ت روي بخششوري در مراحل مختلف رشد شک، ، کاهش تولید ماده خ)1988همکاران، راوسون و (کاهش کیفیت و کمیت دانه گیاهان زراعی

همچنین، تنش شوري شاخص سطح . گردد می )2007 ،امامتدین و (سطح برگ و نسبت ساقه به ریشه )1989، پوس ماس و (دهد برگ، تولید پنجه، ارتفاع بوته، رشد سنبله و عملکرد گندم نان را کاهش می

سیل عملکرد را ، پتانهاي بارور و کاهش تعداد دانه ها، تنش شوري با کاهش تعداد پنجه بر این عالوهمحیط دلیل کاهش پتانسیل اسمزي در شوري، به. )2005همکاران، هنداوي و- ال (دهد کاهش می

ریشه و تأثیر بر تعادل آبی گیاه و کاهش فشار آماس، در مراحل مختلف رشدي گندم اثرات مخربی ).2006مونس و همکاران، (دارد

ت که غذاي اصلی بیش از یک سوم مردم جهان ترین گیاه زراعی دنیا اس گندم اولین غله و مهم یکی از زیاداحتمالبه گندم . )2008 ارزانی،(کند است و یک پنجم کالري مورد نیاز بشر را تأمین می

شمار ترین گیاه زراعی به وسیله انسان زراعت شده و به همین دلیل مهم اولین گیاهانی است که بهمحدودیت منابع تولید و اهمیت بارز گندم در تغذیه انسان که با توجه به . )2007خدابنده، (آید می

کند، شناسایی ارقام متحمل به شوري ضروري همه ساله تقاضاي جهانی براي تولید آن افزایش پیدا می .)2011همکاران، زادوریان و(است

ي ووساز سوختده و هماهنگ در سطوح سلولی، هاي پیچی تحمل گیاهان به شوري شامل واکنشناقل پتاسیم با ( HKT خانواده. هاي مختلف گیاهی متفاوت است حتی کل گیاه است که در گونه

بابگهري مانیز (باشند هاي سدیم و پتاسیم می هاي درگیر در انتقال یون گروه مهمی از ژن1)ایی باالکاره و ساقه ریشه هر دو یون سدیم و پتاسیم را از محیط ریش پوست درHKT ژن ).2011، همکاران و

1- High Affinity Potassium Transporter


155

هاي کند، این ژن همچنین در آوند چوبی یون سدیم را به سلول هاي پارانشیمی می وارد سلولاساس اولین حلقه بر"یک و دو"در دو گروه HKTهاي ژن. )2010پاردو، (دهد پارانشیمی انتقال میهاي سدیم و گروه دوم گیرند که گروه اول با داشتن اسید آمینه سرین در انتقال یون اسید آمینه قرار می

بابگهري و زمانی(هاي پتاسیم نقش دارند تر در انتقال یون با اسید آمینه گلیسین به احتمال بیش را فعال 3SOSافزایش سدیم داخل سلول، کلسیم سیتوزولی متصل به پروتئین . )2011همکاران،

سازي نتیجه فعال کردن و دریک کمپلکس فعال که باعث فسفریله 2SOS فعال شده با 3SOS نموده کهژن . )2005همکاران، چینوسامی و (دهد شود را تشکیل می میHKT و 1SOSهایی از جمله پروتئینHKT1برايهاي هوایی گیاه در بازیافت سدیم از آوند چوبی و انتقال آن به شیره آوند آبکش در اندام

.)2008، تستر مونس و( کند انتقال آن به ریشه و خروج آن از گیاه نقش ایفا میماسر و . این گروه ژنی در گیاهان مختلف انجام شده استهاي زیادي در مورد اثرهاي پژوهش

هاي ملکولی جذب پتاسیم و سدیم در گیاهان نتیجه گرفتند فرایند روي پژوهشبا ) 2002( همکارانود یون پتاسیم در گندم گندم که حامل مشترك یون سدیم و پتاسیم است، با کمب در TaHKT1که بیان

تنها حامل یون سدیم است و آرابیدوپسیس درAtHKT1رسد نظر می که به شود، در حالی میو جو القادر گندم، HKTهاي نقشه ژنتیکی ژن) 2008( نگ و همکاراناهو. شود مستقل از غلظت پتاسیم بیان می

نقش HKTهاي نتیجه رسیدند که ژنبرنج و جو را در تحمل به یون سدیم مقایسه کردند و به این پژوهشی) 2008(هوري و همکاران . اي در انتقال سدیم در گیاهانی مانند برنج، گندم و جو دارند بالقوه

ها از تنش شوري انجام ها و محافظت برگ در انتقال سدیم در ریشه HKTبا عنوان عملکرد حامل ادل یون سدیم، مقاومت به شوري و رشد تحت در تع HKTهاي اند و نتیجه گرفتند که، حامل داده

از HKT نقش ناقل) 2010(سر و هوري وهای. دکنن شرایط کمبود یون پتاسیم نقش اساسی ایفا می و نشان دادند که انتقال یون در خروج یون سدیم بررسی نمودند را OsHKT1و AtHKT1جملهاي مثل هاي گیاهان دولپه برگو تحمل به شوري در م از آوند چوبی باعث حفظ گیاهان سدی

