شناسایی و ارزیابی مولکولی ژن های مرتبط با تحمل خشکی و شوری در کلزا (brassica napus)

تنش های خشکی و شوری از مهم ترین عوامل افت عملکرد گیاهان زراعی در سراسر جهان می باشند. تولید گیاهانی با پتانسیل و پایداری عملکرد بیشتر در شرایط نامساعد محیطی از رهیافت های اصلی مقابله با این تنش هاست. درک مبانی مولکولی چگونگی پاسخ گیاه به تنش، امکان دست ورزی ژنتیکی هدف مند و کارآمد گیاهان زراعی جهت بهبود تحمل به تنش را فراهم می آورد. در این پژوهش با بررسی ترانسکریپتوم گیاه زراعی کلزا (brassica napus) و گونه های خویشاوند آن در پاسخ به تنش های خشکی و شوری، از طریق تجزیه و تحلیل داده هایest و ریزآرایه ها، یک شبکه ی ژنی پاسخ به تنش پیش بینی گردید. به علاوه میکرو آر ان آ های با بیان افتراقی و ژن-های هدف آن ها در شبکه ی ژنی شناسایی شدند. بر اساس شبکه ی ژنی به دست آمده سه ژن به نام هایabi1، myb44 و vip1، انتخاب و توالی ناحیه رمزشونده آن ها از گیاه کلزا جداسازی و همسانه سازی شد. جهت بررسی مولکولی ژن های انتخابی و تعیین نقش های احتمالی آن ها در تحمل به تنش در گیاه کلزا، یک رقم متحمل به تنش به نام slm046 و یک رقم حساس به تنش به نام زرفام در دو آزمایش جداگانه ی تنش خشکی و تنش شوری مورد ارزیابی قرار گرفتند. شاخص های فیزیولژیک و صفات بیوشیمیایی مرتبط با تحمل به تنش و الگوی بیان ژن های منتخب در پاسخ به تنش های خشکی و شوری در برگ و ریشه ی ارقام مورد مطالعه تعیین شد. همچنین، با استفاده از تجزیه و تحلیل داده های مربوط به همه ی پروموتورهای ژن های موجود در ژنوم گیاه آرابیدوپسیس، برای اولین بار یک روش آماری مقایسه ی جفتی بین پروموتورها برای تعیین تفاوت معنی دار بین آن ها از نظر تعداد دفعات تکرار هر یک از موتیف های پروموتوری ارائه و از این روش جهت بررسی ارتباط بین موتیف های پروموتوری ژن های منتخب و الگوی بیان آن ها در پاسخ به تنش استفاده شد. نتایج مطالعه ی ترانسکریپتوم پاسخ به تنش نشان داد که بیان طیف گسترده ای از ژن ها به خصوص ژن های تنظیمی مانند عوامل رونویسی، پروتئین کینازها و پروتئین فسفاتازها، تحت تاثیر تنش تغییر می یابد. همچنین هشت میکرو آر ان آ پاسخ دهنده به تنش شناسایی شدند. شبکه ی ژنی پیش بینی شده دربرگیرنده ی 59 ژن و میکرو آر ان آ شناسایی شده در این پژوهش بود و ژن abi1 از نقاط مرکزی این شبکه بود. جداسازی و همسانه سازی ژن هایbnabi1، bnmyb4 و bnvip1 نشان داد که این ژن ها هم در سطح نوکلئوتیدی و هم در سطح پروتئینی شباهت زیادی با هومولوگ های خود در گونه های گیاهی brassica rapa و آرابیدوپسیس دارند. ارزیابی صفات فیزیولوژیک و بیوشیمیایی در تنش خشکی نشان داد که رقم slm046 به شکل معنی داری محتوای آب برگ، پایداری غشای سلولی و سنتز پرولین بیشتری نسبت به رقم زرفام دارد. همچنین، مشخص شد که الگوی بیان ژن های منتخب در تنش خشکی نیز بین دو رقم تفاوت معنی داری دارد. بر این اساس و با توجه به ارتباط این ژ ن ها با هم و با دیگر ژن های شبکه ی ژنی، به نظر می رسد ژن هایbnabi1، bnmyb4 و bnvip1 با تاثیر بر فرآیندهای سنتز هورمون aba، تنظیم وضعیت آبی گیاه (از طریق کنترل باز و بسته شدن روزنه ها، تنظیم فشار اسمزی و تغییر در الگوبندی ریشه ی گیاه) و مقابله با تنش اکسیداتیو در پاسخ گیاه کلزا به تنش خشکی و تحمل نسبت به آن مشارکت دارند. آزمایش تنش شوری نیز مشخص نمود که هم ایستایی یونی دو رقم به شکل معنی داری با هم تفاوت دارد. رقم slm046 در تنش شوری هم ایستایی بیشتری نسبت به رقم زرفام نشان داد. الگوی بیان ژن های منتخب در تنش شوری نیز بین دو رقم اختلاف معنی داری داشت. به نظر می رسد ژن هایbnabi1، bnmyb44 و bnvip1 با همکاری با هم و دیگر ژن های شبکه ی ژنی نقش مهمی در ایجاد هم ایستایی یونی در سلول و تحمل تنش شوری ایفا می نمایند. بعلاوه، با مقایسه ها ی جفتی بین پروموتور ژن های منتخب در مجموع هجده موتیف پروموتوری معنی دار شناسایی شد و ارتباط آن ها با الگوی بیان ژن ها مورد بحث قرار گرفت. در مجموع چنین نتیجه گیری می شود که ژن های بررسی شده در این پژوهش می توانند در ایجاد تحمل به تنش های خشکی و شوری در کلزا نقش داشته باشند و هر یک از آنها می تواند جهت دست ورزی ژنتیکی با هدف بهبود تحمل به تنش های غیرزیستی در کلزا و دیگر گیاهان زراعی مورد استفاده قرار گیرند.