ارزیابی مولکولی و بیوشیمیایی دو رقم گندم نان (.Triticum aestivum L) تحت تأثیر تنش اکسیداتیو

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشکده تولیدات گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

2 دانشجوی دکتری، گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشکده تولیدات گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

تنش ناشی از عناصر فلزی یکی از مشکلات جدی بازدارنده تولید محصول در سراسر جهان است. تنش فلزی باعث تغییرات فنوتیپی، آنزیمی و بیان ژن در گیاهان می‌شود. اساساً، اثرات مضر تنش فلزی با تولید مقدار زیادی گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) ایجاد می‌شود. اگرچه مقادیر بالای گونه‌های فعال اکسیژن (ROS)مضر است، اما در غلظت‌های پایین و متعادل به­عنوان یک عامل سیگنالی و انتقال عمل می‌کنند. در این بررسی، آزمایشی به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با سه تکرار اجرا شد. فاکتورهای آزمایشی شامل نیترات نقره (AgNO3)به‌عنوان عامل تنش اکسیداتیو در سه سطح (0، 1 و 2 میلی‌مولار) و دبکو (DABCO) به‌عنوان آنتی اکسیدانت در سه سطح (0، 10 و 20 میلی‌مولار) بودند که روی دو رقم گندم (فلات و تجن)اعمال شدند. صفات مورد ارزیابی شامل کلرفیل a، کلرفیل b، شاخص سطح اکسیداسیونی سلول‌ (TBARM) و بیان ژن‌های متالوتیونین و گلوکناز بود.نتایج نشان داد که تیمار نیترات نقره در سطوح بالا و بدون دبکو کلروفیل a و b را کاهش داد و از طرفی موجب افزایشTBARM  شد. بر اساس نتایج این آزمایش، تحت شرایط تنش ابتدا بیان ژن‌های متالوتیونین و گلوکناز افزایش یافت و سپس با افزایش سطح نیترات نقره بیان آن‌ها کاهش یافت. بالاترین و پایین‌ترین سطح بیان ژن‌های متالوتیونین و گلوکناز در هر دو رقم تجن و فلات به‌ترتیب در تیمارهای1­میلی‌مولار و 2 میلی‌مولار نیترات نقره رخ داد. شناسایی نقش ژن­های مزبور در واکنش به تنش اکسیداتیو، علاوه بر تحلیل سازوکار تاثیر سمیت فلزات سنگین، امکان استفاده از این ژن­ها را در برنامه­های اصلاحی اعم از کلاسیک و مولکولی فراهم می­آورد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Molecular and biochemical evaluation of two bread wheat cultivars (Triticum aestivum L.) under oxidative stress

نویسندگان [English]

  • Saeid Navabpour 1
  • Abolfazl Mazandarani 2
1 Assoc.Prof., Dept. of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Crop Production, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources,Gorgan, Iran
2 Ph. D. Student,Dept. of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Crop Production, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources,Gorgan, Iran
چکیده [English]

