بخشی از مقاله
شوری یکی از مشکلات در حال افزایش جهان است که سطح وسیعی از اراضی کشور ما را نیز در بر میگیرد. الیگوساکاریدهای خانواده رافینوز - RFOs - چندین نقش فیزیولوژیکی در گیاهان انجام میدهند که از جمله آنها تجمع این قند در زمان تشکیل دانه در پاسخ به تنش شوری میباشد. سنتز گالاکتینول به عنوان حد واسط بوسیله گالاکتینول سنتاز - GAS - ، اولین گام در تشکیل رافینوز میباشد. در این پژوهش، به منظور مشخص کردن سطح بیان ژن GAS، کربوهیدرات و پرولین در گیاه لوبیا قرمز تحت تنش شوری، آزمایشی به صورت طرح بلوک کامل تصادفی با 3 تکراردر پژوهشکده زیست فناوری دانشگاه زابل انجام شد. سطوح تنش شوری مورد استفاده توسط کلرید سدیم در چهار سطح 0 - شاهد - ، 50، 100 و 150 میلیمولار تهیه شد. RNA از برگ هر نمونه استخراج شد و cDNA با رونویسی معکوس ساخته شد. نتایج نشان داد با افزایش سطح شوری از صفر تا 150 میلی مولار بیان ژن GAS افزایش معنیداری یافت. کربوهیدرات و پرولین نسبت به شاهد افزایش معنی داری یافت. بنابراین به نظر می رسد بیان ژن GAS در گیاه لوبیا قرمز تحت چنین شرایطی سبب سنتز قندهای خانواده رافینوز میشود که برای حفاظت گیاه در برابر تنشهای محیطی مؤثر است و می تواند به گیاه برای تحمل به تنش شوری کمک کند و همچنین از طریق فعال شدن سیستم تنظیم کنندههای اسمزی به نوعی شرایط لازم برای ادامه بقای گیاه را در این حالت فراهم میکند.
کلمات کلیدی: بیان ژن، تنش شوری و گالاکتینول سنتاز
مقدمه
تنش شوری یکی از مشکلات بسیار مهم برای گیاهان بخصوص در مناطق خشک به شمار میآید زیرا نمک رشد گیاهان و تولید محصولات کشاورزی را تحت تأثیر قرار میدهد بنابراین، مکانیسم پاسخ گیاهان به تنش شوری یا تحمل آن از لحاظ ژنتیکی و بیولوژیکی بسیار مورد مطالعه قرار گرفتهاست تحت تنش خشکی و شوری تعدادی از ترکیبات آلی - محلولهای سازگار کننده - تجمع مییابند، این ترکیبات تداخلی در فرآیندهای شیمیایی آنها وارد نمیکنند. از این ترکیبات میتوان به انواعی از کربوهیدراتهای محلول - مانیتول، ساکارز، رافینوز و الیگو ساکارید - و ترکیبات نیتروژنه - اسید آمینه، پرولین و گلیسین بتائین - اشاره کرد. ترکیبات سازگار کننده نقش مهمی در تنظیم اسمزی در گیاهان تحت تنش دارند - Good and . - Zaplachiniski 1994; Munns, 1993 تغییرات بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی زیادی در مقاومت به تنشها همکاری دارند، یک تغییر قابل توجه اینست که قندهای قابل حل شامل ساکارز، تریهالوز و خانواده رافینوز که برای حفاظت گیاه در برابر تنشهای محیطی محلولهای سازگار موثر میباشند، تجمع مییابند. لوبیا - Phaseolus vulgaris L. - یک منبع مهم غذایی در سراسر دنیا محسوب میشود که به دلیل دارا بودن پروتئین، فیبر و ویتامین دانه، ارزش غذایی بالایی دارد. این گیاه یک منبع اصلی تامین پروتئین گیاهی در بسیاری از کشورهای در حال توسعه محسوب میشود . - Dursum, 2007 - هدف از انجام این تحقیق ارزیابی بیان ژن GAS، کربوهیدرات و پرولین در گیاه لوبیا تحت تنش شوری میباشد. به منظور بیان ژن GAS از روش Real Time-PCR استفاده گردید.
مواد و روشها
این تحقیق در پژوهشکده زیست فناوری کشاورزی دانشگاه زابل انجام اجرا گردید. در ابتدا بذرهای لوبیا قرمز از مرکز تحقیقات کشاورزی زابل تأمین شد و سپس در گلدانهای پلاستیکی کوچک کشت داده شد. پس از رسیدن به مرحله 4 برگی تنش شوری در چهار سطح 0 - شاهد - ، 50، 100 و 150 میلیمولار اعمال گردید. گیاهان به مدت یک هفته تحت تنش قرار گرفتند، سپس برای انجام کارهای مولکولی وسنجش کربوهیدرات و پرولین به فریزر 80 -درجه سانتیگراد منتقل شدند.
