بررسی میزان هورمون‌های گل سرخ ترا‌ریخته با ژن etr1-1 تحت تیمارهای اتیلن و جیبرلین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه علوم گیاهی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه خوارزمی، کدپستی: ۱۵۷۱۹۱۴۹۱۱، تهران، ایران

2 دانشیار گروه علوم گیاهی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه خوارزمی، کدپستی: ۱۵۷۱۹۱۴۹۱۱، تهران، ایران.

3 استادیار گروه تولیدات گیاهی و کشاورزی پایدار، پژوهشکده کشاورزی، سازمان پژوهشهای علمی وصنعتی ایران، کدپستی: ۳۳۵۳۵۱۱۱، تهران.

4 استاد گروه علوم گیاهی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه خوارزمی، کدپستی: ۱۵۷۱۹۱۴۹۱۱، تهران ، ایران و گروه زیست شناسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران.

چکیده

هدف: گل سرخ از مهم­ترین گل­های شاخه بریده دنیا بوده که تا کنون مطالعات زیادی برای حفظ کیفیت و ماندگاری پس از برداشت آن انجام شده است. از عوامل اصلی محدود کننده ماندگاری در مرحله پس از برداشت می­توان به هورمون اتیلن اشاره نمود. لذا دست­ورزی ژنتیکی به ­منظور کاهش اثرات نامطلوب این هورمون مورد توجه بوده و در پژوهش حاضر، گل­های سرخ تراریخته حاوی ژن جهش­یافته etr1-1 مورد ارزیابی قرار گرفتند. همچنین با توجه به اثرات آنتاگونیستی، تغییر غلظت هورمون جیبرلین نسبت به اتیلن به نفع بالاتر بردن غلظت جیبرلین در مطالعه اخیر مورد توجه قرار گرفت.
مواد و روش­ها: میزان فیتوهورمون­های لاین­ ماندگار (تراریخته) و شاهد (غیر تراریخته) پس از اعمال تیمارهای اتیلن (صفر وL L-1µ 1) و جیبرلین (mg L-1 ۸۰) در مراحل غنچه تجاری و نیمه باز بررسی شدند. اعمال تیمار اتیلن با تزریق گاز خالص به داخل کیسه­های پلی­اتیلنی توسط سرنگ انجام شد. جهت اعمال تیمار جیبرلین، گل­های شاخه بریده در محلول جیبرلین با غلظت مورد نظر قرار داده شدند. تیمارها به مدت ۲۴ ساعت اعمال گردید و نمونه­برداری از بیرونی­ترین ردیف گلبرگ­ها انجام شد. آزمایش­ها به­صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با چهار تکرار به منظور اندازه­گیری میزان فیتوهورمون­ها اجرا شد.
نتایج: نتایج نشان داد که کاهش در میزان هورمون­های جیبرلین، بنزیل آدنین و ایندول استیک اسید و افزایش در میزان هورمون آبسیزیک اسید و اتیلن در مراحل غنچه و نیمه­باز در لاین ماندگار نسبت به شاهد معنی­دار بود. همچنین، بیشترین میزان هورمون­های جیبرلین، بنزیل آدنین و ایندول استیک اسید و کمترین میزان اتیلن و آبسیزیک اسید مربوط به لاین ماندگار در تیمار با جیبرلین بود.
نتیجه­گیری: با توجه به نتایج موجود به نظر می­رسد که ژن etr1-1 می­تواند کاندیدای مناسبی، جهت به تأخیر انداختن فرایند پیری وابسته به اتیلن در گل­های حساس باشد که همراه با تیمار جیبرلین از طریق کاهش خسارت اکسیداتیو ماندگاری را به­طور قابل توجهی افزایش می­دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of hormone content in transgenic rose (Rosa hybrida L.) with etr1-1 gene treated by ethylene and gibberellin

نویسندگان [English]