) 2001( هوري و همکاران. اي مانند برنج و گندم شده است لپه گیاهان زراعی تک آرابیدوپسیس ووسیله کمبود پتاسیمی در بهHKTهاي کالس دوم نشان دادند که سطح رونوشت چندین ژن از حامل

این ژن داراي سه اگزون mRNAژن و صورت تک بهHKT. دهد گندم، برنج و جو افزایش نشان می، اگزون دوم از 1- 1172 اگزون اول از کدونNCBIباشد که در پایگاه اطالعاتی و دو اینترون می

هاي داراي گونهکه ایران با توجه به این. باشد می1780-1981 و اگزون سوم از1296-1523 کدون هدف از این بنابراین. دهند را نشان میتنوع ژنتیکی بسیار باالیی مختلف گندم وحشی و زراعی بوده و


156

هاي مورد مطالعه بوده تا از در گندم HKTمطالعه شناسایی روابط فیلوژنتیکی و بررسی تنوع آللی ژن . هاي آینده اصالح براي تحمل به شوري در گندم استفاده نمود این نتایج بتوان در برنامه

ها مواد و روش

آزمایشگاه بیوتکنولوژي دانشکده کشاورزي دانشگاه ایالم انجام در 1391-92 در سال پژوهشاین مواد گیاهی از بانک ژن غالت و حبوبات غرب کشور واقع در دانشکده کشاورزي دانشگاه ایالم . شد

باشند که هاي زراعی و وحشی گندم و یک گونه وحشی جو می تهیه شدند که شامل برخی از گونه .ن شده استبیا) 1 جدول(ها در مشخصات آن

.شی مورد استفادههاي گندم زراعی و وح گونه-1جدول

ردیف )نمونه کد(

محل جمع آوري نوع ژنوم نام علمی

1 Aegilops tauschii spp strangulata DD روستاي رستم کال- جاده بهشهر نکا-مازندران وحشی

2 Aegilops umbellulata UU روستاي سرخه دیزه-آباد غرب مذهاب اسال جاده سرپل-کرمانشاه وحشی 3 Triticum boeoticum AA روستاي چغاسعید- جاده هرسین نورآباد-کرمانشاه وحشی 4 Aegilops crassa DD MM پشت تنگ دوستعلی(سفید روستاي ده- چشمه جاده نورآباد به هفت- لرستان وحشی( 5 Triticum urartu AA کیلومتر بعد از دهگالن15 - جاده قروه سنندج-کردستان وحشی 6 Aegilops triuncialis UU CC روستاي سرخه دیزه-آباد غرب ذهاب اسالم جاده سرپل-کرمانشاه وحشی 7 Triticum dicocoides AA BB دامنه کوه مانشت- جاده ایالم شباب-ایالم وحشی 8 Triticum aestivum AA BB

DD اورزي دانشگاه ایالم کلکسیون دانشکده کش-رقم سرداري زراعی

9 Aegilops caudata CC منطقه شوراب-باد اندیمشکآ جاده خرم-لرستان وحشی 10 Aegilops ovata UU MM کیلومتري بروجن105 - جاده میمند کلواري-بختیاري چهارمهال وحشی 11 Aegilops cylandrica CC DD روستاي کهریز- هرسین-کرمانشاه وحشی 12 Aegilops tauschii

spp tauschii DD سه کیلومتري جاده آستارا به تالش-گیالن وحشی 13 Aegilops speltoides BB بین روستاي هوار و بزمیرآباد-ذهاب سرپل-کرمانشاه وحشی 14 Triticum turgidum

spp durum AA BB کلکسیون دانشکده کشاورزي دانشگاه ایالم -رقم بومی بروجرد زراعی 15 Aegilops neglecta UU MM شهر خروجی دره-ایالم جاده دره شهر ایالم وحشی 16 Hordeum spontaneum HH مزرعه دانشگاه ایالم- بانگنجاب-ایالم وحشی


157

هفته از 2هاي کوچک کشت شده و پس از در مرحله نخست بذور ضدعفونی شده و در گلدان DNAکمیت کیفیت و. استخراج گردیدCTAB ژنومی به روش DNAها هاي جوان نمونه برگ

:با توالی زیرآغازگر اختصاصی یک جفت . یید شدأت درصد بررسی و8/0ژنومی روي ژل آگارز

Hkt-F 5׳TTATTCTTGTCAACTTCTGC3׳ Hkt-R 5׳CCATGTTCTCATTTGTGG3׳

1 با کد دسترسیNCBI گندم نان موجود در پایگاه اطالعاتی HKTاز روي توالی ژن DQ009003.1افزار وسیله نرم ، بهOLigo تکثیر بخشی از ژن براي HKT حجم نهایی . طراحی شد

2MgCl20 میکرولیتر، 5/2 میزان به PCR 10xبود که شامل بافر ) µL(لیتر میکروPCR 25هر واکنش از میکرولیتر، آغازگرهاي رفت و برگشت5/2میزان موالر به میلیdNTPs 1 میکرولیتر، 5/2موالر میلی

میکرولیتر، آب مقطر3/0به میزان Taq DNA polymerase میکرولیتر، آنزیم 5/0میزان کدام به هر با یک مرحله PCRواکنش . ژنومی بودDNA میکرولیتر 3 و میکرولیتر2/13میزان استریل به چرخه 35 دقیقه آغاز شد و پس از آن 2مدت بهگراد درجه سانتی94سازي اولیه در دماي واسرشت

