بررسی تأثیر افزایش محتوی ژنومیک DNA بر بیان ژن کاتالاز و میزان مقاومت به شوری در دو رقم نیشکر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 ملاثانی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان

2 نویسنده مسئول: استادیار، گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، ملاثانی، خوزستان، ایران

3 گروه علوم باغبانی. دانشکده کشاورزی. دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان

چکیده

هدف: نیشکر (Saccharum officinarum L.) یک گیاه صنعتی است که بیش از 70 درصد شکر تولید شده در سراسر جهان از آن استخراج می­شود. شوری در بسیاری از مناطق خشک و نیمه خشک جهان به عنوان یک مشکل اساسی و عامل محدود کننده رشد، کیفیت و عملکرد محصولات زراعی از جمله نیشکر محسوب می­شود. دست­ورزی در محتوای کروموزوم گونه­های گیاهی به علت تاٌثیر آن در برخی از ویژگی­های مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و ایجاد تنوع ژنتیکی، یکی از روش­های توانمند اصلاح نباتات محسوب می­شود. هدف از تحقیق حاضر بررسی تأثیر سطوح مختلف موتاژن کلشی­سین بر تغییر در محتوای DNA و بررسی تأثیر افزایش محتوای DNA بر میزان رونویسی از ژن کاتالاز می­باشد.
مواد و روش‌ها: در این آزمایش ریشه گیاهچه­های نیشکر در دو رقم 48CP و 69CP با ماده کلشی­سین (غلظت­های صفر، 100، 200 و 400 میلی­گرم بر لیتر) در مدت زمان­های 8، 24 و 48 ساعت تیمار شدند. سپس گیاهان از نظر خصوصیات مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی مورد بررسی قرار گرفتند. پس از یک ماه از تیمار گیاهان با کلشی­سین، گیاهان رشد کرده از پنجه­زنی، در دو شرایط تنش شوری (200میلی­مولار نمک) و نرمال قرار گرفتند. پس از اعمال تنش، در گیاهانی که بر اساس تعداد و اندازه روزنه احتمال تغییر در محتوی ژنتیکی می­رفت با استفاده از دستگاه فلوسایتومتری محتوی ژنتیکی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین جهت بررسی الگوی بیان ژن کاتالاز (CAT2)، نمونه­برداری برگ در فاصله 24 ساعت پس از اعمال تنش شوری، از گیاهان شاهد و تحت تنش انجام شد.
نتایج: نتایج نشان داد که میزان زنده­مانی، ارتفاع و تراکم روزنه­ها با افزایش غلظت کلشی­سین و مدت زمان اعمال تیمار، کاهش می­یابد. درحالی که اندازه روزنه­ها با افزایش غلظت کلشی­سین و مدت زمان اعمال تیمار افزایش پیدا می­کند. بیان ژن کاتالاز در گیاهان تحت تنش شوری در هر دو رقم 48CP و 69CP افزایش معنی­داری پیدا کرد. بیان این ژن درگیاهان رقم 69CP تحت تیمار کلشی­سین نیز افزایش پیدا کرد و در غلظت 200 میلی­گرم بر لیتر کلشی­سین این افزایش بیان معنی­دار بود. در حالی که در رقم 48CP تأثیر تیمار کلشی­سین غیرمعنی­دار بود.
نتیجه‌گیری: در مجموع بر اساس نتایج این تحقیق، احتمالاً افزایش محتوی ژنتیکی در نیشکر می­تواند مقاومت به شوری را بهبود دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The effect of increasing genomic DNA content on catalase gene expression and salinity resistance in two sugarcane cultivars

نویسندگان [English]

  • Maryam Ghaedi 1
  • Payam Pour Mohammadi 2
  • Ali Reza Shafeinia 2
  • Mohamadreza Salehi Salmi 3
1 ملاثانی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان
2 *Corresponding author. Assistant Professor, Plant Production and Genetics Department, Faculty of Agriculture, Agricultural Sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Khuzestan, Iran,
3 Department of Horticultural Science, Faculty of Agriculture. Agricultural Sciences and Natural Resource University of Khuzestsan
چکیده [English]

Objective
Sugarcane (Saccharum officinarum L.) is a commercial plant that extracts more than 70% of the sugar produced worldwide. Salinity in many arid and semi-arid regions of the world is considered as a major problem and limiting factor for growth, quality and yield of crops including sugarcane. Chromosome manipulation of the plant species is one of the most powerful methods of plant breeding because of its effect on some morphological, physiological and genetic variation. The aim of this study was to investigate the effect of different levels of colchicine mutagen on changes in DNA content and to investigate the effect of increasing DNA content on the transcription rate of catalase gene.
 
