بررسی کارکردی ژن های کاندید مقاومت به خشکی در گندم نان و برخی خویشاوندان وحشی آن

چکیده تنش خشکی مانع از تظاهر کامل پتانسیل ژنتیکی گیاهان زراعی می شود و از این رو موجب کاهش تولیدات کشاورزی می گردد. کمبود آب می تواند باعث القای ژن ها و تغییر الگوی بیان ژن در گیاه گردد. روش آنالیز expressed sequence tag (est) راهی سریع و منطقی برای کاندید کردن ژن های جدید برای مقاومت به تنش ها می باشد. در این تحقیق تعداد 12 کتابخانه est شاهد و تنش خشکی گندم و خویشاوندان وحشی آن شامل 37138 توالی est مورد بررسی بیوانفورماتیکی قرار گرفت. کانتیگ های دارای افزایش بیان و کاهش بیان در هر بافت مشخص شدند که از این میان 18 ژن در برگ و 2 ژن در ریشه، در شرایط تنش خشکی افزایش بیان معنی دار داشتند. مطالعه گرو ه های کارکردی، کاهش فعالیت گروه های کارکردی در شرایط تنش را مشخص نمود. بررسی شبکه های ژنی، پروتئین ها, عوامل رونویسی و فرآیندهای سلولی مرتبط با این ژن ها را مشخص کرد. جایگاه عوامل رونویسی بر روی پروموتر ژن های مورد نظر بررسی شدند و عوامل رونویسی پاسخ به آبسزیک اسید، پاسخ به تنش خشکی و سرما، با تعداد زیاد در ناحیه پروموتری این ژن ها یافت شدند. در این تحقیق پس از بررسی بیوانفورماتیک بر روی ژن های القای مقاومت به خشکی، چهار ژن atp6، متالوتیونین، بازدارنده پروتئاز و s-like rnase به عنوان ژن های کاندید مرتبط با تنش خشکی، انتخاب شدند. در مرحله بعد به منظور تایید نقش آنها، بررسی روی داده های آزمایش های مختلف میکرواری مرتبط با تنش خشکی صورت گرفت. الگوی بیان این ژن ها در سه بافت برگ، ریشه و بساک، تحت تنش خشکی با استفاده از روش quantitative rt-pcr اندازه گیری شد. ارقام کشت شده در این بررسی شامل ارقام حساس به خشکی (گاسپارد، mv17 و کرنبروک) و ارقام مقاوم به خشکی (پیشگام، سرداری و هالبرد)، همچنین خویشاوندان وحشی شامل triticum monococcum (دارنده ژنوم aa)، triticum turgidum (دارنده ژنوم aabb) و aegilops tauschii (دارنده ژنوم dd) می باشند. نمونه گیری از برگ و ریشه گیاهان تحت تنش در 24 ساعت و 48 ساعت پس از قطع آبیاری (rwc کمتر از 66%)، و همزمان از گیاهان شاهد انجام گرفت. برای مرحله زایشی، نمونه برداری از بساک ها در مرحله میکروسپور جوان و تتراد صورت گرفت. خصوصیات روزنه ای تحت شرایط کنترل و تنش اندازه گیری شد. ارقام مقاوم به خشکی دارای بیشترین میزان طول و عرض روزنه بودند. تعیین میزان نشت الکترولیت ها از غشای سلولی در بافت برگ تحت تنش خشکی، به وسیله سنجش میزان هدایت الکتریکی (ec)، صورت گرفت تا واکنش گیاهان در اثر تنش خشکی تخمین زده شود. در این مطالعه کمترین میزان ec متعلق به t. monococcum, ae. tauschii و یک رقم گندم به نام mv17 بوده است. بررسی بیان ژن atp6 به وسیله pcr کمی در بافت های ریشه و برگ نشان داد که این ژن در ریشه رقم mv17 دارای بیان نسبی بالایی بوده است, همچنین این ژن در برگ خویشاوندان وحشی گندم (t. monococcum, ae. tauschii) در اثر تنش خشکی، افزایش بیان نشان داده است. ژن متالوتیونین در اثر تنش خشکی در ریشه اکثر ارقام افزایش بیان نشان داد. بیان ژن بازدارنده پروتئاز در برگ ارقام مقاوم، افزایش چشمگیری نشان داد. بالاترین میزان بیان ژن s-like rnase تحت شرایط تنش، در بساک خویشاوندان وحشی گندم، به خصوص در ae. tauschii مشاهده شد. بررسی پروموتر ژن s-like rnase با روش رنگ آمیزی gus صورت گرفت و بررسی ها، فعالیت بافت اختصاصی این پروموتر در بافت بساک را نشان داد.