شناسایی، بررسی بیان و عملکرد ژن های پاسخ دهنده به تنش های غیرزیستی در برنج

تنش های غیرزیستی مانند شوری، خشکی و سرما موجب از بین رفتن بخش قابل توجهی از محصولات کشاورزی در سراسر جهان می شوند. در پاسخ به این عوامل تنشی، بیان ژن های مختلفی دستخوش تغییر می شود که اثر منفی تنش ها را تخفیف داده، منجر به تحمل گیاه می شوند. شناسایی و مطالعه عملکرد این ژن های پاسخ دهنده به تنش ها، نه تنها به منظور درک مکانیسم ملکولی تحمل به تنش ها و پاسخ های گیاهان عالی، بلکه برای افزایش تحمل گیاهان زراعی به تنش ها از طریق دستورزی ژن ها حایز اهمیت زیادی است. در گیاهان سازوکارهایی وجود دارد که به دنبال جوانه زنی به بررسی وضعیت محیط می پردازند تا از رشد در شرایط نامناسب جلوگیری کرده و شانس بقای دانه رست ها را افزایش دهند. در آرابیدوپسیس این کار با میانجیگری آبسیزیک اسید صورت گرفته و نیازمند عوامل رونویسی ‭ABI‬5 و ‭ABI‬3 است. موضوع پژوهش اول این طرح، بررسی وجود سازوکاری مشابه برای توقف رشد القا شده با تنش های غیر زیستی در دانه رست های برنج از طریق مطالعه بیان دو ژن‭OsABF‬1 و ‭OsVP‬1 (ارتولوگ عوامل رونویسی ‭ABI‬5 و‭ABI‬3) است. به منظور اعمال تنش های شوری، خشکی و سرما، دانه رست های دو روزه به ترتیب به محیط ‭MS ‬حاوی غلظت های ایزواسمزی ‮‭50 100‬، ،0‭) NaCl ‬و ‮‭150‬ میلی مولار)، مانیتول (،0 ،‮‭180 100‬ و ‮‭275‬ میلی مولار) در دمای ‮‭25‬ درجه سانتی گراد و محیط ‭MS ‬در دمای 4 و ‮‭15‬ درجه سانتی گراد برای مدت 2 یا ‮‭10‬ روز انتقال یافتند. در هر دو رقم مورد مطالعه، تنش ها موجب کاهش رشد طولی و افزایش بیان ژن های‭OsABF‬1 و ‭OsVP‬1 شدند. بنابراین بر اساس نتایج به دست آمده این احتمال وجود دارد که دو عامل رونویسی‭OsABI‬5 و ‭OsVP‬1 به طور مستقیم یا غیر مستقیم تنظیم کننده بیان و در نتیجه فعالیت سایر ژن های دخیل در توقف رشد القا شده توسط تنش های غیر زیستی در برنج باشند. پروتیین فسفاتازهای C2 گروهی از سرین/تریونین فسفاتازها هستند که در ترارسانی پیام تنش نقش دارند. زیرخانواده ای از این پروتیین فسفاتازها در آرابیداپسیس، شامل ‭ABI‬1 و ‭ABI‬2، به عنوان جزیی از مسیر ترارسانی پیام ‭ABA ‬شناخته شده اند. تعداد 9 پروتیین در برنج شناسایی شده اند ‭(OsPP‬2C1 تا ‭OsPP‬2C9) که دارای تمامی نواحی حفظ شده و حایز اهمیت زیرخانواده مذکور می باشند. میزان بیان رونوشت های ‭OsPP‬2C5 تنها تحت تاثیر تنش خشکی و هورمون آبسیزیک اسید به شدت افزایش و با آبیاری مجدد یا حذف ‭ABA ‬کاهش می یابد. در پروژه دوم، الگوی بیان رونوشت های ژن ‭OsPP‬2C5 تحت سطوح مختلف تنش شوری، خشکی و سرما در گیاهچه های ژنوتیپ های ‭IR‬‮‭29‬ و‭FL‬‮‭478‬ (به ترتیب حساس و متحمل به شوری) با استفاده از روش ‭Real time PCR ‬بررسی شدند. نتایج نشان دهنده ی افزایش بیان ژن ‭OsPP‬2C5 در گیاهچه های 4 روزه لاین 2‭)FL‬‮‭478‬ روز پس از اعمال تنش) و ‮‭12‬ روزه رقم ‮‭10‬‭) IR‬‮‭29‬ روز پس از اعمال تنش) در سطوح بالای تنش شوری وخشکی بود که حاکی از پاسخ سریع تر رقم متحمل نسبت به حساس است. در ضمن وقوع پردازش جایگزین برای ژن ‭OsPP‬2C5 و القای رونوشت های مختلف در شرایط تنش تایید شد. در پروژه سوم، به منظور روشن ساختن نقش دو ژن ‭OsVP‬1 و ‭OsPP‬2C5 در تحمل به تنش، ویژگی های گیاهان جهش یافته در این دو ژن در مراحل مختلف رویشی و زایشی با والد وحشی مورد مقایسه قرار گرفت. همچنین بررسی مقایسه ای پاسخ گیاهان جهش یافته و وحشی به تیمار آبسیزیک اسید و تنش های غیرزیستی به همراه مطالعه الگوی بیان آنها در گیاهچه های ‮‭12‬ روزه برنج انجام شد. نتایج حاصل تایید کرد ژن ‭OsVP‬1 برای نمو دانه حیاتی است و می تواند در ترارسانی پیام آبسیزیک اسید و کاهش رشد در شرایط تنش نقش داشته باشد. همچنین بر اساس نتایج به دست آمده ژن ‭OsPP‬2C5، برای تولید و جوانه زنی بذر ضروری بوده و در پیام رسانی هورمون ‭ABA ‬و در نتیجه تنش شوری و خشکی در گیاه نقش دارد. یافته های این تحقیق موید این موضوع است که ‭OsPP‬2C5 تنظیم کننده منفی مسیر پیام رسانی ‭ABA ‬میباشد. بررسی سه رونوشت مختلف ژن ‭OsPP‬2C5 به وسیله ی ‭Real time PCR ‬تحت تنش های شوری، خشکی و سرما نشان داد که پردازش جایگزین نقش کلیدی در بیان این ژن در پاسخ به تنش دارد. بر اساس نتایج به دست آمده به نظر می رسد الگوی بیان و عملکرد ژن های مورد مطالعه از آرابیدوپسیس تا برنج و بین تنش های غیر زیستی خشکی، شوری و سرما تا حد زیادی حفظ شده است. این موضوع می تواند حاکی از اهمیت سازوکارهای مربوطه از جمله پیام رسانی هورمون ‭ABA‬و توقف رشد القا شده با تنش باشد. بنابراین تنظیم این فرایندهای کلیدی به نحو بهینه و سرعت کافی می تواند راهکاری کلیدی در تحمل این تنش ها باشد. واژه های کلیدی: آبسیزیک اسید، برنج، بیان ژن، تنش های غیرزیستی، عملکرد ژن