Metal stress is one of the serious problems that restrict crop production around the world. Metal stress causes phenotypic, enzymatic and gene expression changes in plants. Mainly, the harmful effect of metal stress is created by producing a large amount of Reactive Oxygen Species (ROS). Although, high concentrations of ROS is deterioration but they can act as a signaling factor in fairly low concentrations.In this study, a factorial experiment was performed inthe form of randomized complete block design (RCBD) with three replications. Experimentalfactors dinclude silver nitrate(AgNO3) in three levels (0, 1, 2 mM) as factor for oxidative stressand DABCO as antioxidant in three levels (0, 10, 20 Mm) was applied on ″Falat″ and ″Tajan″ cultivars of wheat. The evaluated traitsinclude chlorophylla and b, index of cellular oxidative levels(TBARM) and gene expressions amount of metallothionein and glucanase. Our results illustrate that high levels (2 mM) of silver nitrate treatment alone, decreased the chlorophyll a, b content, as well as the TBARM increases. Also,based on the results, under stress conditions the expression of metallothionein and glucanase genes firstly increased and then with increasing of silver nitrate level reduced their expression in both cultivars The highest and lowest expression of Metallothionein and Glucanasegenes was happen in 1 mM and 2 mM silvernitrate treatments respectively. By knowing the role of the studied genes in response to oxidative burst, mechanisem of heavy metal effect was anlyzed. In addition, using of these genes in molecular or classic breeding program well approved.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Chlorophyll
  • Glucanase
  • Metal stress
  • Metallothionein
Amjad, H., Shazia, N., Tahira, I., Hina, S. and Ahsanul, M. 2008.Effects of NACL salinity on seedling growth, senescence, catalase and protease activities in two wheat genotypes differing in salt tolerance. Pakistan Journal of Botany 40(3): 1043-1051.##Apel, K. and Hirt, H. 2004.Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress, and signal transduction.Annual Review of Plant Biology55: 373-399.##Beyer, W., Irmlay, J. and Fridovich, I. 1991. Superoxide dismutases. Progress in Nucleic Acid Research and Molecular Biology140: 221-253.##Clijsters, H., Cuyper, A. and Vangronsveld, J. 1999. Physiological responses to heavy metals in higher plant; defence against oxidative stress. ZeitschriftfürNaturforschung54c: 730-734.##Cobbet, C.S. and P.B. Goldsbrough. 2002.Phytochelation and metallothioneins: Roles in heavy metal detoxification and homeostasis. Annual Review of Plant Biology 53: 159-182.##Cruz-Ortega, R., Cushman, J. C. and Ownby, J. D. 1997.cDNAclonesencoding 1,3-b-glucanase and a fimbrin-like cytoskeletal proteinare induced by Al toxicity in wheat roots. Plant Physiology114: 1453-1460.##Dipierro, N., Mondelli, D., Paciolla, E., Brunetti, G. and Dipierro, S. 2005. Changes in the ascorbute system in the response of pumpkim roots to aluminium stress. Journal of Plant Physiology 162(5): 529-536.##Foley, R. C., Liang, Z. M. and Singh, K. B. 1997. Analysis of type 1 metallothioneincDNA in Viciafaba. Plant Molecular Biology33: 583-591.##Ghorbanli, M., Meighani, F. and Asadollahy, B. 2005. Effect of copper chloride stress on chlorophyll, carbohydrate accumulation, and some growth parameters in two canola (Brassica napus L.) cultivars. Pajouhesh&Sazandegi76: 134-141. (In Persian with English Abstract).##Hagege, D., Nouvelot, A., Boucard, J. and Gaspar, T. 1990.Malondialdehyde titration with thiobarbiturate in plant extracts: avoidance of pigment interference. Phytochemical Analysis 1:86-89.##Kawashima, I., Inokuchi, Y., Chino, M., Kimura, M. and Shimizu, N. 1991. Isolation of a gene for a metallothionein-like protein from soybean. Plant Cell Physiology32: 913-916.##Kim, Y. J. and Hwang, B. K. 1997. Isolation of a basic 34 kiloDalton b-1,3-glucanase with inhibitory activity against Phytophthoracapsici from pepper stems. Physiological and Molecular Plant Pathology50: 103-115.##Lane, B., Kajoika, R. and Kennedy, T. 1987. The wheat-germ Ec protein is a zine-containing metallothionein. Biochemistry and Cell Biology65: 1001-1005.##Mackerness, S. A. H., John, C. F., Jordan, B. and Thomas, B. 2001. Early signaling components in ultraviolet-B responses. distinct roles for different reactive oxygen species and nitric oxide. FEBS Letters489: 237-242.##Mahalingam, R. and Fedoroff, N. 2003.Stress response cell death and signaling: The many faces of reactive oxygen species. PhysiologiaPlantarum 119 (1): 56-68.##Moustakas, M., Eleftheriou, E.P. and Ouzounidou, G. 1997. Short- term effects of aluminum at alkaline pH on the structure and function of the photosynthetic apparatus. Photosynthetica 34: 169-177.##Murphy, A. and Taiz, L. 1995.Comparison of metallotionein gene expression and non-protein thiolsin 10 Arabidopsis ecotypes. Correlation with copper tolerance. Plant Physiology109: 1-10.##Navabpour, S., Morris, K., Allen, R., Harrison, E., Mackerness, S. and Buchanan-Wollaston, V. 2003. Expression of senescence-enhanced genes in response to oxidative stress. Journal of Experimental Botany54: 2285-2292.##Navabpour, S.,Bagherieh-Naggar, M. B. and Soltanloo, H. 2007. Identification of novel genes expressed in Brassica napus during leaf senescence and in response to oxidative stress. International Journal of Plant Prodaction 1: 35-44.##Orcutt, D. M. and Nilsen, E. T. 2000.The physiology of plants under stress, soil and biotic factors. John Wiley and Sons, New York.##Pan, S. Q., Ye, X. S. and Kuc, J. 1989. Direct detection of β-1, 3-glucanase isozymes onpolyacrylamide electrophoresis and isoelectrofocusing gels. Analytical Biochemistry 182: 136-140.##Pandey, N. and Sharma, C. P. 2002.Effeet of neavy metals Co+2, Ni2+ and Cd2+ on grarth and metabolism of cabbage. Plant Science 163: 753-758.##Porra, R. J., Thompson, W. A. and Kriedmann, P. E. 1989. Determination of accurate extinction coefficients and simultaneous equations for assaying chlorophylls a and b extracted with four different solvents: Verification of the concentration of chlorophyll standards by atomic absorption spectroscopy.##BiochimicaetBiophysicaActa 975: 384-394.##Rabinson, N. J., Tommey, A. M., Kusel, C. and Jackson, P. 1993. Plant metallothioneins. Biochemical Journal 295: 1-10.##Rout, G. R. and Das, P. 2003. Effect of metaltoxicity on plant growth and metabolism. AgronomyJournal23: 3-11.##Saeidi-Sar, S., Khavari-Nejad, R. A., Fahimi, H., Ghorbanli, M. and Majd, A. 2006. Ascorbic acid protects soybean plants against Ni-induced oxidative stress. Pajouhesh&Sazandegi 70: 80-87. (In Persian with English Abstract).##Shao, H. B., Chu, L. Y., Wu, G., Zhang, J. H. and Hu, Y.C. 2007. Changes of some anti-oxidative physiological indices under soil water deficits among 10 wheat (TriticumaestivumL.) genotypes at tillering stage. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 45: 7-13.##Sparrow, J. R., Zhou, J., Ben-Shabat, B., Vollmer, H., Itagaki, Y. and Nakanishi, K. 2002.Involvement of oxidative mechanisms in blue light induced damage to A2E-Laden RPE. Investigative Ophthalmology and Visual Science43: 1222-1227.