|
" ارزیابی شاخص هاي فيزیولوژیك و مولكولی موثر در تحمل به تنش خشكی در ژنوتيپ هاي مختلف جو "
| شماره شناسایی
|
:
|
18864268
|
| شماره مدرک
|
:
|
۵۸۰۱۲
|
| نام عام مواد
|
:
|
[گزارش نهایی -ویژه]
|
| شناسه افزوده
|
:
|
شهبازي،مريم
|
|
|
:
|
صادق زاده،بهزاد
|
|
|
:
|
حسيني سالکده، قاسم
|
|
|
:
|
شبر، زهراسادات
|
|
|
:
|
غفاري، رضا
|
|
|
:
|
زين العابديني،مهرشاد
|
| عنوان اصلي
|
:
|
ارزیابی شاخص هاي فيزیولوژیك و مولكولی موثر در تحمل به تنش خشكی در ژنوتيپ هاي مختلف جو
|
| عنوان اصلي به زبان ديگر
|
:
|
:Evaluation of effective physiological and molecular indexes in drought tolerance of different barley genotypes
|
| صفحه شمار
|
:
|
۳۵۴ص.:مصور، رنگی،جدول، نمودار
|
| وضعیت انتشار
|
:
|
کرج: پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی، ۱۳۹۹
|
| فروست
|
:
|
شماره ثبت۵۸۰۱۲مورخ۹۹۹/۰۵/۲۲
|
|
|
:
|
شماره طرح ۱-۰۵-۰۵-۹۱۵۱
|
|
|
:
|
شماره نامه : سامانه سمپات
|
|
|
:
|
این طرح: ترویجی است
|
|
|
:
|
۵۸۰۱۲
|
| خلاصه یا چکیده
|
:
|
خشکي، مهمترين عامل محدود كننده باروري غلات در مناطق خشك و نيمه خشك دنيا از جمله ايران است كهتوليد موفق غلات را در اين مناطق همواره به مخاطره مي اندازد. استفاده از ارقامي كه آب قابل دسترس را با كارآييبيشتر مصرف كرده و قادر به تحمل خشکي باشند يك هدف عمده براي افزايش توليد در شرايط خشکي است.مهمترين اهداف اين طرح عبارتند از تعيين جايگاه ژن هاي مؤثر در صفات تحمل به خشکي بر روي نقشه ژنتيکي جوو شناخت ژن هاي تحمل به خشکي براساس سازوكارهاي فيزيولوژيکي و مولکولي جهت بهره گيري براي اهدافاصلاحي بوده است كه در پژوهشگاه بيوتکنولوژي كشاورزي و موسسه تحقيقات ديم به اجرا درآمد. در بخش اولطرح به منظور تعيين نقشه ارتباطي صفات فيزيولوژيکي و زراعي مرتبط با تحمل خشکي در ارقام و يك جمعيت جوبومي خالص )شامل 121 ژنوتيپ( در ايستگاه تحقيقات كشاورزي ديم مراغه در شرايط تنش خشکي و بدون تنشمورد استفاده، در مجموع 90 آلل مشترک مرتبط با صفات در شرايط بدون SSR كشت شدند. . براساس 95 نشانگرتقسيم شد كه نتايج (K= تنش و تنش خشکي بدست آمد و ساختار ژنتيکي جمعيت به هشت زير جمعيت فرعي ( 8حاصل از رسم بار پلات نيز آن را تاييد مي كند. در بررسي تنوع ژنتيکي، 220 آلل براي مکانهاي ژني مختلف باEBmac و 679 Hvm54 ،Bmag 7 براي هر نشانگر شناسايي شد. بيشترين تعداد آلل براي جايگاه هاي 0323 / ميانگين 2(GLM) با 2 آلل بودنقشه يابي ارتباطي بر اساس مدل خطي عمومي HVM با 13 آلل و كمترين تعداد براي جايگاه 0003،Bmag0211 ،Bmag انجام شد و نشانگرهاي 0613 Tassel و Structure با استفاده از نرم افزارهاي (MLM) و مخلوطبه عنوان نشانگرهاي معني دار مشترک بين صفت عملکرد دانه و صفات طول پدانکل، ارتفاع بوته، تعداد Bmag0808سنبله، وزن هزار دانه، دماي كانوپي و روز تا رسيدن در محيط شاهد شناسايي شدند. در شرايط تنش نشانگرهايمشترک بين عملکرد دانه و صفات وزن هزاردانه، دماي كانوپي و روز تا رسيدن و نشانگر HvLTPPB ،EBmac501با صفات وزن بيوماس، شاخص برداشت، تعداد دانه، طول پدانکل، روز تا سنبله دهي، دوره پر شدن دانه GBM1405تعداد 69 نمونه بهعنوان كلکسيون هستهاي M و محتواي نسبي آب شناسايي شد. با بکارگيري استراتژي پيشرفتهانتخاب شد كه شناسايي آنها براي برنامه هاي اصلاحي و انتخاب ژنوتيپ هاي برتر بسيار مفيد م يباشد. در بخش دوماين طرح 4 ژنوتيپ منتخب جو )حاصل از آزمايشات مزرعه اي( شامل رقم حساس موروكو، رقم نيمه حساس فجر95 و رقم متحمل به خشکي يوسف و همچنين يك ژنوتيپ جو اسپانتانئوم )وحشي( متحمل به خشکي در فاز2ها( برگ قرار گرفتند. تيمارهاي miRNA( رويشي در گلخانه مورد ارزيابي و مقايسه پروتئوم و عوامل تنظيمي ژنيآبياري شامل سطوح آبياري در حد 75 % )شاهد( و تنش 05 % و 25 % آب در دسترس بود. رقم متحمل يوسف و جووحشي نسبت به ارقام ديگر به طور معني داري محتواي نسبي آب، هدايت روزنه اي، عمق ريشه و تنظيم اسمزيبالاتري در تيمار خشکي داشتند. نتايج پروتئوميکس نشان داد كه در رقم متحمل يوسف در شرايط تنش خشکي بيان0 لکه پروتئيني به طور معني داري افزايش و بيان 18 لکه كاهش يافته بود. رقم حساس موروكو بيان 17 لکه افزايش وبيان 19 لکه كاهش نشان مي داد. اين لکه ها به منظور شناسايي نوع پروتئين