مطالعه بیان ژن GAS
برای استخراج Total RNA از برگ تودههای خربزه، از کیت سیناژن محلول RNaX Plus همراه با کلروفرم، ایزوپروپانول، اتانول 75 درصد و آب DEPC - دی اتیل پیرو کربنات - طبق پروتکل شرکت سیناژن استفاده شد. پس از استخراج RNA کل، کیفیت آن به وسیله الکتروفورز ژل آگارز بررسی شد. مرحله بعد از استخراج RNA سنتز DNA معکوس با استفاده از کیت 2-Steps RT-PCR kit ساخت شرکت Vivantisبود.
اندازه گیری مقدار کربوهیدراتهای محلول و پرولین
میزان کربوهیدراتهای محلول به روش Schlegel - 1956 - اندارهگیری شد و همچنین برای اندازه گیری پرولین از روش et al - 1973 - Bates استفاده شد.
نتایج
تاثیر شوری بر بیان ژن GAS در لوبیا قرمز
نتایج بررسی میزان بیان ژن GAS لوبیا قرمز تحت تاثیر شوری نشان داد که با افزایش شوری از صفر - نمونه شاهد - تا 150 میلی مولار، میزان بیان ژن GAS از یک روند افزایشی پیروی میکند. به طوری که غلظتهای مختلف 50 - ، 100 و 150 میلی مولار - شوری نسبت به شاهد باعث افزایش معنیداری بیان ژن GAS گردیدهاست - شکل . - 1
شکل -1 تاثیر شوری بر بیان ژن GAS در لوبیا قرمز
تأثیر شوری بر میزان کربوهیدرات و پرولین در لوبیا قرمز
نتایج حاصل نشان داد که شوری تأثیر معنیداری بر میزان کربوهیدرات و پرولین لوبیا قرمز داشت. بطوریکه میزان کربوهیدرات و پرولین در غلظتهای مختلف 50 - ، 100 و 150 میلی مولار - شوری نسبت به شاهد باعث افزایش معنیداری شد - شکل . - 2
شکل -2 تأثیر شوری بر میزان کربوهیدرات و پرولین در لوبیا قرمز
بحث
حبوبات با داشتن بیش از 20 درصد پروتئین نقش مهمی را در تأمین پروتئین مورد نیاز انسان دارند و مکمل غذایی طبیعی و بسیار مطلوبی برای غلات محسوب میشوند. لوبیا یکی از مهمترین حبوبات است که در ایران سطح کشتی بالغ بر 124000 هکتار دارد. به منظور بقا در شرایط تنش، گیاهان به تغییرات رشدی، فیزیولوژیکی و بیوشیمی پاسخ داده و سازگار میشوند. این سازگاری، شامل القای بیان ژن و سنتز تعدادی از پروتئینها می باشد. گیاهان تحت تنش شوری، تغییراتی در فعالیت آنزیمها، تجمع mRNA، فتوسنتتازها، میزان کربوهیدراتها و آمینواسیدها از خود نشان میدهند. ژنهای کد کننده پروتئینها با توالی مشابه پروتئازها، که بوسیله شوری القا می شوند، از thaliana Pisum sativum L. Arabidobsis جدا شده اند . - Ingram and Bartels, 1996 - سنتز اولیگو ساکاریدهای خانواده رافینوز در فرایندهای فیزیولوژیکی و رشدی در گیاهان مستلزم شده است. آنزیم گالاکتینول سنتاز، تشکیل گالاکتینول را از -UDP گالاکتوز و میو-اینوزیتول ، کاتالیز می کند . - Galy et al. 2003 - رابطه گالاکتینول سنتاز نسبت به خشکی و شوری به خوبی استناد شده است - Galy et al.
تحقیق حاضر نخستین گزارش تأثیر شوری بر بیان ژن GAS در لوبیا قرمز است. مطالعات متعددی نشان دادهاند که بیان ژنهای GAS آرابیدوپسیس در پاسخ به تنش شوری و خشکی افزایش یافته بودند در حالیکه AtGolS3 در پاسخ به درجه حرارت پایین تجمع یافته بود - . - Taji et al. 2002 فعالیت گالاکتینول سنتاز در دانههای لوبیا قرمز - Phaseolus vulgaris - بر اثر قرار گیری در شرایط اب و هوای سرد افزایش یافت . - Liu et al. 1998 - نتایج بررسی بیان ژن GAS بیانگر اینست که بیان ژن GAS تحت تیمار غلظت های مختلف شوری سیر افزایشی دارد به طوری که بیشترین مقدار بیان ژن GAS در غلظت شوری 150 میلی مولار مشاهده شد. با بالا رفتن میزان شوری به 150 میلی مولار بر غلظت کربوهیدرات و پرولین نیز افزوده شد. بطوریکه از غلظت صفر - شاهد - تا غلظت