درجه 72 دقیقه و 1مدت درجه به46 ثانیه، 45مدت درجه به94تکثیري شامل سه مرحله متوالی دقیقه در 5مدت درجه به72 دقیقه انجام شد که در ادامه، یک مرحله تکثیر نهایی در دماي 1مدت به

درصد 2/1ارز روي ژل آگ PCRنظر، محصوالت اطمینان از اندازه قطعه موردبراي. نظر گرفته شدسازي شدند و سپس محصوالت خالصBionner ابتدا توسط شرکت PCRمحصوالت . برده شدند

PCRهاي ژن ها با توالی این توالی. یابی شدند توالی توسط دو آغازگر اختصاصی در هر دو جهتHKT در پایگاه اطالعاتیNCBI افزارهاي هاي آماري از نرم تجزیه و تحلیلمنظور و بهشدهمقایسه

BLAST ،MegAlign ،Clastalw ،CLC Sequence Viewer6،MEGA5.2 استفاده شد.

و بحثنتایجقرار HKT مورد بررسی قرار گرفت در اگزون اول ژن مطالعهاین که در HKTبخشی از ژن

بود، ها تکثیر شده این بخش از ژن که توسط یک جفت آغازگر اختصاصی در تمامی نمونه. داشتدهنده کیفیت و اختصاصی بودن تکثیر نشان1 درصد برده شدند که نتایج شکل 2/1ژل آگارز روي

1- Accesion Number


158

رفت انتظار می بیوانفورماتیکهاي تجزیه و تحلیلکه براساس مطالعات و طوري باشد به ناحیه هدف میمی براي تماPCR جفت باز باشد که با نتایج محصوالت 520که اندازه ناحیه تکثیر شده در حدود

که مربوط به جو وحشی بوده اندازه 16هاي گندم زراعی و وحشی مطابقت دارد فقط نمونه شماره نمونهباشد در گندم می HKTتر از ژن د که بیشو جفت باز ب2058 اندازه این ژن در جو .دادتري را نشان بیش

یابی براي همه کیفیت توالی. دهنده همین موضوع است نشان) 16شماره (و اندازه قطعه تکثیر شده در جو .بود درصد 95تر از ها بیش نمونه

:هاي مورد بررسی و پرایمر اختصاصی در نمونهPCR از طریق HKT نتایج تکثیر ژن -1شکل M - نشانگر اندازه مولکولی bp 1000 ، 1اساس جدول هاي مورد مطالعه بر شماره نمونه16 تا 1شماره

.باشند می15 و 13، 10هاي شماره ترتیب تکرار نمونه به19و 18، 17هاي شمارهاست که

.NCBI همراه با گندم نان DNAهاي مورد بررسی در سطح هاي نمونه ها و تفاوت ماتریس شباهت-2شکل


159

.NCBIهاي مورد بررسی به همراه گندم نان براي نمونهDNA درخت فیلوژنتیکی در سطح -3شکل

ها دهد که نمونه نشان می) 3شکل (UPGMA با روش DNAوژنتیکی در سطح فیلتجزیهنتایج شوند که جو وحشی به تنهایی در گروه اول و دورتر از بقیه قرار گرفته است، به سه گروه تقسیم می

باشد، در این گونه آژیلوپس گروه می زیر6 در آن قرار دارد دارايNCBIگروه دوم که گندم نان اند و بعد از باشد که در یک زیر گروه قرار گرفته میNCBIترین گونه به گندم نان کاسپلتوئیدس نزدی

دهند، همچنین نشان میNCBIترین قرابت را با گندم نان هاي گندم نان و گندم دوروم بیش آن نمونهگروه سوم . باشد میNCBIدر این گروه گونه آژیلوپس اوواتا دورترین نمونه نسبت به گندم نان

هاي تریتیکوم اورارتو و آژیلوپس نگلکتا در یک زیرگروه قرار باشد، که گونه گروه میزیر 4شامل هاي گروه دوم این گروه قرار دارند و گونهنسیالیس و آژیلوپس کوداتا در زیردارند، آژیلوپس تریا

گروه سوم و چهارم در دو زیرترتیب آژیلوپس آمبلوالتا و آژیلوپس استرانگوالتا هر کدام جداگانه و به .اند قرار گرفته

تجزیه و : فیلوژنتیکیتجزیه و HKTهاي مورد بررسی از نظر ژن تعیین میزان شباهت نمونهدر DNAسطح ، درپژوهشهاي مورد بررسی در این هاي گونه ها و تفاوت تعیین شباهتتحلیل

انجام شد، نتایج در MegAlignافزار وسیله نرم که بهHKT از نظر ژن NCBIمقایسه با گندم نان


160

ترین شباهت را با گندم درصد بیش9/98 نشان داد که گونه آژیلوپس اسپلتوئیدس با DNAسطح با هاي وحشی گندم آژیلوپس کوداتا و آژیلوپس تریانسیالیس که در نمونه دارد در حالیNCBIنان

که هوردئوم د در حالیدارن NCBIترین شباهت را در مقایسه با گندم نان درصد کم9/93دارد، NCBIترین شباهت را در مقایسه با گندم نان درصد شباهت و کم5/36اسپونتانئوم تنها

مربوط به هوردئوم اسپونتانئوم است که در ناحیه NCBIترین تفاوت با گندم نان همچنین بیشکه گونه د در صورتیو جو وحشی وجود دار NCBI نوکلئوتید تفاوت بین گندم نان 117تکثیر شده

هاي دهد و از میان گونه درصد تفاوت را نشان می2/1ترین تفاوت و تنها آژیلوپس اسپلتوئیدس کم درصد 2/7ترین تفاوت مربوط به آژیلوپس کوداتا و آژیلوپس تریانسیالیس است که گندم بیش

وسیله پروتئین به وDNAهاي فیلوژنتیکی که در سطح درخت). 5شکل ( دهند تفاوت را نشان میگر همین نتایج ترسیم شد نیز بیانUPGMAبا روش CLC Sequence Viewer 6افزار نرمترین گونه به گندم دهند که آژیلوپس اسپلتوئیدس نزدیک این دو شکل نشان می). 4 شکل(باشد می

باشد میBم ژنوشامل که آژیلوپس اسپلتوئیدس است و با توجه به اینHKT ژن نظر ازNCBIنان ) AA BB DD( وارد ژنوم گندم نان1 به واسطه الحاقB به احتمال قوي این ژن از ژنوم بنابراین

همچنین نتایج . وجود داردBروي ژنوم HKT ژن زیاداحتمالبه دهد که شده است و نشان میانی دارد، خو هم BLASTافزار ها از طریق نرم ردیفی توالی هاي فیلوژنتیکی با نتایج هم درخت

NCBI درصد با گندم نان 99 گونه آژیلوپس اسپلتوئیدس BLASTافزار عنوان مثال از طریق نرم به . مطابقت داردMegAlignافزار دهد که با نتایج نرم در سطح نوکلئوتیدي مشابهت نشان می

استفاده باها از همه نمونه2توالی مورد توافق: هاي وحشی و زراعی گندم نمونه In silico تجزیه Nebcutterدست آمده در سایت به CLC Sequence Viewer 6افزار از نرم

)http://tools.neb.com/NEBcutter2/ (هاي برشی اختصاصی که توانایی وارد شده تا آنزیم نشان نتایج. است آورده شده2ها را دارند شناسایی شوند که نتایج آن در جدول تشخیص هاپلوتایپ

2تایج جدول ن. )4 شکل( هاي برشی متعددي توانایی برش در ناحیه تکثیر شد را دارند زیمآنداد که با و همچنینها را از هم تفکیک نمود نمونهتوان نوع آنزیم برشی می8کار بردن دهد که با به نشان می

1- Introgression 2- Consensus Sequence


161

کمک این آنزیم هاي مختلف به توان ناحیه تکثیر شده را در نمونه می Eco53kIاستفاده از آنزیم برشی هستند توسط این آنزیم برش 5׳GAGCTC…3…׳هایی که داراي جایگاه نمونهکه طوري بهبرش داد

،Ae. speltoides توان زیم میـفاده از این آنــ با است.دـنمای میbp17 و bp411خورده وتولید دو باند T. boeoticum ،T. dicocoides ،Ae. caudata ،Ae. triuncialis ،T. urartu، Ae.umbellulata ،Ae. neglecta و Ae. Strangulate تولید باندهاي چند نظر را برش داد وناحیه تکثیر شده مورد

ها در برش تمامی نمونهبرايتوان را می StuIهاي برشی همانند شکل نمود از طرفی برخی از آنزیمها در جایگاه به برش در تمامی نمونه استفاده نمود که این آنزیم قادر NCBIمقایسه با گندم نان

.نمایند میbp345 و bp83 بوده و تولید دو باند 5׳AGGCCT…3…׳

.HKTکننده روي توالی ژن هاي محدود جایگاه برشی آنزیم-4شکل


162

.هاي برشی در توالی مورد مطالعه معرفی آنزیم-2جدول نام آنزیم برشی

تعداد برش

طول قطعات دهگونه برش خور سایت برشی

Eco53kⅠ 1

5׳GAGCTC…3…׳

Ae. speltoides, T. boeoticum, T. dicocoides, Ae. caudata, Ae. triuncialis, T. urartu,