 
Materials and methods
In this experiment, sugarcane seedlings were treated with colchicine (concentrations of 0, 100, 200 and 400 mg / L) in two CP48 and CP69 cultivars for 8, 24 and 48 hours, respectively. The plants were then examined for morphological and physiological characteristics. Plants were then exposed to saline stress (200 mM NaCl) and normal. After applying stress, plants with probable polyploidy were examined for genetic content using flow cytometry. Also, to investigate the expression pattern of Catalase gene (CAT2), leaf sampling was done 24 h after salinity stress from control and stressed plants.
Results
The results showed that viability, height and density of stomata decreased with increasing colchicine concentration and duration of treatment. However, stomata size increased with increasing colchicine concentration and duration of treatment and chlorophyll and photosynthesis increased with increasing duration of treatment. The results showed that the expression of this gene was significantly increased in both CP48 and CP69 cultivars under salinity stress. The expression of this gene was increased in CP69 cultivar treated with colchicine and this increase was significant at 200 mg / L colchicine. While in CP48 cultivar the effect of colchicine treatment was not significant.
Conclusions
Based on the above results, it can be concluded that increasing the genetic content of sugarcane can improve salinity resistance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : Catalase gene
  • Colchicine
  • Polyploidy
  • Salinity resistance
  • Sugarcane

مراجع

محمدآبادی محمدرضا (1399) پروفایل بیانیmRNA مختص بافت ژن ESR2 در بز. مجله بیوتکنولوژی کشاورزی 12(4)، 184-169.
محمدآبادی محمدرضا، اسدالله پور نعنایی حجت (1400) بیان ژن لپتین در بز کرکی راینی با استفاده از Real Time PCR. مجله بیوتکنولوژی کشاورزی 13(1)، 214-197.
اسلامی عاطفه، پورمحمدی پیام،  الهی فرد الهام (1399) تأثیر تنظیم کننده‌های رشد و اتیل متان سولفونات (EMS)  بر تولید درون شیشه ای نیشکر مقاوم به علف کش گلایفوسیت. پژوهش­نامه اصلاح گیاهان زراعی 12 (34)، 175-184.
 
References
Adams KL, Wendel JF (2005) Novel patterns of gene expression in polyploidy plants. Trends Genet 10, 539-43.
Brunner AM, Yakovlev IA, Strauss SH (2004) Validating internal controls for quantitative plant gene expression studies. BMC Plant Biol 4(14), 1-7.
Chen LL, Gao ShL (2007) In vitro Tetraploid induction and generation of tetraploids from mixoploids in Astragalus memberanaceus. Sci Hort 112, 339-344.
Dehghan E, Hakkinen S, Oksman-Caldentey M, et al. (2012) Production of tropane alkaloids in diploid and tetraploid plants and in vitro hairy root cultures of Egyptian henbane (Hyoscyamus muticus L.). Plant Cell Tiss Organ Cult 110, 35-44.
Dhooghe E, Van Laere K., Eeckhaut T, et al. (2011) Mitotic chromosome doubling of plant tissues in vitro. Plant Cell Tiss Organ Cult 104(3), 359-373.
El-Naby A, Zeinab M, Nabila A, et al. (2012) Colchicine induction of polyploidy in Egyptian clover genotypes. J Am Sci 8(10), 221-227
Eslami A, Mohammadi PP and Elahifard E (2020).  Effects of Plant Growth Regulators and Ethyl Methanesulfonate (EMS) on In Vitro Production of Glyphosate Herbicide Resistant Sugarcane. J Crop Breed 12(34), 175-184 (In Persian).
Gu XF, Yang AF, Meng H, et al. (2005) In vitro induction of tetraploid plants from diploid Zizyphus jujuba Mill. Cv. Zhanhua. Plant Cell Rep 24,671-676.
Hamill S, Smith M, Dodd W (1992) In vitro induction of Banana autotetraploids by colchicine treatment of micropropagated diploids. Aust J Bot 40, 887–89.
Lakshmanan P, Geijskes RJ, Aitken KS, et al. (2005) Sugarcane biotechnology: the challenges and opportunities. In Vitro Cell Dev Biol Plant 41(4), 345-363.‏
Liu S, Chen S, Chen Y, et al. (2011) In vitro induced tetraploid of Dendranthema nankingense (Nakai) Tzvel shows an improved level of abiotic stress tolerance. Sci Hort 127, 411-419.
Livak KJ, Schmittgen TD (2001) Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2-ΔΔCTmethod. Methods 25, 402–408.
Mensah BO, Akomeah PA, Ikhajiagbe B, et al. (2007) The effects of sodium azide and colchicine treatments on morphological and yield traits of sesame seed (Sesame indicum L.). Afr J Biotechnol 6 (5), 534-538.
Mohammadabadi M. (2021) Tissue-specific mRNA expression profile of ESR2 gene in goat. Agric Biotechnol J 12 (4), 167-181 (In Persian).
Mohammadabadi MR, Asadollahpour Nanaei H. (2021) Leptin gene expression in Raini Cashmere goat using Real Time PCR. Agric Biotechnol J 13 (1), 197-214 (In Persian).
Mohammadi PP, Moieni A, Ebrahimi A,  Javidfar F. (2011) Doubled haploid plants following colchicine treatment of microspore-derived embryos of oilseed rape (Brassica napus L.). Plant Cell Tiss Organ Cult 108, 251-256.
Mohammadi PP, Moieni A, Hiraga S, Komatsu S. (2012) Organ-specific proteomic analysis of drought-stressed soybean seedlings. J Proteomics 75, 1906–1923.
Moore PH (1995) Temporal and spatial regulation of sucrose accumulation in the sugarcane stem. Funct Plant Biol 22(4), 661-679.‏
Ochatt SJ, Patat-Ochatt EM, Moessner A (2011). Ploidy level determination within the context of in vitro breeding. Plant Cell Tiss Organ Cult 104(3), 329-341.‏
Omidbaigi R, Mirzaee M, Hassani ME, et al. (2012) Induction and identification of polyploidy in basil (Ocimum basilicum L.) medicinal plant by colchicine treatment. Int J Plant Prod 4(2), 87-98.‏
Pabinger S, Rödiger S, Kriegner A, et al. (2014) A survey of tools for the analysis of quantitative PCR (qPCR) data. Biomol Detect Quantif 1(1), 23-33.
Pagariya, M. C., Harikrishnan, M., Kulkarni, P. A., et al. (2011). Physio-biochemical analysis and transcript profiling of Saccharum officinarum L. submitted to salt stress. Acta Physiol Plant, 33(4), 1411-1424.
Patade VY, Bhargava S, Suprasanna P (2011) Salt and drought tolerance of sugarcane under isoosmotic salt and water stress: growth, osmolytes accumulation, and antioxidant defense. J P Interac 6(4), 275-282.
Pfaffl MW, Horgan GW, Dempfle L (2002) Relative expression software tool (REST(C)) for group-wise comparison and statistical analysis of relative expression results in real-time PCR. Nucl Acids Res, 30
Poonsawat W, Theerawitaya C, Suwan T, et al. (2015) Regulation of some salt defense-related genes in relation to physiological and biochemical changes in three sugarcane genotypes subjected to salt stress. Protoplasma 252(1), 231-43
Zamharir AR, Ahmadi J, Asghari B, et al. (2014) Expression analysis of Catalase gene in spearmint (Mentha spicata) plants under salinity stress. 1st international congress and 13th Iranian genetics congress, Tehran, Iran.
Savoure A, Thorin D, Davey M, et al. (1999) NaCl and CuSO4 treatments trigger distinct oxidative defence mechanisms in Nicotiana plumbaginifolia L. PlantCell Envir 22, 387–396
Thao NTP, Ureshino K, Miyajima I, et al. (2003) Induction of tetraploids in ornamental Alocasia through colchicine and oryzalin treatments. Plant cell tiss and organ cult 72(1), 19-25.‏
Zhang XY, Hu CG, Yao JL (2010) Tetraploidization of diploid Dioscorea results in activation of the antioxidant defense system and increased heat tolerance. J plant physiol 167(2), 88-94.‏
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 14، شماره 2
تیر 1401
صفحه 101-118

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار