مطالعه الگوی بیان ژن bZIP transcription factor ۱ و فعالیت برخی آنزیم های آنتی-اکسیدانت و تجمع پرولین در ذرت (Zea mays L.) تحت تنش شوری

مقدمه: ذرت (Zea mays L.)، گیاهی دیپلوئید از خانواده گندمیان بوده و از لحاظ فتوسنتز جزو گیاهان C۴ می­باشد. تنش شوری سبب افزایش تولید گونه­های فعال اکسیژن (ROS) می­شود که این خود باعث ایجاد تنش ثانویه به نام تنش اکسیداتیو در گیاهان می­شود. افزایش سطح ROS به ویژه موجب پراکسیداسیون اسیدهای چرب غیراشباع شده و در نتیجه، فرآورده های ثانویه ای مانند کتون ها، مالون دی آلدئید و سایر ترکیبات مشتق از آن ها تولید می شود. پراکسیداسیون لیپیدها و تولید مالون دی آلدئید به عنوان یکی از شاخص های مهم آسیب اکسیداتیو، به طور گسترده برای ارزیابی میزان حساسیت یا تحمل ژنوتیپ های گیاهی به تنش شوری مورد استفاده قرار می گیرد. گیاهان برای مقابله با تنش اکسیداتیو ناشی از شوری، مجموعه ای از سازوکارهای دفاعی آنزیمی و غیرآنزیمی را فعال می کنند. آنزیم های آنتی اکسیدانت نقش اساسی در سم زدایی ROS و حفظ هموستاز اکسیداتیو ایفا می کنند. علاوه بر این، در تنش شوری، افزایش سنتز پرولین به عنوان یک اسمولیت فعال موجب حفظ تعادل اسمزی و محافظت سلول ها در برابر کم آبی می شود. خانواده ی bZIP یکی از گسترده ترین گروه های عوامل رونویسی در گیاهان محسوب می شود که نقشی محوری در پاسخ به تنش های زیستی و غیرزیستی ایفا می کند. این پژوهش با هدف شناخت پاسخ های فیزیولوژیکی، بیوشیمیایی و مولکولی ذرت به تنش شوری، با تمرکز بر فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت، تجمع پرولین، پراکسیداسیون لیپیدی و الگوی بیان ژن bZIP transcription factor۱  در دو لاین متحمل و حساس تحت تنش شوری ۸ دسی زیمنس بر متر انجام شد.مواد و روش ها: دو لاین ذرت شامل لاین متحمل (R۱۰; P۱۴L۲) و حساس (S۴۶; MO۱۷) به شوری بر اساس نتایج مطالعات پیشین انتخاب شدند (Ebrahimipour et al., ۲۰۲۰). آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح پایه کاملا تصادفی با سه تکرار اجرا گردید. فاکتور اول شامل دو ژنوتیپ ذرت و فاکتور دوم شامل دو سطح شوری (شاهد و ۸ دسی زیمنس بر متر) بود. گیاهان در اتاق رشد کنترل شده دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه تحت شرایط دمایی ۲±۲۵ درجه سانتی گراد، رطوبت نسبی ۶۵–۶۰ درصد و دوره نوری ۱۶ ساعت روشنایی و ۸ ساعت تاریکی پرورش یافتند. آبیاری گیاهان از مرحله دو برگی با محلول غذایی هوگلند انجام شد. اعمال تنش شوری از مرحله هشت برگی به مدت ۲۰ روز با استفاده از محلول غذایی حاوی NaCl، ۸ دسی زیمنس بر متر، انجام گرفت. پس از پایان دوره تنش، نمونه برداری از برگ های جوان به منظور انجام آزمایش های بیوشیمیایی و مولکولی انجام و نمونه ها بلافاصله در دمای ۸۰- درجه سانتی گراد نگهداری شدند. برای بررسی الگوی بیان ژن bZIP transcription factor ۱، آغازگرهای اختصاصی ژن هدف و ژن مرجع (اکتین) بر اساس توالی های موجود در پایگاه داده NCBI طراحی شدند.یافته ها: نتایج نشان داد که تنش شوری موجب افزایش معنی دار پراکسیداسیون لیپیدها (مالون دی آلدئید) و تجمع پرولین در هر دو لاین شد، به طوری که شدت این افزایش در لاین متحمل بیشتر بود. فعالیت آنزیم های سوپراکسید دیسموتاز و آسکوربات پراکسیداز و کاتالاز تحت تنش شوری افزایش یافت، در حالی که فعالیت گایاکول پراکسیداز کاهش نشان داد. کاتالاز و آسکوربات نیز پاسخ وابسته به ژنوتیپ از خود بروز دادند و فعالیت آن­ها در لاین حساس نسبت به لاین متحمل افزایش بیشتری داشت. تحلیل همبستگی صفات، ارتباط مثبت و معنی دار بین پرولین، مالون دی آلدئید و فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانت کلیدی را تایید کرد. در سطح مولکولی، بیان ژن bZIP transcription factor۱ به طور معنی داری تحت تاثیر زمان، لاین و اثر متقابل آن ها قرار گرفت؛ به طوری که لاین حساس افزایش بیان زودهنگام و گذرا و لاین متحمل افزایش بیان تاخیری اما پایدار این ژن را نشان داد.نتیجه گیری: در مجموع، نتایج این پژوهش نشان می دهد که تحمل شوری در ذرت حاصل تعامل هماهنگ میان تنظیم سیستم آنتی اکسیدانت، تجمع اسمولیت ها و کنترل زمانی بیان ژن های تنظیم کننده پاسخ به تنش است و ژنbZIP transcription factor۱  می تواند به عنوان یک نشانگر مولکولی کلیدی در بهبود تحمل شوری مورد توجه قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

آنزیم های آنتی اکسیدانت ، بیان ژن ، پرولین ، تنش غیرزنده ، ذرت و Real-time PCR