بررسی بیان ژن تحمل تنش گرمایی HSP-70 در انگور یاقوتی سیستان تحت تاثیر تیمارهای هورمونی ایندول-استیک اسید، جیبرلیک اسید و آبسیزیک اسید

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زراعت و اصلاح نباتات/پژوهشکده کشاورزی/دانشگاه زابل/ زابل/ ایران

2 دانش آموخته بیوتکنولوژی در کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل، ایران

چکیده

هدف: انگور بی‌دانه یاقوتی یکی از زودرس‌ترین ارقام انگور در ایران است که اواخر اردیبهشت ماه محصول آن به بازار ارائه می-شود. همچنین تحمل بالای آن در برابر گرمای شدید منطقه سیستان و بلوچستان، آن را به یک رقم منحصر به فرد تبدیل کرده است. پروتئین‌های شوک حرارتی با وزن بالا نظیر HSP70 ، HSP60 و HSP90 به نظر می‌رسد نقشی اساسی در بقاء و رهایی از تنش گرمایی در گیاهان را دارند. با توجه به ویژگی برجسته تحمل در برابر تنش گرمایی در انگور یاقوتی سیستان و نقش کلیدی ژن HSP-70 در القای تحمل تنش گرمایی، در این مطالعه بیان ژن HSP-70 در سه مرحله رشدی نمو خوشه، تحت تاثیر تیمارهای هورمونی آبسیزیک اسید، جیبرلیک اسید و ایندول استیک اسید مورد بررسی قرار گرفت. مواد و روش‌ها: مواد گیاهی مورد استفاده برای استخراج RNA کل در سه مرحله شکل گیری خوشه، شکل گیری حبه‌ها و پایان فرایند رشد طولی خوشه نمونه‌برداری شد. آغازگرهای اختصاصی ژن HSP-70 (1104687527) و ژن Actin-7 (100232866) به عنوان کنترل داخلی، جهت انجام واکنش Real Time-PCR مورد استفاده قرار گرفتند. در نهایت میزان بیان نسبی ژن مورد مطالعه بر اساس Ct های بدست آمده و با استفاده از فرمول Pfaffl آنالیز و نتایج با استفاده از طرح کاملا تصادفی بر پایه فاکتوریل و آزمون دانکن سطح معنی‌داری یک درصد با استفاده از نرم افزار SAS 9.0 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. با استفاده از نرم‌افزار Cytoscape شبکه هم‌بیانی ترسیم شد. نتایج: بالاترین میزان بیان نسبی بدست آمده برای ژن HSP-70 در مرحله دوم نمو خوشه همزمان با گلدهی و تحت تاثیر تیمار هورمون آبسیزیک اسید بود. افزایش سطح هورمون آبسیزیک اسید سبب افزایش بیان ژن ABI2 می‌گردد که نتیجه آن سرکوب سنتز داخلی هورمون آبسیزیک اسید و افزایش بیان ژن HSP-70 می‌شود. نتیجه‌گیری: هورمون آبسیزیک اسید در مقایسه با تیمار هورمون ایندول استیک اسید و هورمون جیبرلین نقش اصلی را در افزایش بیان و القای تحمل تنش گرمایی انگور یاقوتی داشت. خوشه‌های تیمار هورمونی در مقایسه با نمونه شاهد از تراکم خوشه کمتری برخوردار بودند. تیمار جیبرلین علاوه بر کاهش تعداد حبه‌ها، افزایش طولی خوشه به دلیل رشد محور اصلی خوشه را نشان داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of HSP-70 heat-tolerance gene in Yaghooti grape of Sistan under hormonal treatment by Indole acetic acid, Gibberellic acid and Abscisic acid

نویسندگان [English]

  • yasoub shiri 1
  • nooshin kalkali 2
1 department of Agronomy and Plant Breeding/ Agricultural Research Institute/ University of Zabol/ Zabol/ Iran.
2 M.Sc Graduate of Agricultural Biotechnology, University of Zabol, Zabol, Iran
چکیده [English]

Objective Yaghooti seedless grape is one of the early-ripens variety of grapes in Iran where its fruit marketed by mid-May. This grape has high resistance to extreme heat of the region, which made Yaghooti grape one of the unique and exclusive products of the province and country. Heavy heat-shock proteins like HSP60, HSP70 and HSP90 seems to have key role in survival and rescue the plants against the heat-stress. By considering this unique feature of the plant and key role of the HSP-70 protein in said process studied and analyzed in all three stages of cluster growth and development under influence of hormonal treatment of abscisic acid, gibberellic acid and Indole-acetic acid. Materials and methods Plant materials used for total RNA extraction were sampled in three stages: cluster formation, berry formation and final size of cluster growth process. Specific primers of HSP-70 gene (1104687527) and Actin-7 gene (100232866) as housekeeping gene were designed by CLC main workbench and used for Real Time-PCR reaction. Finally, the relative expression was calculated based on the obtained Cts using Pfaffl formula. The results were analyzed using a completely randomized factorial design and Duncan test with a significance level of 0.01 using SAS 9.0 software. The co-expression network was rebuilt using Cytoscape software. Results The relatively highest expression obtained for the HSP-70 at the 2nd stage of development simultaneously with the flowering and under influence of abscisic hormonal treatment. Elevation in the level of abscisic acid resulted in upregulation of ABI2 gene that subsequently supresses the internal synthesis of abscisic acid hormone and upregulation of HSP-70. Conclusions Abscisic acid in compare with Indole-acetic acid and gibberellin hormone has key role in upregulation and heat-resistance induction in Yaghooti grape. Hormone-treated clusters in comparison to the control clusters had lesser congestion and density. Gibberellin treatment cause the increase in length of cluster in addition to decrease in grapes number per cluster.

کلیدواژه‌ها [English]

  • qRT-PCR؛ Stress
  • Gene Expression؛ Gene Network
احسنی محمدرضا، محمدآبادی محمدرضا، اسدی فوزی و همکاران (1398) بیان ژن لپتین در بافت چربی زیرپوستی گاوهای هلشتاین با استفاده از Real Time PCR. مجله بیوتکنولوژی کشاورزی 11(1)، 150-135.
توحیدی نژاد فاطمه، محمدآبادی محمدرضا، اسمعیلی زاده کشکوئیه علی، نجمی نوری عذرا (1393) مقایسه سطوح مختلف بیان ژنRheb در بافت های مختلف بز کرکی راینی. مجله بیوتکنولوژی کشاورزی 6(4)، 50-35.
جعفری دره در امیر حسین، محمدآبادی محمدرضا، اسمعیلی زاده کشکوئیه علی، ریاحی مدوار علی (1395) بررسی بیان ژن CIB4 در بافت­های مختلف گوسفند کرمانی با استفاده از Real Time qPCR. مجله پژوهش در نشخوارکنندگان 4(4)، 132-119.
دولتی بانه حامد، جلیلی رسول (1393) اصلاح درختان میوه (ژنتیک و اصلاح انگور). جهاد دانشگاهی (دانشگاه مشهد) صفحات 176-177.
References
Ahsani MR, Mohammadabadi MR, Asadi Fozi M et al. (2019a) Effect of Roasted Soybean and Canola Seeds on Peroxisome Proliferator‐Activated Receptors Gamma (PPARG) Gene Expression and Cattle Milk Characteristics. Iran J Appl Anim Sci 9, 635-642.
Ahsani MR, Mohammadabadi MR, Asadi Fozi M et al. (2019b) Leptin gene expression in subcutaneous adipose tissue of Holstein dairy cattle using Real Time PCR. Agric Biotechnol J 11, 135-150 (In Persian).
Aliyu OM, Adeigbe OO, Awopetu JA (2011) Foliar application of the exogenous plant hormones at pre-blooming stage improves flowering and fruiting in cashew (Anacardium occidentale L.). Journal of Crop Science and Biotechnology 14, 143-150.
Almi z, shariati m, Hosseini Tafreshi sa (2019) Effects of Transient Silencing of HSP90, HSP70 and smHSP on Chlorophyll a fluorescence of Nicotiana benthamiana during Adaptation to Salinity Stress. Journal of Plant Process and Function 7, 1-18.
Apweiler R, Bairoch A, Wu CH et al. (2004) UniProt: the Universal Protein knowledgebase. Nucleic Acids Res 32, D115-D119.
Assenov Y, Ramirez F, Schelhorn SE et al. (2008) Computing topological parameters of biological networks. Bioinformatics 24, 282-284.
Charng Y-y, Liu H-c, Liu N-y et al. (2007) A Heat-Inducible Transcription Factor, HsfA2, Is Required for Extension of Acquired Thermotolerance in Arabidopsis. Plant Physiol 143, 251.
Davies PJ (2010) The Plant Hormones: Their Nature, Occurrence, and Functions. In: Plant Hormones: Biosynthesis, Signal Transduction, Action! Davies PJ (ed). Springer Netherlands, Dordrecht. pp. 1-15.
Dolati-Baneh H, Jalili R (2014) Modification of fruit trees (Genetic and breeding of Grape Reproduction). Mashhad University Press, IR Iran (In Persian).
Jafari Darehdor AH, Mohammadabadi MR, Esmailizadeh AK, Riahi Madvar A (2016) Investigating expression of CIB4 gene in different tissues of Kermani Sheep using Real Time qPCR. J Rumin Res 4, 119-132 (In Persian).
Japelaghi RH, Haddad R, Garoosi GA (2011) Rapid and efficient isolation of high quality nucleic acids from plant tissues rich in polyphenols and polysaccharides. Molecular biotechnology 49, 129-137.
Kargar Khorrami S, Jamei R, Darvishzadeh R et al. (2020) Effect of salinity stress on hormones of auxin, gibberellin, physiological, morphological and anatomical characteristics of Hibiscus escolentus L. Iranian Journal of Plant Biology 11, 67-82.
Koini MA, Alvey L, Allen T et al. (2009) High Temperature-Mediated Adaptations in Plant Architecture Require the bHLH Transcription Factor PIF4. Current Biology 19, 408-413.
Livak KJ, Schmittgen TD (2001) Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) Method. Methods (San Diego, Calif) 25, 402-408.
Mohammadabadi MR, Tohidinejad F (2017) Charachteristics determination of Rheb gene and protein in Raini Cashmere goat. Iran J Appl Anim Sci 7, 289-295.
Mohammadabadi MR, Jafari AHD, Bordbar F (2017) Molecular analysis of CIB4 gene and protein in Kermani sheep. Brazil J Med Biol Res 50, e6177.
Mohammadabadi MR, Kord M, Nazari M (2018) Studying expression of leptin gene in different tissues of Kermani Sheep using Real Time PCR. Agric Biotechnol J 10, 111-122 (in Persian).
 
