اثر تیمار آزید سدیم (NaN₃) بر رشد درون‌شیشه‌ای و تنوع ژنتیکی پایه Garnem

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه دیالی، عراق.

2 گروه باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه دیالی، عراق

چکیده

هدف: آزید سدیم یک ماده شیمیایی جهش‌زا است که برای ایجاد تنوع ژنتیکی در گیاهان مورد استفاده قرار می‌گیرد. هدف از این مطالعه، بررسی اثر غلظت‌های مختلف آزید سدیم بر رشد درون‌شیشه‌ای پایه Garnem و شناسایی تغییرات احتمالی در توالی ژن کلروپلاستی rbcL پس از تیمار بود.
مواد و روش‌ها: این مطالعه بر روی پایه Garnem تحت شرایط درون‌شیشه‌ای، از اوت 2021 تا ژوئن 2022 انجام شد. ریزنمونه‌های همگن با آزید سدیم در غلظت‌های 13 و 26 میلی‌گرم در لیتر به مدت 60 دقیقه تیمار شدند و نمونه‌های تیمارنشده به‌عنوان شاهد در نظر گرفته شدند. هر تیمار شامل 10 تکرار مستقل بود. پس از تیمار، ریزنمونه‌ها در محیط تکثیر حاوی 6 میلی‌گرم در لیتر کینتین (Kin) و 1 میلی‌گرم در لیتر 6-بنزیل‌آمینوپورین (BA) کشت شدند. درصد مرگ‌ومیر، تعداد شاخه‌ها، طول شاخه‌ها و تعداد برگ‌ها ارزیابی شد. همچنین، قطعه‌ای از ژن rbcL با استفاده از روش PCR تکثیر و در نمونه‌های شاهد و تیمارشده تعیین توالی شد. میزان شباهت توالی‌ها با استفاده از BLAST بررسی گردید.
نتایج: آزید سدیم بر زنده‌مانی و رشد شاخه‌ها تأثیر گذاشت. بیشترین میزان مرگ‌ومیر ریزنمونه‌ها (70 درصد) در غلظت 26 میلی‌گرم در لیتر مشاهده شد، در حالی‌که در تیمار شاهد هیچ مرگ‌ومیری ثبت نشد. بیشترین میانگین تعداد شاخه‌ها و برگ‌ها در تیمار شاهد به دست آمد. طول شاخه‌ها نیز بین تیمارها متفاوت بود؛ به‌طوری‌که بیشترین مقدار در غلظت 26 میلی‌گرم در لیتر و کمترین مقدار در غلظت 13 میلی‌گرم در لیتر مشاهده شد. مقایسه توالی‌ها نشان داد که در ناحیه مورد مطالعه از ژن rbcL در نمونه‌های تیمارشده، تغییرات احتمالی در برخی نوکلئوتیدها وجود دارد. توالی‌های مورد مطالعه شباهت بالایی با توالی مرجع ژن rbcL در گونه Prunus persica با شماره دسترسی JN114836.1 در بانک ژنی GenBank داشتند.
نتیجه‌گیری: آزید سدیم به‌صورت وابسته به غلظت بر زنده‌مانی و رشد درون‌شیشه‌ای ریزنمونه‌های پایه Garnem تأثیر گذاشت. همچنین، پس از تیمار، تغییراتی در توالی ناحیه مورد مطالعه از ژن کلروپلاستی rbcL مشاهده شد. بااین‌حال، برای تأیید ماهیت جهشی این تغییرات، قابلیت وراثت آن‌ها و میزان گسترش این تغییرات، انجام مطالعات بیشتر با تعداد تکرارهای زیستی بیشتر و تعیین توالی نواحی ژنومی اضافی ضروری است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effects of sodium azide (NaN3) treatment on in vitro growth and genetic variation in the Garnem rootstock

نویسندگان [English]

  • Sarah Ali Muhammad Al- Hayany 1
  • Mohammed D. Abdulhadi 2
  • Ayad Assi Obaid 2
1 Horticulture Department, College of Agriculture, University of Diyala, Iraq
2 Horticulture Department, College of Agriculture, University of Diyala, Iraq
چکیده [English]

