نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش ‏آموخته کارشناسی ارشد بیوتکنولوژی کشاورزی، گروه ژنتیک و به‌نژادی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس

2 استادیار گروه ژنتیک و به‌نژادی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس

3 استاد گروه ژنتیک و به‌نژادی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

تنش شوری با تداخل در واکنش‌های فیزیولوژیک و اختلال در جذب عناصر غذایی کلیدی نظیر فسفر، منجر به کاهش شدید عملکرد دانه‌ ‌گیاهان می‌گردد. فعالیت فسفاتازها از جمله سازوکارهای گیاهان به منظور تأمین و حفظ هومئوستازی فسفر درون سلولی است. از مجموع 29 اسیدفسفاتاز ارغوانی شناخته شده در گیاه Arabidopsis thaliana، افزایش سطح رونوشت ژن دو اسیدفسفاتاز AtPAP17 و AtPAP26 در شرایط تنش شوری اثبات شده است. در پژوهش حاضر از ژنوتیپ‏ های‌ بیش‌بیان (OE17 و OE26)، جهش ‏یافته‌ ساده (Mu17 و Mu26) و جهش ‏یافته دوگانه (DM) ژن‌های مذکور به منظور مطالعه اثر AtPAP17 و AtPAP26 بر عملکرد و اجزاء عملکرد دانه گیاه آرابیدوپسیس، استفاده شد. براساس آستانه تحمل به شوری در این گیاه (mM100 ‌کلریدسدیم) و ژنوتیپ‌های مورد مطالعه، غلظت‌های 0، 50، 100 و mM150 ‌کلریدسدیم (NaCl) بررسی شد. طی تنش، درصد گل‌دهی، تعداد غلاف در بوته، تعداد بذر در غلاف، وزن هزار دانه، عملکرد کل دانه و همچنین محتوای فسفر کل و آزاد اندازه‌گیری شد. نتایج حاکی از افزایش 7/1 و 89/0 برابری عملکرد کل دانه گیاهان‌OE17 وOE26 در مقایسه باWT در غلظتmM 150 بود، در حالی بود که گیاهان جهش‌یافته فاقد عملکرد دانه‌‌‌ در آن غلظت‌ بودند. از طرف دیگر، محتوای فسفات کل در گیاهان ‌OE17 وOE26 به‌ترتیب 1.7 و 1.5 برابر بیش‌تر از WT در غلظتmM150 بود. با این وجود گیاهان جهش‌یافته Mu17، Mu26 و DM به‌ترتیب کاهش معنی‌دار 39%، 21% و 52% در محتوای فسفات کل در مقایسه با WT و در غلظت‌ مشابه‌ نشان دادند. تغییر در عملکرد دانه ژنوتیپ‏های مورد مطالعه در تحقیق حاضر تحت شرایط تنش شوری شدید، به روشنی حاکی از تأثیر ژن‌هایPAP17 وPAP26 جهت فراهم نمودن فسفر کافی در دسترس و بهبود عملکرد دانه این گیاهان بود. با توجه به نتایج حاصل از مطالعه گیاه آرابیدوپسیس، می‌توان تأثیر دو اسید فسفاتا AtPAP17 وAtPAP26 را به‌عنوان کاندیدای مؤثر در بهبود عملکرد دانه در شرایط تنش شوری در گیاهان زراعی مطالعه نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

Abbasi-Vineh, M.A., 2016. The Role of Two Genes AtPAP17 and AtPAP26 in Salt Stress Tolerance in Arabidopsis thaliana Plants. M.Sc. dissertation, University of Tarbiat Modares, IRAN. [In Persian with English Summary].
Ashraf, M.P.J.C., Harris, P.J.C., 2004. Potential biochemical indicators of salinity tolerance in plants. Plant Science. 166(1), 3-16.
Barrett-Lennard, E., Robson, A., Greenway, H., 1982. Effect of phosphorus deficiency and water deficit on phosphatase activities from wheat leaves. Journal of Experimental Botany. 33(4), 682-693.
Barrett-Lennard, E.G., Van Ratingen, P., Mathie, M.H., 1999. The developing pattern of damage in wheat (Triticum aestivum L.) due to the combined stresses of salinity and hypoxia: experiments under controlled conditions suggest a methodology for plant selection. Australian Journal of Agricultural Research. 50(2), 129-136.
Boyer, J.S., 1982. Plant productivity and environment. Science. 218(4571), 443-448.
Del Pozo, J.C., Allona, I., Rubio, V., Leyva, A., De La Peña, A., Aragoncillo, C., Paz-Ares, J., 1999. A type 5 acid phosphatase gene from Arabidopsis thaliana is induced by phosphate starvation and by some other types of phosphate mobilising oxidative stress conditions. The Plant Journal. 19(5), 579-589.
Ehsanpour, A., Amini, F., 2003. Effect of salt and drought stress on acid phosphatase activities in alfalfa (Medicago sativa L.) explants under in vitro culture. African Journal of Biotechnology. 2(5), 133-135.
Farhadi, S,.2015.Producing of Homozygote double mutant lines in Arabidopsis thaliana PAP17 and PAP26 Genes. M.Sc. Thesis, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran. [In Persian with English Summary].
Farhadi, S., Sabet, MS., Moieni, A., Malboobi, MA., 2019. The effect of two phosphatase AtPAP17 and AtPAP26 gene-knock-out on growth period duration and flowering in Arabidopsis thaliana plants. Modern Genetics Journal. 15(1), 1-10. [In Persian with English Summary].
Hasegawa, P.M., 2013. Sodium (Na+) homeostasis and salt tolerance of plants. Environmental and Experimental Botany. 92, 19-31.
Hurley, B.A., Tran, H.T., Marty, N.J., Park, J., Snedden, W.A., Mullen, R.T., Plaxton, W.C., 2010. The dual-targeted purple acid phosphatase isozyme AtPAP26 is essential for efficient acclimation of Arabidopsis to nutritional phosphate deprivation. Plant Physiology 153(3), 1112-1122.
Jamali, A,. 2014. Functional Analysis of AtPAP17 Gene Encoding a Purple Acid Phosphatase in Arabidopsis thaliana Plants. M.Sc. Thesis, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran. [In Persian with English Summary].
Landis, T.D., Pinto, J.R., Davis, A.S., 2009. Fertigation injecting soluble fertilizers into the irrigation system. Forest Nursery Notes. 29(2), 4-13
Lohrasebi, T., Malboobi, M. A., Samaeian, A., Sanei, V., 2007. Differential expression of Arabidopsis thaliana acid phosphatases in response to abiotic stresses. Iran Journal Biotechnol.5(3), 130-139.
Mahajan, S., Tuteja, N., 2005. Cold, salinity and drought stresses: an overview. Archives of Biochemistry and Biophysics.444(2), 139-158.
Mäser, P., Eckelman, B., Vaidyanathan, R., Horie, T., Fairbairn, D.J., Kubo, M., Yamagami, M., Yamaguchi, K., Nishimura, M., Uozumi, N., Robertson, W., 2002. Altered shoot/root Na+ distribution and bifurcating salt sensitivity in Arabidopsis by genetic disruption of the Na+ transporter AtHKT1. FEBS letters. 531(2),157-161.
Navarro, J.M., Botella, M.A., Cerdá, A., Martinez, V., 2001. Phosphorus uptake and translocation in salt-stressed melon plants. Journal Plant Physiology.158(3), 375-381.
Rychter, A.M., Rao, I., 2005.Role of phosphorus in photosynthetic carbon metabolism. Handbook of Photosynthesis,2, 123-148.
Robinson, W.D., Park, J., Tran, H.T., Del Vecchio, H.A., Ying, S., Zins, J.L., Patel, K., McKnight, T.D. and Plaxton, W.C., 2012. The secreted purple acid phosphatase isozymes AtPAP12 and AtPAP26 play a pivotal role in extracellular phosphate-scavenging by Arabidopsis thaliana. Journal of Experimental Botany. 63(18), 6531-6542.
Sabet, M.S., Zamani, K., Lohrasebi, T., Malboobi, M.A., Valizadeh, M., 2018. Functional assessment of an overexpressed Arabidopsis purple acid phosphatase gene (AtPAP26) in tobacco plants. Iranian Journal of Biotechnology. 16(1), 31-41.
Sabet, M.S., 2011.Functional Analysis of AtPAP26 Gene Encoding a Purple Acid Phosphatase in Arabidopsis thaliana and Gene Transfer and Expression Analysis in tobacco. Ph.D. Dissertation, University of Tabriz, Tabriz, IRAN. [In Persian with English Summary].
Saleki, R., Young, P.G., Lefebvre, D.D., 1993. Mutants of Arabidopsis thaliana capable of germination under saline conditions. Plant Physiology. 101(3), 839-845.‏
Veljanovski, V., Vanderbeld, B., Knowles, V.L., Snedden, W.A., Plaxton, W.C., 2006. Biochemical and molecular characterization of AtPAP26, a vacuolar purple acid phosphatase up-regulated in phosphate-deprived Arabidopsis suspension cells and seedlings. Plant Physiology. 142 (3), 1282-1293.
Walia, H., Wilson, C., Wahid, A., Condamine, P., Cui, X., Close, T.J., 2006. Expression analysis of barley (Hordeum vulgare L.) during salinity stress. Functional and Integrative Genomics. 6(2), 143-156.
Zamani, K., Sabet, M.S., Lohrasebi, T., Mousavi, A., Malboobi, M.A., 2012. Improved phosphate metabolism and biomass production by overexpression of AtPAP18 in tobacco. Biologia. 67(4), 713-720.
Zhu, Jian Kang, 2001. Plant salt tolerance. Trends in Plant Science. 6 (2), 66-71.