Ae. umbellulata, Ae. neglecta, Ae. strangulata

نوکلئوتیدي و 17 نوکلئوتیدي411

SacⅠ 1 ׳…GAGCTC…35׳

Ae. speltoides, T. boeoticum, T. dicocoides, Ae. caudata,

Ae. triuncialis, T. urartu Ae. umbellulata, Ae. neglecta,

Ae. strangulate


BanⅡ 1 ׳…GRGCYC…35׳

Ae. speltoides, T. boeoticum, T. dicocoides, Ae. caudata,

Ae. triuncialis, T. urartu Ae. umbellulata, Ae. neglecta,

Ae. strangulata


StuⅠ 1 ׳…AGGCCT…35׳ جز نمونه گندم نان هها ب تمام نمونه

NCBIدهد را برش می نوکلئوتیدي و 83

نوکلئوتیدي345

BfaⅠ 1 ׳…CTAG…35׳

Ae. speltoides, T. aestivum, T. aestivum(ncbi), Ae. caudata,

Ae. triuncialis, Ae. crassa, Ae. umbellulata, Ae. neglecta,

Ae. strangulata, T. urartu


EaeⅠ 1 ׳…YGGCCR…35׳ Ae. strangulata, T. urartu, T. aestivum, Ae. neglecta


MscⅠ 1 ׳…TGGCCA…35׳ Ae. strangulata, T. urartu, T. aestivum, Ae. neglecta


BseRⅠ 1 ׳…GAGGAG(N10)…35׳

Ae. speltoides, T. aestivum, T. aestivum(ncbi), Ae. caudata,

Ae. triuncialis, Ae. crassa, Ae. umbellulata, Ae. neglecta,

T. urartu, Ae. tauschii, Ae. cylandrica, Ae. ovata, T. durum



163

منبع مهمی هاي گندم هاي مختلف در گونه ژنوم: اثرات تنش شوري روي عملکرد و کیفیت گیاهاند وجو) AABBDD( که در گندم نان هگزاپلوئید Dژنوم . باشند براي تنش شوري میدر تغییرپذیري

است که نقش HKT1 جایگاه ژنی مهم شاملوجود ندارد ) AABB(دارد و در گندم دورم تتراپلوئید است T. monococcumمنبع دیگر . )2007همکاران، بیرت و( مهمی در تحمل به تنش شوري دارد

هاي بیوانفورماتیک تجزیه و تحلیل و نتایج). 2008وآنگ و همکاران، ه(باشد می A ژنومشاملکه NCBIترین گونه به گندم نان نزدیک) Bژنوم (آژیلوپس اسپلتوئیدس دهد که نشان می) 3شکل (

به گندم نان Bاز ژنوم HKT ژن به احتمال قويبنابراین ،اند باشد که در یک زیر گروه قرار گرفته می تجزیه و تحلیل د بایبنابراینخوانی ندارد، با نتایج قبلی گزارش شده هماین مطلب .منتقل شده استتواند منبع جدیدي براي ژن میB صورت پذیرد تا مشخص شود که آیا ژنوم HKTدر سطح کل ژن

HKT باشد. ژن تحمل به تنش شوري مرتبط است که در خانواده گندمیان با اختالف در HKTتنوع در ژن

HKT1 به واسطه تالقی ازT. monococcum و منجر به به گندم نان و دورم منتقل شد استگندم دوروم ). 2011همکاران، جیمز و(هاي تحت تنش شوري شد از برگ +Naتسهیل خروج یون

. دریافت نموده استB و سه تا از ژنوم A است که دو تا از ژنوم HKT1داراي پنج ژن شبیه ی توالنظر از درصدHKT 89گزارش نمودند که در گندم دورم دو ژن )2014 (عمار و همکاران بن

هاي مختلفی کنترل وسیله ژن هاي سدیم به دهنده این است که ناقل مشابه هستند که این مقدار نشان . شوند می

هاي متابولیتاسیدهاي آمینه که جز: ها ثر در تنش شوري و نقش آنؤنه مهاي آمیشناسایی اسیدتفاوتی در گیاه از هاي م ها هستند و در شرایط تنش نقش ساز پروتئین شوند پیش گیاهی محسوب می

هاي فتوسنتزي، محدودیت در جذب یون سدیم و افزایش تأخیر در پژمردگی، افزایش رنگدانه: جملهتفاوت بسیار زیادي در . )2012همکاران، هاشمی و(ها و جلوگیري از باز شدن روزنه K+/Na+نسبت

وجود NCBI با گندم نان در مقایسهپژوهشاین هاي مورد بررسی در در نمونهسطح اسیدهاي آمینه یک از این تغییرات در تنش شوري مورد بررسی قرار خواهد که در زیر نقش و عمل هرشتدا

.گرفت


164

اسید آمینه مورد به2اي سیلندریکا و تائوشی ه ، در نمونهNCBI هاي گندم نانآمینواسیدهاي محیطی اثرات تنشهاي خاص از افزایش غلظت برخی اسید آمینه. اند آسپاراژین تغییر نموده

ها تحت تنش اي که غلظت آن هاي آمینهاز جمله اسید. )2000همکاران، وینگلر و(شود محسوب میآالنین و توان به آسپاراژین، گلوتامین، پرولین، والین، ایزولوسین، فنیل یابد می شوري افزایش می با سنتز پروتئین آسپاراژین سنتتاز هاي مرتبط هاي غیرزنده ژن تحت شرایط تنش.گلیسین اشاره نمود

قرار . کند آسپاراژین سنتتاز را رمز می ASNژن . )2012همکاران، هاشمی و(دهد افزایش بیان نشان میشود که آنزیم آسپاراژین سنتتاز گرفتن در شرایط تنش موجب تجمع مواد آمونیومی در گیاهان می

، وانگ و )2009(ویدودو و همکاران . )2008اران، همک وآنگ وه(برد سمیت این مواد را از بین مین را تحت تنش شوري گزارش افزایش میزان آسپاراژی) 2005(و چائو و همکاران ) 2005(همکاران

.نمودند مورد و در 3هاي سیلندریکا و تائوشی، ، در نمونهNCBIهاي گندم نان آمینواسیدهمچنین،

نواسید پرولین نسیالیس، آمبوالتا و گندم ماکارونی یک مورد به آمیهاي کوداتا، اوواتا، نگلکتا، تریا نمونه ملکی و(شود مهم پاسخ به تنش شوري محسوب میدر گیاهان پرولین یک جز. تغییر یافته است

شود افزایش اسیدآمینه پرولین باعث حفظ فشار اسمزي و ادامه رشد سلول می. )2011همکاران، . )2011 ،همکاران حسیبی و(اکسیدانی دارد ش آنتیق نزیستیاهاي ولین در حفاظت از غشهمچنین پر

هاي آزاد اکسیژن، تنظیم پتانسیل اسمزي و پایداري سازي رادیکال پرولین در تنش شوري در پاكهاي غشا نقش دارد و در زمان بازیابی گیاه منبع نیتروژن، کروبوهیدارت و انرژي ساختمان پروتئین

عنوان تغییرات غلظت پرولین را به) 1993 (نیکوالس و همکاران. )2009ن، همکارا گماریان و(است افزایش پرولین در ریشه باعث تعادل اسمزي و تنطیم . شاخص تنش شوري و آبی معرفی کردند

. )2012همکاران، هاشمی و(کند شود و از ورود نمک از طریق ریشه به گیاه جلوگیري می اسمزي میکه زمانی. کنند حت تنش شوري یا خشکی بیش از حد معمول پرولین تولید میطور طبیعی ت گیاهان به

گیرد شود، سنتز پرولین صورت می گیاه سازوکاري براي مقابله با شوري ندارد و دچار تنش میو اشرف و ) 2009( ، ویدودو و همکاران)2010(کومار و همکاران . )2009همکاران، گماریان و(

.زنده را در بسیاري از گیاهان گزارش کردندهاي غیر م پرولین در شرایط تنشتجمع آرا) 2007(فوالد مورد، 5ندریکا، تائوشی و تریانسیالیس مورد، در سیل6، در کوداتا NCBIهاي گندم نان آمینواسید

د مور3 مورد، در اوواتا، نگلکتا، دیکوکویدس و بوئوتیکوم 4در آمبوالتا، اورارتو، استرانگوالتا و کراسا


165

هاي والین و ایزولوسین اسپلتوئیدس دو مورد به آمینواسیدهاي گندم نان، گندم ماکارونی و و در نمونه .اند تغییر یافتهوسیله پیروات به. کنند اي پیروات عمل می ذخیره شکلتنش والین و ایزولوسین همانندتحت

هاي والین و ه افزایش آمینواسیددر نتیجکند و شکستن گلوگز انرژي الزم براي حیات سلول فراهم می .)2011همکاران، هاشمی و(کند ایزولوسین در شرایط تنش انرژي الزم براي گیاه را فراهم می

هاي مورد و در نمونه3هاي سیلندریکا و تائوشی ، در نمونهNCBIهاي گندم نان آمینواسیدآالنین تغییر یافته رد به آمینواسید فنیلآمبلوالتا، نگلکتا، استرانگوالتا، تریانسیالیس و کوداتا یک مو

گزارش کردند ) 2004(و هم و همکاران ) 2010(، جانز و همکاران )2010(نیشیاما و همکاران . استآالنین آمونیالیاز تولید وسیله آنزیم فنیل آالنین مشتقات فنیل پروپانوئید مانند فالونوئیدها را به که فنیل

بنابراین . کنند هاي زنده و غیرزنده از گیاهان محافظت می رایط تنشکند که این ترکیبات در ش میهاي آالنین آمونیالیاز و بسیاري از ژن هاي غیرزنده احتمال بیان آنزیم فنیل آالنین تحت تنش افزایش فنیل

ي آالنین در گیاهان تحت تنش برا بنابراین افزایش فنیل. دهد درگیر در تولید فالونوئیدها را افزایش می .)2012همکاران، هاشمی و(ایجاد یک زمینه دفاعی ضرورت دارد

هاي هاي محیطی در بسیاري از گونه نشان دادند که در پاسخ به تنش) 2007(اشرف و همکاران یابد که در بهبود وضعیت گیاه ساز اسید آمینه گالیسین است تجمع می گیاهی گالیسین بتائین که پیش

دهد تأثیر قرار می گالیسین را تحتتولید گالیسین بتائین، تولید در شرایط تغییر. تحت تنش نقش دارد. )2012همکاران، هاشمی و(شود فت افزایش آن باعث افزایش سنتز گالیسین میرگنتیجه توان که می

هاي سیلندریکا، تائوشی، کوداتا، ، در نمونهNCBI براساس آمینواسیدهاي گندم نان پژوهشدر این با بنابراین. به گالیسین تغییر یافته استتریانسیالیس و آمبلوالتا دو مورد و در کراسا یک موردنگلکتا،

توجه به تغییرات آمینو اسیدي باالیی که در دو گونه آژیلوپس تائوشی و آژیلوپس سیلندریکا مشاهده اي مایشات گلخانهتوان نتیجه گرفت که این دو نمونه منبع خوبی براي مطالعات بعدي و آز شود می می

باشد تا از این طریق بتوان با تکیه بر نتایج ارزیابی در سطوح مختلف تنش شوري میبراياي مزرعه وها در گیاهی مقاومت به تنش شوري را شناسایی نموده و از آنژنوتیپی بهترین منبع فنوتیپی و

.ستفاده نمودهاي اصالح کالسیک یا مهندسی ژنتیک ا برنامه


166

عمناب1.Arzani, A. 2008. Breeding Field Crops. Isfahan University of Technology.

(In Persian) 2.Ashraf, M., and Foolad, M.R. 2007. Roles of glycine betaine and proline in

improving plant abiotic stress resistance. Environ. Exp. Bot. 59: 206-216. 3.Ben Amar, S., Brini, F., Sentenac, H., Masmoudi, K., and Very, A.A. 2014.

Functional characterization in Xenopus oocytes of Na+ transport systems from durum wheat reveals diversity among two HKT1;4 transporters. J. Exp. Bot. 65: 1. 213-222.

4.Byrt, C.S., Platten, J.D., Spielmeyer, W., James, R.A., Lagudah, E.S., Dennis, E.S., Tester, M., and Munns, R. 2007. HKT1;5-like cation transporters linked to Na+ exclusion loci in wheat, Nax2 and Kna1. Plant Physiol. 143: 1918-1928.

5.Chao, D.Y., Luo, Y.H., Shi, M., Luo, D., and Lin, H.X. 2005. Salt-responsive genes in rice revealed by cDNA microarray analysis, Cell Res. 15: 796-810.

6.Chinnusamy, V., Jagendorf, A., and Zhu, J. 2005. Understanding and improving salt tolerance in plants, Crop Sci. 45: 437-448.

7.El-Hendawy, S.E., Hu, Y., Yakout, G.M., Awad, A.M., Hafiz, S.E., and Schmidhalter, U. 2005. Evaluating salt tolerance of wheat genotypes using multiple parameters. Europ. J. Agron. 22: 243-253.

8.Ghavami, F., Malboobi, M.A., Ghannadha, M.R., Yazdi Samadi, B., Mozafari, J., and Jafar Aghaei, M. 2004. An evaluation of salt tolerance in Iranian wheat cultivars at germination and seedling stages. Iran. J. Agric. Sci. 35: 2. 453-464. (In Persian)

9.Gomarian, M., Malboobi, M.A., Darvish, F., Mohammadi, S.A., Razavi, K.H., Rahaie, M., and Alizadeh, H. 2009. Evaluation of inducible gene expression under long term salinity stress in two susceptible and tolerant cultivars of wheat. Modern Gen. J. 4: 27-40.

10.Hashemi, A., Nematzadeh, G.H., Hosseini Salekdeh, G.H., Hosseini, S.A., and Hajirezaei, M.R. 2012. Physiological and metabolic responses in rice under salt stress. Crop Biotech. 1: 2. 1-14.

11.Hasibi, P., Zandieh, L., Ghaeim Maghami, N., Rashidi Rezvan, N., Najafi, H., and Ghaem Maghami, F. 2011. Study of some physiological parameter in two wheat cultivars under NaCl and CaCl salinity. Crop Physiol. J. 2: 3-23.

12.Hauser, F., and Horie, T. 2010. A conserved primary salt tolerance mechanism mediated by HKT transporters: a mechanism for sodium exclusion and maintenance of high K+/Na+ ratio in leaves during salinity stress. Plant, Cell Environ. 33: 552-565.

13.Hemm, M.R., Rider, S.D., Ogas, J., Murry, D.J., and Chapple, C. 2004. Light induces phenylpropanoid metabolism in Arabidopsis roots. Plant J. 38: 765-778.

14.Horie, T., Sugawara, M., Okunou, K., Nakayama, H., Schroeder, J.I., Shinmyo, A., and Yoshida, K. 2008. Functions of HKT transporters in sodium transport in


167

roots and in protecting leaves from salinity stress. Plant Biotech. 25: 233-239. 15.Horie, T., Yoshida, K., Nakayama, H., Yamada, K., Oiki, S., and Shinmyo, A.

2001. Two types of HKT transporters with different properties of Na+ and K+ transport in Oryza sativa. Plant J. 27: 129-138.

16.Huang, S., Spielmeyer, W., Lagudah, E.S., and Munns, R. 2008.Comparative mapping of HKT genes in wheat, barley and rice, key determinants of Na+ transport, and salt tolerance. J. Exp. Bot. 59: 927-937.

17.James, R.A., Blake, C., Byrt, C.S., and Munns, R. 2011. Major genes for Na+

exclusion, Nax1 and Nax2 (wheat HKT1;4 and HKT1;5), decrease Na+

accumulation in bread wheat leaves under saline and waterlogged conditions. J. Exp. Bot. 62: 2939-2947.

18.Janz, D., Behnke, K., Schnitzler, J.P., Kanawati, B., Schmitt-Kopplin, P., and Polle, A. 2010. Pathway analysis of the transcriptome and metabolome of salt sensitive and tolerant poplar species reveals evolutionary adaption of stress tolerance mechanisms. BMC Plant Biol. 10: 150.

19.Khodabandeh, N. 2007. Grain. Tehran University. 537p. (In Persian) 20.Kumar, V., Shriram, V., Kavi Kishor, P., Jawali, N., and Shitole, M. 2010.

Enhanced proline accumulation and salt stress tolerance of transgenic indica rice by overexpressing P5CSF129A gene. Plant Biotech. Rep. 4: 37-48.

21.Maas, E.V., and Poss, J.A. 1989. Salt sensitivity of wheat at different growth stages. Irrig. Sci. 10: 29-40.

22.Maleki, M., Naghavi, M.R., Alizadeh, H., Posstini, K., and Abd Mishani, C. 2011. Effect of salinity pn leaf protein patterns in Aegilops tauschii. Modern Gen. J. 3: 33-40. (In Persian)

23.Mäser, P., Gierth, M., and Schroeder, J.I. 2002. Molecular mechanisms of potassium and sodium uptake in plants. Plant Soil. 247: 43.

24.Munns, R., James, R.A., and Lauchli, A. 2006. Approaches to increasing the salt tolerance of wheat and other cereals. J. Exp. Bot. 57: 1025-1043.

25.Munns, R., and Tester, M. 2008. Mechanisms of salinity tolerance. Ann. Rev. Plant Biol. 59: 651-658.

26.Nicolas, M.E., Munns, R., Samarakoon, A.B., and Gifford, R.M. 1993. Elevated carbon dioxide improves the growth of wheat under salinity. Plant Physiol. 20: 349-360.

27.Nishiyama, Y., Yun, C.S., Matsuda, F., Sasaki, T., Saito, K., and Tozawa, Y. 2010. Expression of bacterial tyrosineammonia-lyase creates a novel p-coumaric acid pathway in the biosynthesis of phenylpropanoids in Arabidopsis. Planta. 232: 209-218.

28.Pardo, J.M. 2010. Biotechnology of water and salinity stress tolerance. Current Opinion Biotech. 21: 185-196.

29.Rahaie, M., Gomarian, M., Alizadeh, H., Malboobi, M.A., and Naghavi, M.R. 2012. The expression analysis of transcription factors under long term salt stress


168

in tolerant and susceptible wheat genotypes using reverse northern blot technique. J. Crop Sci. 13: 3. 580-595.

30.Rawson, H.M., Richards, R.A., and Munns, R. 1988. An examination of selection criteria for salt tolerance in wheat, barley and triticale. Austr. J. Agric. Res. 39: 5. 759-772.

31.Tadayon, M.R., and Emam, Y. 2007. Physiological and morphological response of two barley cultivars to salt stress and correlated it to grain yield. J. Sci. Technol. Agric. Natur. Sci. 1: 1. 253-262. (In Persian)

32.Wang, H., Liu, D., Sun, J., and Zhang, A. 2005. Asparagine synthetase gene TaASN1 from wheat is up-regulated by salt stress, osmotic stress and ABA. J. Plant Physiol. 162: 81-89.

33.Widodo, P.J.H., Newbigin, E., Tester, M., Bacic, A., and Roessner, U. 2009. Metabolic responses to salt stress of barley (Hordeum vulgare L.) cultivars, Sahara and Clipper, which differ in salinity tolerance. J. Exp. Bot. 60: 4089-4103.

34.Wingler, A., Lea, P.J., Quick, W.P., and Leegood, R.C. 2000. Photorespiration: metabolic pathways and their role in stress protection, Trans. R. Soc. 355: 1517-1529.

35.Zadoria, G., Khodarahmi, M., Amini, A., and Mostafavi, Kh. 2011. Effect of NaCl-induced on biomass of bread wheat cultivars in seedling stage. J. Agron. Plant Breed. 7: 1. 69-83. (In Persian)

36.Zamani Babgohari, M., Niazi, A., and Ebrahimi, A. 2011. Analysis of chromosomal region and identification of loci surrounding genes involved in Na+ and K+ in rice, Arabidopsis and Physcomotrella patent. 7th National Biotechnology Congress of Iran. (In Persian)


169

J. Plant Prod. Res. Vol. 21 (3), 2014

http://jopp.gau.ac.ir

Identification of phylogenetic relationship among wheat and its ancestor based on sequencing of HKT gene

Z. Sohrabizadeh1, *A. Fazeli2 and A. Ashraf Mehrabi2

1M.Sc. Student, Dept. Agronomy and Plant Breeding, Ilam University, 2Assistant Prof., Dept. Agronomy and Plant Breeding, Ilam University

Received: 04/27/2014; Accepted: 07/12/2014 Abstract1

Salinity is one of the important problems of the farmland in the world, such that million tons of salt enter to arable soils through irrigation every year. Wheat is the first and the most important cereal crops in the world that provides the main food for more than a third of the world's population. Use of modern genetic methods such as sequencing provided the possibility of a more accurate and quick assessment of genetic material at DNA and RNA levels. HKT genes are important group to transfer Na and K ions, so cultivated and wild samples of wheat are used for identification of allelic diversity of HKT gene. Seeds were planted in plastic pots and DNA was extracted at two-to three-leaf stage by Doyle et al. (1998) method. PCR was amplified by using a pair of specific primers and PCR products were purified and sequenced. Results showed the nucleotide and amino acid variation between the investigated samples and bread wheat in NCBI. Results of DNA sequencing show that Aegilopss peltoides with 98.9% and Ae. caudata and Ae. triuncialis with 93.9% have the most and the least similarity to Triticum aestivum in NCBI, respectively, whereas Hordeum spontaneum with only 36.5 has the least similarity to HKT sequence in NCBI. Phylogenetic tree constructed based on DNA sequence by UPGMA method confirmed above results. DNA phylogenetic methods also showed that Ae. speltoides and bread wheat are classified in the same sub-group, that means HKT gene was transferred from Ae. speltoides to bread wheat via introgression. Keywords: Salinity, Wheat, HKT gene, Wild relatives, Sequence analysis

* Corresponding Author; Email: [email protected]


170

Documents

اصل مقاله (484 K)