تاثیر تنش کمبود آهن بر بیان نسبی ژن ‎های ZIP۳، ZIP۶ و ZIP۷ در گندم نان (.Triticum aestivum L)

چکیده مبسوط مقدمه و هدف: گندم نان (L.Triticum aestivum ) گسترده ترین گونه ی گندم و یکی از چهار محصول عمده در جهان است که غذای اصلی بیش از ۳۰ درصد مردم جهان را تشکیل میدهد. تنش های غیرزیستی مهم ترین عوامل محیطی محدودکننده تولید محصول و کاهش عملکرد می باشند که با تاثیر روی فرآیندهای مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و مولکولی نقش قابل‎ توجهی در تعیین پتانسیل عملکرد و تولید گیاهان دارند. از تنش های غیرزیستی می توان به کمبود عناصر کم‎مصرف در خاک اشاره کرد. عناصر کم مصرف متابولیسم مواد غذایی در بدن انسان را تنظیم می کنند و کمبودشان سلامت انسان را به‎خطر می اندازد. آهن و روی از جمله عناصر کم مصرف ضروری برای سلامت انسان هستند و به‎عنوان عوامل کمکی بسیاری از آنزیم های حیاتی، در بسیاری از فرآیندهای متابولیک انسان نقش دارند. در گیاهان نیز عنصر آهن بیشترین عنصر موردنیاز در بین تمام عناصر کم مصرف می باشد. آهن بخشی از گروه کاتالیزوری بسیاری از آنزیم های اکسیداسیون و احیا بوده و برای سنتز کلروفیل موردنیاز می باشد. برای تسهیل در جذب کافی آهن و برای جلوگیری از جذب بیش از حد، گیاهان یک شبکه متعادلی برای تنظیم جذب، استفاده و ذخیره یون ها ایجاد کرده اند. در واقع چنین تنظیماتی به ژن هایی بستگی دارد که هموستازی یون ها را در گیاهان تنظیم می کنند. در گندم به‎دلیل وجود ژنوم بزرگ آلو‎هگزاپلوئید و چالش های فنی در ترانسفورماسیون، تعداد کمی از ژن های دخیل در جذب، جابجایی و ذخیره سازی آهن و روی از نظر عملکردی مشخص شده اند. با توجه به نقش مهم پروتئین های ZIP در کارایی ارقام نسبت به جذب آهن، مطالعه بیان ژن های مذکور در ارقام گندم نان آهن-کارا و آهن-ناکارا می تواند در اصلاح ارقام آهن-کارا در این محصول موثر باشد. بنابراین هدف از این تحقیق، مطالعه بیان ژن های ZIP۳، ZIP۶ و ZIP۷ در برگ و ریشه دو رقم گندم نان آهن-کارا و آهن-ناکارا در مراحل مختلف رشدی تحت تنش کمبود آهن بود. مواد و روش‎ها: این تحقیق به‎صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه اجرا شد. فاکتور اول شامل دو رقم گندم آهن-کارا (پیشتاز) و آهن-ناکارا (فلات)، فاکتور دوم شامل دو سطح آهن خاک (کمبود و کفایت آهن به‎ترتیب ۱/۴ و ۱۰ میلی گرم در کیلوگرم خاک) و فاکتور سوم شامل دو مرحله نمونه‎برداری (رویشی و زایشی به‎ترتیب یک ماه بعد از کشت و ۳۰ درصد خوشه‎دهی) بود. برای ارزیابی بیان ژن ها، نمونه برداری در هر مرحله رشدی از ریشه و برگ گیاهان انجام شد. بذور از موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر ایران تهیه و بعد از ضدعفونی با آب اکسیژنه یک درصد، در عمق ۴ سانتی‎متری خاک کاشته شد. آبیاری در طول فصل رشد، با استفاده از آب مقطر در حد ظرفیت زراعی انجام شد. یافته‎ها: نتایج تجزیه واریانس بیان نسبی هر سه ژن مورد مطالعه نشان داد که اثر متقابل رقم × اندام × مرحله نمونه‎برداری در سطح احتمال یک درصد معنی دار می باشد. براساس نتایج مقایسه میانگین برهمکنش رقم × اندام × مرحله نمونه‎برداری برای ژن ZIP۳ بیشترین افزایش بیان نسبی ژن در ریشه رقم آهن-کارای پیشتاز در مرحله رویشی مشاهده شد و در مرحله زایشی میزان بیان نسبی این ژن در ریشه رقم آهن-ناکارای فلات بیشتر از رقم آهن-کارای پیشتاز بود. ولی در برگ، رقم آهن- ناکارای فلات بیشترین افزایش بیان نسبی در هر دو مرحله زایشی و رویشی را به‎خود اختصاص داد ولی اختلاف میزان بیان ژن در برگ بین دو مرحله نمونهبرداری از نظر آماری معنی دار نبود و کمترین میزان بیان ژن در برگ مربوط به رقم پیشتاز بود. مقایسه میانگین اثر متقابل رقم × اندام × مرحله نمونه برداری برای ژن ZIP۶ حاکی از افزایش میزان بیان نسبی ژن ZIP۶ در ریشه رقم آهن-کارای پیشتاز در مرحله رویشی و رقم آهن-ناکارای فلات در مرحله زایشی بود. بیشترین میزان افزایش بیان نسبی این ژن در ریشه رقم پیشتاز در مرحله رویشی و ریشه رقم فلات در مرحله زایشی مشاهده شد. نتایج مقایسه میانگین اثر متقابل رقم × اندام × مرحله نمونه‎برداری برای ژن ZIP۷ نشان داد که بیشترین میزان بیان نسبی این ژن در ریشه رقم آهن- کارای پیشتاز در مرحله رویشی مشاهده شد. همچنین میزان بیان نسبی این ژن در ریشه رقم آهن- کارا در مرحله رویشی به‎طور معنی داری بیشتر از مرحله زایشی می باشد. در هر دو مرحله رویشی و زایشی در برگ میزان افزایش بیان ژن در رقم آهن- ناکارای فلات بیشتر بود. نتیجه‎گیری: با افزایش بیان ژن ZIP۳ در شرایط کمبود آهن در مرحله رویشی در ریشه رقم آهن- کارا نسبت به برگ احتمال می رود نقش اصلی این ژن، در جذب آهن از خاک و انتقال آن به اندام هوایی در اوایل دوره رشدی در شرایط کمبود آهن باشد. ژن ZIP۶ در هر دو اندام ریشه و برگ در کل دوران رشدی گیاه بیان می شود با این تفاوت که با افزایش سن گیاه، میزان بیان هم بیشتر می‎شود. بنابراین ژن ZIP۶ احتمالا وظیفه جذب و انتقال آهن در اندام های مختلف، در کل دوره رشدی گیاه را برعهده دارد و نقش مهمی را در حفظ آهن در شرایط کمبود آن ایفا می کند. ژن ZIP۷ تحت شرایط کمبود آهن در هر دو اندام برگ و ریشه بیان می شود ولی در ریشه در مرحله رویشی در رقم آهن- کارا این میزان بیان بیشتر می باشد و احتمال می‎رود این ژن در جذب آهن از خاک و انتقال آن به اندام های هوایی شرکت دارد.

کلیدواژه ها:

Bread wheat ، Iron deficiency ، Micronutrients ، Real-time PCR ، عناصر کم مصرف ، کمبود آهن ، گندم نان ، واکنش زنجیره‎ای پلیمراز در زمان واقعی