هاي موثر در تنش خشکي تجزيه و تواليهاي هدف شناسايي شده در اين ژنوتيپهاي منتخب miRNA يابي خواهند شد. به طور همزمان مقايسه الگوي بيانيتحت شرايط تنش خشکي منجر به شناسايي ژن هاي تاثيرگذار در پاسخ به تنش خشکي شد. در اين مطالعه علاوه برجديد كه بيان افتراقي داشته اند به ترتيب در يوسف و miRNA شناخته شده قبلي، 48 و 81 عدد miRNA تعداديموروكو شناسايي شد. نتايج بررسي تغيير بيان نشان داد از اين تعداد، در شرايط تنش خشکي به ترتيب در رقم يوسفها كاهش بيان miRNA ها افزايش بيان نشان داده اند ودر رقم موروكو 15 عدد از miRNA و موروكو 15 عدد و 4 عددهاي شناخته شده و جديد پاسخگو به تنش خشکي در اين بررسي به ترتيب تعداد 640 و miRNA نشان دادند. برايبا ژن هاي miRNA 9790 عدد ژن هدف شناسايي شد. هستي شناسي ژن نشان داد تنش خشکي به تغيير فراوانيهدف عوامل رشد، نمو، گذار از مرحله جواني به پيري و علامت دهي هورموني وابسته است. مهمترين ژنهاي هدفMADS- و HD-ZIP، MYB هايي كه تغيير بيان نشان داده بودند فاكتورهاي رونويسي miRNA شناسايي شده برايبودند. در بخش سوم با استفاده از راهکار بيوانفورماتيك، آناليز دادههاي ترانسکريپتوم جو گزارش شده در BOXپاسخ به تنش خشکي موجود در پايگاه هاي اطلاعاتي انجام شد. ژ نهاي پاسخ دهنده به تنش خشکي در جو به وسيلهمرور منابع ) 450 ژن(، آناليز داد ه هاي ريزآرايه با بيان افتراقي )به ترتيب 1886 و 206 ژن براي تمام سري دادهها با160 ژن( ( EST 997 ژن( و بررسي كتابخانه هاي ( Genvestigator حذف ژنهاي تکراري(، آناليز با استفاده ازشناسايي شدند. ژنهاي مذكور بر اساس دوره نموي دسته بندي شده و براي بازسازي شبکه هاي ژني و برهم كنشپروتئيني و كشف ژن هاي هاب در شرايط تنش خشکي در جو مورد استفاده قرار گرفتند. آناليز پروموتر نشان داد كهاز شايع ترين خانواده هاي ،Zinc Finger و NAC ،MYB ،HD-ZIP ،bHLH ،bZIP ،AP خانواده عوامل رونويسي 2رونويسي داراي جايگاه اتصال در پروموتر ژن هاي هاب بودند. بنابراين به نظر مي رسد كه ژن هاي هاب يافت شده از3از تنظيم كننده هاي كليدي مسيرهاي پاسخ به تنش خشکي در NAC و MYB ،AP2 ،bZIP خانواده عوامل رونويسيگياه جو بوده و به عنوان ژن هاي اميدبخش و نامزد براي بررسي هاي عملکردي پيشنهاد مي شوند.کلمات کليدي: تنش خشکي، جو، فنوتيپينگ، متابوليتها، ژنهاي نامزد، عوامل تنظيمي
|
|
|
:
|
Drought stress is the most important causes of yield loss in crop production all overthe world and also in Iran. Study of drought tolerance mechanisms in barley can bebeneficial in better understanding of genetic bases of drought tolerance helping toimprove the genetic properties involved in drought tolerance. The main objectives ofthis research are to determine the quantitative trait loci of drought tolerance involvedgenes on the barley genetic map, and recognizing drought tolerance genes based onphysiological and molecular mechanisms for utilization for breeding purposes. Firstly,in order to determine the association mapping of agronomic and physiological traitsrelated to drought tolerance in barley, a pure native population (including 121genotypes) were cultivated at Maragheh Dryland Agricultural Research station underwell-watered (WW) and drought stress (DS) conditions. Based on 30 SSR markers, 35associated loci were determined with traits in WW and DS conditions, and the geneticstructure of the population was subdivided into eight sub-populations (K=8).Association mapping analysis based on general linear model (GLM) and mixed (MLM)was performed using Structure and Tassel software. Bmag0613, Bmag0211 andBmag0808 markers were identified as significantly common markers for grain yield andpeduncle length, plant height, spike number, 1000 seed weight, canopy temperature andday to maturity under WW condition. Under stress condition, EBmac501 and HvLTPPBmarkers are identified common between grain yield and 1000-seed weight traits, canopytemperatures, and days to maturity, and GBM1405 marker with biomass, harvest index,seed number, peduncle length, day to heading, grain filling period and leaf relativewater content. 