  • Faezeh Khatami 1
  • Farzaneh Najafi 2
  • Fataneh Yari 3
  • Ramazan Ali Khavari-Nejad 4
1 Ph.D. Student, Department of Plant Science, Faculty of Biological Science, Kharazmi University, P.O. Box: 1571914911, Tehran, Iran.
2 Associate Professor, Department of Plant Sciences, Faculty of Biological Sciences, Kharazmi University, Postal Code: 1571914911, Tehran, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Agriculture, Iranian Research Organization for Science and Technology (IROST), Postal Code: 33535111, Tehran, Iran.
4 Professor, Department of Plant Sciences, Faculty of Biological Sciences, Kharazmi University, Postal Code: 1571914911, Tehran, Iran; and Department of Biology, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Objective
Roses are one of the most important cut flowers in the world and therefore many studies have focused on keeping post-harvest quality and longevity. Ethylene is one of the major factors that limits post-harvest longevity. Therefore, genetic manipulation has been considered to reduce the adverse effects of this hormone and the present research investigates transgenic roses containing the mutant etr1-1 gene. In addition, according to antagonist effects, the change of gibberellin concentration to ethylene in favor of higher gibberellin concentration in the present research has been studied.
 
 
 
Materials and methods
The content of phytohormones in long-lasting line (transgenic) and control (non-transgenic) after application of ethylene (0 and 1 µL L-1) and gibberellin (80 mg L-1) treatments were investigated in bud and half-open stages. Application of ethylene treatment was performed by injecting pure gas into polyethylene bags by syringe. For the application of gibberellin treatment, cut flowers were placed in gibberellin solution at the desired concentration. The treatments were applied for 24 hours and samples were taken from the outermost ring of petals. Experiments were conducted as factorial in a completely randomized design with four replications in order to measure phytohormones.
 
Results
The results showed a decrease in the amount of gibberellin, benzyl adenine and indole acetic acid hormones and an increase in the amount of abscisic acid and ethylene hormones in bud and half-open stages in long-lasting line were significant compared to the control. In addition, the highest content of gibberellin, indole acetic acid and benzyl adenine hormones and the lowest content of ethylene and abscisic acid belongs to the GA3-treated long-lasting line.
 
Conclusion
Therefore, etr1-1 gene appears to be the right candidate for delaying ethylene-dependent aging in sensitive flowers and with GA3 treatment could be considerably improved longevity by reduction of oxidative damage. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cut rose
  • Ethylene
  • Genetic manipulation
  • Gibberellin

مراجع

خاتمی فائزه؛ نجفی فرزانه؛ یاری فتانه؛خاوری­نژاد رمضانعلی (۱۳۹۷) ژن etr1-1 کاندید برتر جهت دست­ورزی ژنتیکی مسیر پیام رسانی علامت هورمون اتیلن در گل سرخ. مجله پژوهش­های گیاهی جلد ۳۱، شماره ۱.
خاتمی فائزه؛ نجفی فرزانه؛ یاری فتانه؛خاوری­نژاد رمضانعلی (۱۳۹۵) بررسی تغییرات سوماکلونال در لاین­های تراریخته گل رز. نهمین کنگره علوم باغبانی ایران، اهواز.
یاری فتانه (۱۳۹۵) فرآیند رز ماندگار غیرحساس نسبت به اتیلن حاوی ژن موتانت ETR1-1. ثبت اختراع ایرانی: ۹۵۷۶۰.
 
References
Bovy AG, Angenent GC, Dons HJM, van Altvorst AC (1999) Heterologous expression of the Arabidopsis etr1-1 allele inhibits the senescence of carnation flowers. Mol Breed 5, 301-308.
Chang C, Kwok SF, Bleecker AB, Meyerowitz EM (1993) Arabidopsis ethylene-response gene ETR1: similarity of product to two-component regulators. Sci 262, 539-544.
Chen JC, Johnson F, Clark DG et al. (2003) Potential application of virus-induced gene silencing (VIGS) in flower senescence studies. VIII International Symposium on Postharvest Physiology of Ornamental. Plants 669, 147-152.
Da Silva JAT (2015) Ornamental cut flowers: physiology in practice. Floriculture Ornamental Biotech 124-140.
Eason JR (2002) Sandersonia aurantiaca: An evaluation of postharvest pulsing solutions to maximize cut flower quality. New Zeal J Crop Hort 30, 273-279.
El-Nabarawy MA, El-Kafafi EH, Abo El-Enien HE, Salama MK (2018) Senescence of rose flowers 2-regulation aging and prolong their vase life. Zagazig J Agric Res 45, 869-890.
Emongor VE (2004) Effects of gibberellic acid on postharvest quality and vaselife of gerbera cut flowers (Gerbera jamesonii). J Agron 3, 191-195.
Gubrium EK, Clevenger DJ, Clark DG et al. (2000) Reproduction and horticultural performance of transgenic ethylene-insensitive petunias. J Am Soc Hortic Sci 125, 277-281.
Gupta J, Dubey RK (2018) Factors affecting post-harvest life of flower crops. Int J Curr Microbiol Appl Sci 7, 548-557.
Hamidi Imani M, Hashemabadi D, Kaviani B, Zarchini M (2012) Effect of sodium benzoate on longevity and ethylene production in cut Rose (Rosa hybrida L. cv. Avalanche) Flower. Eur J Exp Biol 2, 2485-2488.
Hassan FAE (2014) Longevity and postharvest quality of Rosa hybrida L. cv "Happy Hour" cut flowers as affected by silver thiosulphate (STS) treatment. Sci Agric 5, 85-91.
Iqbal N, Khan NA, Ferrante A et al. (2017) Ethylene role in plant growth, development and senescence: interaction with other phytohormones. Front Plant Sci 8, 1-19.
Khatami F, Najafi F, Yari F, Khavari-Nejad RA (2018) ETR1-1, A suitable candidate for genetic manipulation in rose (Rosa hybrida L.) ethylene signal transduction pathway. J Plant Res 31, 1, xx-xx (In Persian).
Khatami F, Najafi F, Yari F, Khavari-nejad RA (2015) The study of somaclonal variations in transgenic rose lines. 9th congress of Iranian Horticultural Science, Ahvaz (In Persian).
Kim H, Helmbrecht EE, Stalans MB et al. (2011) Ethylene receptor Ethylene receptor1 domain requirements for ethylene responses in Arabidopsis seedlings. Plant Physiol 156, 417-429.
Lu P, Zhang C, Liu J (2014) RhHB1 mediates the antagonism of gibberellins to ABA and ethylene during rose (Rosa hybrida) petal senescence. Plant J l78, 578-590.
Ma N, Cai L, Lu W et al. (2005) Exogenous ethylene influences flower opening of cut roses (Rosa hybrida) by regulating the genes encoding ethylene biosynthesis enzymes. Sci China Life Sci 48, 434-444.
Ma N, Ma C, Liu Y et al. (2018) Petal senescence: a hormone view. J Exp Bot 1-14.
Ma N, Tan H, Liu X et al. (2006) Transcriptional regulation of ethylene receptor and CTR genes involved in ethylene-induced flower opening in cut rose (Rosa hybrida) cv. Samantha. J Exp Bot 57, 2763-2773.
Macnish AJ, Leonard RT, Borda AM, Nell TA (2010) Genotypic variation in the postharvest performance and ethylene sensitivity of cut rose flowers. Hortic Sci 45, 790-796.
Morgan PW (2011) Another look at interpreting research to manage the effects of ethylene in ambient air. Crop Sci 51, 903-913.
Mou B, Scorza R (2011) Transgenic horticultural crops: challenges and opportunities. 1st Edition.
Müller R, Stummann BM (2003) Genetic regulation of ethylene perception and signal transduction related to flower senescence. Food Agric Environ 1, 87-94.
Netam N (2018) Improving ornamental’s vase life through molecular approaches: A review. J Pharmacogn Phytochem 7, 1687-1691.
Olsen A, Lutken H, Hegelund JN, Muller R (2015) Ethylene resistance in flowering ornamental plants–improvements and future perspectives. Hortic Res 2, 1-9.
Onoue T, Mikami M, Yoshioka T et al. (2000) Characteristics of the inhibitory action of 1,1-dimethyl-4-(phenylsulfonyl) semicarbazide (DPSS) on ethylene production in carnation (Dianthus caryophyllus L.) flowers. Plant Growth Regul 30, 201-207.
Rani P, Singh N (2014) Senescence and postharvest studies of cut flowers: A critical Review. J Trop Agric Sci 37, 159-201.
Reid MS, Evans RY, Dodge LL, Mor Y (1989) Ethylene and silver thiosulphate influence opening of cut rose flowers. J Am Soc Hortic Sci 114, 436-440.
Salleh FM, Mariotti L, Spadafora ND et al. (2016) Interaction of plant growth regulators and reactive oxygen species to regulate petal senescence in wall flowers (Erysimum linifolium). BMC Plant Biol 16.
Sanikhani M, Mibus H, Stummann BM, Serek M (2008) Kalanchoe blossfeldiana plants expressing the Arabidopsis etr1-1 allele show reduced ethylene sensitivity. Plant Cell Rep 27, 729-737.
Schmitzer V, Veberic R, Osterc G, Stampar F (2010) Color and phenolic content changes during flower development in groundcover rose. J Am Soc Hortic Sci 135, 195-202.
Sheng-hui L, Xiao-ping Z, Guang-ming S (2011) Changes in endogenous hormone concentrations during inflorescence induction and development in pineapple (Ananas comosus cv. Smooth Cayenne) by ethephon. Afr J Biotechnol 10, 10892-10899.
Skutnik E, Lukaszewska A, Serek M, Rabiza J (2001) Effect of growth regulators on postharvest characteristics of Zantedeschia aethiopica. Postharvest Biol Technol 21, 241-246.
Soumya PR, Kumar P, Pal M (2017) Paclobutrazol: A novel plant growth regulator and multi-stress ameliorant. Indian J Plant Physiol 22, 267-278.
Sriskandarajah S, Mibus H, Serek M (2010) Introduction of ethylene insensitivity in campanula carpatica flowers by genetic manipulation with Etr1-1. In: Proc. 6th International Postharvest Symposium. (eds.): Erkan, M. and Aksoy, U. Acta Hortic 877, 1111-1114.
Van Doorn WG (2002) Effect of ethylene on flower abscission: a survey. Ann Bot 89, 689–693.
Van Doorn WG, Woltering EJ (2008) Physiology and molecular biology of petal senescence. J Exp Bot 59, 453-480.
Woltering EJ, Van Doorn WG (1988) Role of ethylene in senescence of petals morphological and taxonomical relationships. J Exp Bot 39, 1605-1616.
Xue J, Li Y, Tan H et al. (2008) Expression of ethylene biosynthetic and receptor genes in rose floral tissues during ethylene-enhanced flower opening. J Exp Bot 59, 2161-2169.
Yamamoto K, Komatsu Y, Yokoo Y, Furukawa T (1994) Delaying flower opening of cut roses by cis‐propenyl phosphonic acid. J Jap Soc Hortic Sci 63, 159-166.
Yang SF, Hoffman NE (1984) Ethylene biosynthesis and its regulation in higher plants. Annu Rev Plant Physiol 35, 155-189.
Yari F (2016) The process of long life rose insensitive to ethylene with etr1-1 mutant gene. Iranian Patent: 95760 (In Persian).
Zaky AA (2013) Effect of pre- and post-harvest treatments on flower longevity of cut rose cv. ‘GRAND PRIX’. Egypt J Agric Res 91, 1009-1021.
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 12، شماره 2
شهریور 1399
صفحه 1-20

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار