بررسی مورفو-فیزیولوژیکی و مولکولی برخی از ژنوتیپ های بادام تحت تنش سرما

زود گلدهی در ژنوتیپ های بومی و سرمازدگی و درنتیجه آن کاهش شدید تولید، از مشکلات عمده تولیدکنندگان بادام در اغلب سال ها است. لذا درک صحیح از ویژگی های ایجاد مقاومت جهت دستیابی به ارقام متحمل به سرما با عملکرد بالا و بازارپسندی خوب از اهداف عمده بهنژادی بادام بشمار می رود. در این پژوهش چهار ژنوتیپ متفاوت از نظر زمان گلدهی و تحمل به سرما، شامل دیرگل حساس (sh12)، میان گل تا دیرگل متحمل (h)، زود گل متحمل (g19) و زود گل تا میان گل حساس (m3) انتخاب شد و در سه بخش مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و ملکولی مورد ارزیابی قرار گرفت. در بخش مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی برخی از صفات مورفو-فیزیولوژیکی مرتبط با سرمازدگی در نمونه های تهیه شده در مرحله شکوفایی کامل، در شرایط کنترل شده مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد ژنوتیپ زود گل g19 و ژنوتیپ زود گل تا میان گل m3 به ترتیب دارای کمترین و بیشترین میزان سرمازدگی بودند. مطالعه میزان نشت یونی نیز نشان داد که ژنوتیپ‎های g19 و m3 به ترتیب دارای کمترین و بیشترین میزان نشت یونی بودند. در اغلب موارد میزان قندهای محلول و همچنین مقدار پرولین در ژنوتیپ های متحمل بطور معنی داری بیش از ژنوتیپ های حساس بود. همبستگی بین میزان سرمازدگی با قندهای محلول و مقدار پرولین منفی و معنی دار بود که می تواند بیانگر نقش این ویژگی ها در تحمل به سرما باشد. در حالی که این همبستگی با شاخص نشت یونی مثبت و معنی دار بود. در نمودار بای پلات میزان قندهای محلول و مقدار پرولین با ژنوتیپ های متحمل به سرما و نیز میزان سرمازدگی و نشت یونی با ژنوتیپ های حساس به سرما در یک راستا بودند. تجزیه خوشه ای برمبنای این ویژگی ها به درستی ژنوتیپ های حساس و متحمل را در گروه های جداگانه قرار داد. لذا ضمن اینکه می توان از این ویژگی ها در شناسایی ژنوتیپ های متحمل استفاده نمود، بهره گیری از ژنوتیپ‎های h و g19در اصلاح ژنتیکی تحمل به سرما و ایجاد ارقام جدید در بادام قابل توصیه است. در بخش مورفولوژیکی نیز مشخص شد که هر یک از این ژنوتیپ ها از نظر صفات زراعی چه وضعیتی دارند. در بخش ملکولی نیز از روش rna-seq برای بررسی ترانسکریپتوم استفاده شد. روش rna-seq توانایی ما را در تشخیص و بررسی تنش های غیرزیستی در سطح ترانسکریپتوم متحول کرده است. در این مطالعه برای اولین بار آنالیز جامع الگوی بیان ژن در بافت بساک بادام تحت تنش یخ زدگی انجام شد. علاوه بر بدست آوردن بیش از 40000 توالی ترانسکریپت در بادام، بیش از 6000 ژن تغییر بیان یافته در پاسخ به تنش سرما شناسایی شد. از بین ژن های تغییر بیان یافته که تفاوت آماری معنی داری داشتند، تعداد 2415 ژن افزایش بیان و تعداد 4511 ژن کاهش بیان نشان دادند. بررسی آنتولوژی ژن-های تغییر بیان یافته فرایندهای مهم مرتبط با سرما همچون متابولیسم کربوهیدرات ها، فرایندهای متابولیکی پروتئین، مسیرهای بیوسنتز پرولین و مسیرهای مهم دیگر را نشان داد. این نتایج با نتایج بدست آمده از مطالعات فیزیولوژیکی که افزایش محتوای قندهای محلول و پرولین را نشان داده مطابقت دارد. در بررسی های تکمیلی بیان 14 ژن درگیر در متابولیسم کربوهیدرات ها و بیوسنتز پرولین شامل beta-1,3-galactosyltransferase، invertase، sucrose synthase، phosphoglycerate kinase، udp-glucose pyrophosphorylase، hexokinase-1، phosphoenolpyruvate carboxykinase، bzip،pyrrolidone-carboxylate peptidase، trehalose-6-phosphate synthase، phosphomannomutase، hexokinase-3، ribulose-phosphate 3-epimerase وproline dehydrogenase 2 با استفاده از real time pcr مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بیان ژن ها نشان داد که بیشتر این ژن ها همچون trehalose-6-phosphate synthase، beta-1,3-galactosyltransferase، phosphomannomutase، invertase، sucrose synthase، phosphoglycerate kinase،phosphoenolpyruvate carboxykinase و pyrrolidone-carboxylate peptidase و همچنین عوامل رونویسی مانند bzip در ژنوتیپ های متحمل افزایش بیان داشته اند. این نتایج نشان دهنده اهمیت ژن های مذکور در تحمل بادام در برابر تنش سرما می باشد. شبکه های ترسیم شده در این مطالعه می تواند راهنمای مناسبی برای انتخاب ژن ها جهت دستورزی های ژنتیکی در اصلاح بادام و همچنین گیاهان خویشاوند باشد. به علاوه تعداد قابل توجه ترانسکریپت های شناسایی شده در این مطالعه منجر به تفسیر بهتر ژنوم و ترانسکریپتوم بادام و همچنین سایر گونه های خانواده rosaceae می شود. همچنین ژن های بدست آمده در این تحقیق می توانند به عنوان بیومارکرهای مولکولی در برنامه های اصلاحی برای تنش های مختلف در بادام و سایر گونه های rosaceae بکار روند.