Objective
Sodium azide is a mutagenic chemical used to create genetic diversity in plants. The aim of this study was to investigate the effect of different concentrations of sodium azide on the in vitro growth of Garnem rootstock and to identify possible changes in the sequence of the chloroplast rbcL gene after treatment.
Materials and methods
This study was conducted on Garnem rootstock under in vitro conditions from August 2021 to June 2022. Homogenized explants were treated with sodium azide at concentrations of 13 and 26 mg/L for 60 minutes, and untreated samples were considered as controls. Each treatment consisted of 10 independent replicates. After treatment, the explants were cultured in proliferation medium containing 6 mg/L kinetin (Kin) and 1 mg/L 6-benzylaminopurine (BA). Mortality percentage, number of branches, branch length and number of leaves were evaluated. Also, a fragment of the rbcL gene was amplified by PCR and sequenced in the control and treated samples. Sequence similarity was examined using BLAST.
Results
Sodium azide affected the survival and growth of branches. The highest mortality of explants (70%) was observed at a concentration of 26 mg/L, while no mortality was recorded in the control treatment. The highest average number of branches and leaves was obtained in the control. The length of branches also differed between the treatments; the highest value was observed at a concentration of 26 and the lowest value at a concentration of 13 mg/L. Sequence comparison showed that in the studied region of the rbcL gene of the treated samples, there were possible changes in some nucleotides. The studied sequences had a high similarity with the reference sequence of Prunus persica rbcL with accession number JN114836.1 in GenBank.
Conclusion
Sodium azide affected the viability and in vitro growth of Garnemo basal explants in a concentration-dependent manner. Also, sequence changes in the studied region of the chloroplast rbcL gene were observed after treatment. However, to confirm the mutational nature, heritability, and extent of these changes, further biological replicates and sequencing of additional genomic regions are necessary.

کلیدواژه‌ها [English]

  • garnem
  • mutagens
  • peach rootstock
  • sequencing
  • sodium azide

مراجع

Abdulhadi, B. A., Kot, P., Hashim, K. S., Shaw, A., & Al Khaddar, R. (2019). Influence of current density and electrodes spacing on reactive red 120 dye removal from dyed water using electrocoagulation/electroflotation (EC/EF) process. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 584(1), Article 012035. https://doi.org/10.1088/1757-899X/584/1/012035
Al-Hayany, S. A. M., & Obaid, A. A. (2024). Processing browning and increasing multiplication and rotting of peach rootstock cv. Garnem by using antioxidants and plant growth regulators in vitro. Kufa Journal for Agricultural Sciences, 16(2). https://doi.org/10.36077/kjas/2024/v16i2.10942
Din, A., Qadri, Z. A., Wani, M. A., Iqbal, S., Malik, S. A., Zargar, S. M., Banday, N., & Nazki, I. T. (2023). Comparative analysis of physical and chemical mutagenesis in chrysanthemum cv. ‘Candid’: Assessing genetic variation and breeding potential. ACS Omega, 8(46), 43836–43849. https://doi.org/10.1021/acsomega.3c05723
Gómez, D., Hernández, L., Martínez, J., Escalante, D., Zevallos, B. E., Yabor, L., Trethowan, R., Beemster, G. T. S., Sershen, & Lorenzo, J. C. (2019). Sodium azide mutagenesis within temporary immersion bioreactors modifies sugarcane in vitro micropropagation rates and aldehyde, chlorophyll, carotenoid, and phenolic profiles. Acta Physiologiae Plantarum, 41, Article 114. https://doi.org/10.1007/s11738-019-2911-0
Gruszka, D., Szarejko, I., & Maluszynski, M. (2012). Sodium azide as a mutagen. In Plant mutation breeding and biotechnology (pp. 159–166). CABI. https://doi.org/10.1079/9781780640853.0159
Isuosuo, C. C., Akaneme, F. I., & Urom, U. N. (2024). The yield and purity of DNA extracts from seeds of eight six accessions of Treculia species using Zymo Research mini-prep DNA extraction kit. Bio-Research, 22(2), 2325–2335. https://doi.org/10.4314/br.v22i2.1
Jalil, A. T., Abdulhadi, M. A., Al-Ameer, L. R., Abbas, H. A., Merza, M. S., Zabibah, R. S., & Fadhil, A. A. (2023). The emerging role of microRNA-126 as a potential therapeutic target in cancer: A comprehensive review. Pathology - Research and Practice, 248, Article 154631. https://doi.org/10.1016/j.prp.2023.154631
Khan, S., Al-Qurainy, F., & Anwar, F. (2009). Sodium azide: A chemical mutagen for enhancement of agronomic traits of crop plants. Environment We: International Journal of Science and Technology, 4, 1–21. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:261051703
Kharkwal, M. C. (2023). Role of mutation breeding in crop improvement with special reference to Indian subcontinent. In S. Penna & S. M. Jain (Eds.), Mutation breeding for sustainable food production and climate resilience. Springer. https://doi.org/10.1007/978-981-16-9720-3_13
LaVelle, J., & Mangold, J. (1987). Structure-activity relationships of the azide metabolite, azidoalanine, in S. typhimurium. Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis, 177(1), 27–33. https://doi.org/10.1016/0027-5107(87)90018-2
Liang, W.-Q., & Fournier, M. J. (1995). U14 base-pairs with 18S rRNA: A novel snoRNA interaction required for rRNA processing. Genes & Development, 9(19), 2433–2443. https://doi.org/10.1101/gad.9.19.2433
Liu, C., Frascarelli, G., Stec, A. O., Heinen, S., Lei, L., Wyant, S. R., Legg, E., Spiller, M., Muehlbauer, G. J., Smith, K. P., Fay, J. C., & Morrell, P. L. (2025). Sodium azide mutagenesis induces a unique pattern of mutations. PLoS Genetics, 21(6), Article e1011634. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011634
Maloukh, L., Kumarappan, A., Jarrar, M., Salehi, J., El-Wakil, H., & Rajya Lakshmi, T. (2017). Discriminatory power of rbcL barcode locus for authentication of some of United Arab Emirates (UAE) native plants. 3 Biotech, 7, Article 144. https://doi.org/10.1007/s13205-017-0746-1
Murashige, T., & Skoog, F. (1962). A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum, 15(3), 473–497. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x
NCBI Resource Coordinators. (2016). Database resources of the National Center for Biotechnology Information. Nucleic Acids Research, 44(D1), D7–D19. https://doi.org/10.1093/nar/gkv1290
Oladosu, Y., Rafii, M. Y., Abdullah, N., Hussin, G., Ramli, A., Rahim, H. A., Miah, G., & Usman, M. (2016). Principle and application of plant mutagenesis in crop improvement: A review. Biotechnology & Biotechnological Equipment, 30(1), 1–16. https://doi.org/10.1080/13102818.2015.1087333
Owais, W., & Kleinhofs, A. (1988). Metabolic activation of the mutagen azide in biological systems. Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis, 197(2), 313–323. https://doi.org/10.1016/0027-5107(88)90101-7
Owais, W., Rosichan, J., Ronald, R., Kleinhofs, A., & Nilan, R. (1983). A mutagenic metabolite synthesized by Salmonella typhimurium grown in the presence of azide is azidoalanine. Mutation Research/Genetic Toxicology, 118(4), 229–239. https://doi.org/10.1016/0165-1218(83)90207-0
Ramadan, G. Y., ElDeep, M. D., & Ibrahim, I. M. (2016). Response of bitter and sweet almond to sodium azide as chemical mutagene. Sinai Journal of Applied Sciences, 5(1), 53–62. https://doi.org/10.21608/sinjas.2016.78630
Singh, C., & Olejniczak, J. (1983). Modification of mutagenic efficiency of sodium azide. Cytologia, 48(3), 437–444. https://doi.org/10.1508/cytologia.48.437
Yousif, S. A., Juameer, R. A. A., & Obaid, A. A. (2025). Effect of NaCl and sodium azide on physiological and enzyme traits of strawberry in vitro. Alnakhla Journal of Science, 14(2), 83–89. https://doi.org/10.63799/AJOS/14.2.5       
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 18، شماره 4
دی 1405
صفحه 615-628

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار