کاربرد پروتئومیکس در مطالعه پروتئوم ریشه و برگ دو ژنوتیپ توتون شرقی (spt 406 و basma s.31) تحت تنش شوری

چکیده: توتون (nicotiana tabacum l.) از جمله گیاهان صنعتی مهمی است که در اقتصاد خیلی از کشورها اهمیت دارد و ایران به علت شرایط اقلیمی خاص و مناسب از دیرباز به عنوان یکی از مناطق مستعد جهت کشت انواع توتون محسوب می باشد. شوری یک پدیده پیچیده می باشد که تنها سبب اثرات اسمزی نمی شود بلکه همچنین سبب اثرات سمی یونی و بهم خوردن تعادل مواد غذایی می شود. به منظور درک پاسخ توتون به تنش شوری پارامترهای متفاوتی (رشد، محتوی نسبی آب، فتوسنتز، محتوی کلروفیل، محتوی یونی، محتوی پرولین، آنزیم های آنتی اکسیدانتی و آنالیز پروتئوم) در دو ژنوتیپ توتون شرقی (basma s.31 and spt 406) مورد بررسی قرار گرفتند. گیاهان توتون برای سه دوره زمانی متفاوت (2، 5 و 12 روزه) در معرض غلظت های مختلف شوری (0، 50، 100، 150 و 200 میلی مولار کلرید سدیم) قرار گرفتند. بر اساس نتایج بدست آمده وزن تر و خشک اندام هوایی و ریشه، و همچنین طول اندام هوایی و ریشه در ژنوتیپ basma s.31 نسبت به ژنوتیپ spt 406 کاهش بیشتری نشان داده است. در هر دو ژنوتیپ کاهش رشد اندام هوایی نسبت به ریشه شدیدتر می-باشد. محتوی سدیم و کلر اندام هوایی و ریشه هر دو ژنوتیپ تحت تیمار کلرید سدیم در یک الگوی وابسته به میزان و زمان تیمار افزایش می یابد، در حالی که محتوی پتاسیم کاهش می یابد. در برگ ها، انباشتگی سدیم و کلر در ژنوتیپ spt 406 بیشتر از ژنوتیپ basma s.31 بود، در حالی که در ریشه ها برعکس می باشد. بررسی ها نشان داده که پارامترهای فتوسنتزی در هر دو ژنوتیپ با افزایش شوری و مدت زمان شوری کاهش می یابد، اما میزان این کاهش در ژنوتیپ spt 406 در مقایسه با ژنوتیپ basma s.31 شدیدتر می باشد. کاهش میزان فتوسنتز خالص، هدایت روزنه ای و میزان تعرق در هر دو ژنوتیپ مرتبط با کاهش دی اکسید کربن بین سلولی در برگ ها می باشد که نشان می دهد تحت تنش شوری ممکن است محدودیت های روزنه ای نسبت به محدودیت های غیر روزنه ای عامل مهمتری باشد. در سطح ریشه، با افزایش شوری basma s.31 توانایی بالاتری را در محدود ساختن جذب و انباشتگی نمک به نمایش می-گذارد. به نظر می رسد که کاهش میزان فتوسنتز خالص ناشی از شوری در هر دو ژنوتیپ با توانایی محدود ساختن انتقال و انباشتگی نمک به برگ ها مرتبط می باشد. بنابراین، تحمل شوری با حفظ میزان فتوسنتز خاص و هدایت روزنه ای در ارتباط می باشد. محتوی پرولین اندام هوایی و ریشه ی هر دو ژنوتیپ تحت تیمار کلرید سدیم در یک الگوی وابسته به میزان و زمان تیمار افزایش می یابد، اما انباشتگی پرولین در ژنوتیپ basma s.31 بیشتر از ژنوتیپ spt 406 می باشد. هر دو ژنوتیپ تغییرات مشابهی در میزان فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانتی (آسکوربات پراکسیداز، کاتالاز و گایاکول پراکسیداز) در برگ ها و ریشه ها تحت شوری نشان می دهند، به طوری که فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانتی تحت تنش شوری افزایش می یابد. علاوه بر این، بیشترین میزان فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانتی 12 روز بعد از تیمار کلرید سدیم مشاهده شد. به منظور بررسی پروتئوم، گیاهان به مدت 12 روز در معرض سطوح شوری 0 و 200 میلی مولار کلرید سدیم قرار گرفتند. پروتئین ها از برگ و ریشه استخراج شده و به وسیله الکتروفورز دو بعدی جداسازی شدند. تحت تنش شوری در برگ های basma s.31 و spt 406 به ترتیب تعداد 19 (از 468 لکه شناسایی شده) و 16 لکه پروتئینی (از 460 لکه شناسایی شده) دارای بیان متفاوتی بودند. همچنین در ریشه ها، تحت تنش شوری در basma s.31 و spt 406 به ترتیب تعداد 15 (از 472 لکه شناسایی شده) و 18 لکه پروتئینی (از 484 لکه شناسایی شده) دارای بیان متفاوتی بودند. در حالی که سطوح برخی از پروتئین ها به وسیله تیمار نمک کاهش یافته است، اما افزایش انباشتگی تعدادی از پروتئین ها تحت تنش شوری نیز مشاهده شد. به طوری که تعداد لکه های پروتئینی که در برگ افزایش بیان داشته اند در ژنوتیپ basma s.31 بیشتر از ژنوتیپ spt 406 می باشد (به ترتیب 10 و 9 لکه پروتئینی). همچنین در ریشه ها، ژنوتیپ basma s.31 در مقایسه با ژنوتیپ spt 406 دارای تعداد بیشتری لکه پروتئینی است که افزایش بیان داشته اند (به ترتیب 7 و 6 لکه پروتئینی). تنش شوری به طور معنی داری فاکتورهای رشدی و پارامترهای فیزیولوژیک را در هر دو ژنوتیپ توتون کاهش می دهد، اما این اثرات مهاری در ژنوتیپ spt 406 شدیدتر از basma s.31 می باشد. به هر حال، تفاوت ها در فاکتورهای رشد و پارامترهای فیزیولوژیک بین ژنوتیپ ها می تواند به توانایی بیشتر ژنوتیپ basma s.31 در حفظ غلظت پتاسیم، ممانعت از جذب نمک، انتقال سدیم و کلر از ریشه ها به برگ ها و انباشتگی بعدی آنها در برگ تحت افزایش تنش شوری نسبت داده شود. بنابراین، می توان نتیجه گرفت که basma s.31 در مقایسه با spt 406 ظرفیت بیشتری برای تحمل شوری دارد و در نواحی متاثر از شوری این ژنوتیپ پیشنهاد می شود. به هر حال، تعداد لکه هایی که افزایش بیان داشته اند و همچنین میزان افزایش بیان شان در برگ و ریشه basma s.31 بیشتر از spt 406 می-باشد، که این نتایج با نتایج مربوط به فاکتورهای رشد و پارامترهای فتوسنتزی همخوانی دارد.