225 alleles were identified for different genomic loci with an average of7.2 for each primer. The highest number of alleles was for Bmag0323, Hvm54 andEBmac679 sites with 13 alleles and the lowest for H30003 with 2 alleles. Usingadvanced M strategy and Heuristic modified algorithm, 63 samples were selected as acore collection, which could be very useful for barley breeding programs and selectionof superior genotypes. Secondly, to study the effect of drought stress on physiologicalcharacteristics and patterns of protein expression and miRNAs in barley, 3 barleycultivars, Yousef (Y, tolerant), Morocco (M), Fajr30 (F, susceptible), and a wild barleyIranian landrace (Sp, tolerant) were studied. The moisture regimes applied including70% (control), 20% and 50% available water (as drought stress treatments) in the352greenhouse. Leaf temperature, stomatal conductance, chlorophyll content, relative watercontent, root volume, root and shoot dry weight, water potential and osmotic adjustmentwere significantly different for moisture regimes. Y and Sp had significantly higherrelative water content, stomatal conductance, osmotic adjustment and root depth underdrought stress. They had higher osmotic adjustment and their root depth increased understress compared to control indicating that the tolerance of Y and Sp arised from osmoticadjustment and root growth. Proteomics analysis revealed that the expression of 23protein spots was significantly changed under drought stress in Y, with 5 spots upregulatedand 18 spots down-regulted. In susceptible cultivar, M, 30 protein spots weresignificantly changed under stress, with 17 spots up-regulated and 13 spots downregulted.These spots will be further analyzed and sequenced to identify proteinsinvolved in barley drought tolerance. Furthermore, a comparison has been drawnbetween the miRNA profiles of two barley cultivars contrasting for their level oftolerance to drought. A further 48 and 81 novel miRNAs responded differentially to thestress in, respectively, Y and M. An in silico analysis identified 645 genes as putativetargets for the drought-responsive miRNAs in Y and 3,735 in M. Gene ontologyanalysis showed that drought stress was associated with the altered abundance ofmiRNAs targeting growth, development, the juvenile to adult transition and hormonesignaling. The most important target genes fot the alterd aboundance of miRNAs aretranscription factors i.e. MYB, HD-ZIP, MADS-Box. Thirdly, drought stress responsivegenes in barley were collected through literature review (405 genes), microarray dataanalysis with differential expression of 2.5 and 5 (1886 and 256 genes, respectively, forall the data series with redundant genes removal), analysis using Genvestigator (337genes) and EST libraries analysis (165 genes). These genes were classified based ondevelopmental stage and used for gene regulatory and protein-protein interactionnetworks reconstruction as well as hub gene identification at drought stress conditionsin barley. Promoter analysis revealed that AP2, bZIP, bHLH, HD-ZIP, MYB, NAC andZinc Finger were amongst the most common transcription factor families havingbinding site in the promoters of the hub genes. Therefore, it is indicated that theidentified hub genes from AP2, bZIP, MYB, NAC families were the main transcriptionfactors regulating drought stress response in barley and are suggested as the promisingcandidate genes for further functional analysis.Keywords: Drought, barley, phenotyping, metabolome, proteome, regulatory factors,candidate genes
|
| |