Muthusamy SK, Dalal M, Chinnusamy V et al. (2017) Genome-wide identification and analysis of biotic and abiotic stress regulation of small heat shock protein (HSP20) family genes in bread wheat. Journal of plant physiology 211, 100-113.
Negrão S, Schmöckel SM, Tester M (2016) Evaluating physiological responses of plants to salinity stress. Annals of Botany 119, 1-11.
Padmalatha K, Weksler H, Mugzach A et al. (2017) ABA Application during Flowering and Fruit Set Reduces Berry Number and Improves Cluster Uniformity.
Shannon P, Markiel A, Ozier O et al. (2003) Cytoscape: a software environment for integrated models of biomolecular interaction networks. Genome research 13, 2498-2504.
Shiri Y, Solouki M, Ebrahimie E et al. (2018) Unraveling the Transcriptional Complexity of Compactness in Sistan Grape Cluster. Plant Science.
Shiri Y, Solouki M, Ebrahimie E et al. (2019) Gibberellin causes wide transcriptional modifications in the early stage of grape cluster development. Genomics.
Szklarczyk D, Morris JH, Cook H et al. (2017) The STRING database in 2017: quality-controlled protein–protein association networks, made broadly accessible. Nucleic Acids Res 45, D362-D368.
Tohidi nezhad F, Mohammadabadi MR, Esmailizadeh AK, Najmi Noori A (2015) Comparison of different levels of Rheb gene expression in different tissues of Raini Cashmir goat. Agric Biotechnol J 6, 35-50.
Zhang X, Jiang L, Wang G et al. (2013) Structural Insights into the Abscisic Acid Stereospecificity by the ABA Receptors PYR/PYL/RCAR. PLOS ONE 8, e67477.