نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشگاه جهرم، جهرم

2 استاد گروه بیوتکنولوژی و به نژادی گیاهی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

3 استادیار گروه تولیدات گیاهی، دانشکده کشاورزی شیروان، دانشگاه بجنورد، شیروان

چکیده

تنش شوری و غلظت بالای یون‌ها، یکی از مهم‌ترین عوامل محدودکننده رشد و نمو گیاهان زراعی می‌باشند. تنش شوری درواقع بروز هم‌زمان یا متوالی تنش یونی و تنش اسمزی است، درنتیجه یافتن روندهایی جهت بهبود توانایی تحمل به این تنش، در بهینه شدن دوام در هر دو شرایط اثر معناداری خواهد داشت. برخی گیاهان موسوم به هالوفیت‌ها، در برابر این تنش مجموعه‌ای از سازگاری‌ها و واکنش‌های فعال را نشان می‌دهند که موجب تحمل آن‌ها به شرایط شوری می‌شود. در این پژوهش نیز به‌منظور شناسایی تفاوت‌های احتمالی سازوکار تحمل یا حساسیت به شوری در آلوروپوس (Aeluropus littoralis به‌عنوان یک گیاه متحمل) و برنج (Oryza sativa var. IR64 به‌عنوان یک گیاه حساس)، الگوی تغییر رونویسی ژن‌ سوپر اکسید دیسموتاز (SOD) و برخی شاخص‌های مرتبط با توالی‌های نوکلئوتیدی و آمینواسیدی آن در‌ ریشه و اندام هوایی دو گیاه در شرایط تنش موردمطالعه و مقایسه قرار گرفتند. برای این هدف دوره تنشی شامل تنش‌های کوتاه‌مدت (6 ساعت)، میان‌مدت (24 و 48 ساعت) و بلندمدت (6 و 11 روزه) در نظر گرفته شد. بررسی بیان ژن SOD سریع‌تر بودن شروع پاسخ و حفظ استمرار بیان آن در طول دوره تنش در آلوروپوس نسبت به برنج را نشان داد. با تعیین و بررسی توالی ژن‌های موردمطالعه دو گیاه، علاوه بر تعیین شاخص‌های بیوشیمیایی همچون وزن مولکولی و نقطه ایزوالکتریک سوپر اکسید دیسموتازهای موردبررسی، شاخص ناپایداری (instability index) و شاخص آروماتیکی (Aromatic index) آن‌ها نیز تعیین و مورد مقایسه قرار گرفتند که برتری آن‌ها در سوپر اکسید دیسموتاز آلوروپوس نسبت برنج IR64 مشخص شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

Ali, Md.N., Ghosh, B., Gantait, S., Chakraborty, S., 2014. Selection of rice genotypes for salinity tolerance through morpho-biochemical assessment. Rice Science. 21 (5), 288–298. https://doi.org/10.1016/s1672-6308(13)60189-4
Alscher, R.G., 2002. Role of superoxide dismutases (SODs) in controlling oxidative stress in plants. Journal of Experimental Botany. 53 (372), 1331–1341. https://doi.org/10.1093/jexbot/53.372.1331
Aydin, S., Büyük, İ., Aras, E.S., 2014. Expression of SOD gene and evaluating its role in stress tolerance in NaCl and PEG stressed Lycopersicum esculentum. Turkish Journal of Botany. 38, 89–98. https://doi.org/10.3906/bot-1305-1.
Bai, L.-W.-D., Liu, J., Dai, L.-F., Deng, Q.-W., Chen, Y.-L., Xie, J.-K., Luo, X.-D., 2021. Identification and characterisation of cold stress-related proteins in Oryza rufipogon at the seedling stage using label-free quantitative proteomic analysis. Functional Plant Biology. 48(5) p.542. https://doi.org/10.1071/fp20046
Barhoumi, Z., 2018. Physiological response of the facultative halophyte, Aeluropus littoralis, to different salt types and levels. Plant Biosystems. 153(2), 298–305. https://doi.org/10.1080/11263504.2018.1478901
Bose, J., Rodrigo-Moreno, A., Shabala, S., 2013. ROS homeostasis in halophytes in the context of salinity stress tolerance. Journal of Experimental Botany. 65 (5), 1241–1257. https://doi.org/10.1093/jxb/ert430
Burley, S.K., Petsko, G.A., 1985. Aromatic-aromatic interaction: A mechanism of protein structure stabilization. Science. 229(4708), 23–28. https://doi.org/10.1126/science.3892686
Chen, T., Shabala, S., Niu, Y., Chen, Z.-H., Shabala, L., Meinke, H., Venkataraman, G., Pareek, A., Xu, J., Zhou, M., 2021. Molecular mechanisms of salinity tolerance in rice. The Crop Journal. 9(3), 506–520. https://doi.org/10.1016/j.cj.2021.03.005
Dukhnytskyi, B., 2019. World agricultural production. Ekonomika APK. (7), 59–65. https://doi.org/10.32317/2221-1055.201907059
Espenshade, T.J., Stolnitz, G.J., 1988. Technological Prospects and Population Trends (1st ed.). Routledge. https://doi.org/10.4324/9780429308376
Estaji, A., Roosta, H.R., Rezaei, S.A., Hosseini, S.S., Niknam, F., 2018. Morphological, physiological and phytochemical response of different Satureja hortensis L. accessions to salinity in a greenhouse experiment. Journal of Applied Research on Medicinal and Aromatic Plants. 10, 25–33. https://doi.org/10.1016/j.jarmap.2018.04.005
Fao., 2021. World Food and Agriculture – Statistical Yearbook. Retrieved Sep 15, 2022, from https://www.fao.org/3/cb4477en/cb4477en.pdf
Georis, J., Esteves, F.D.L., Lamotte-Brasseur, J., Bougnet, V., Giannotta, F., Frère, J.-M., Devreese, B., Granier, B., 2008. An additional aromatic interaction improves the thermostability and thermophilicity of a mesophilic family 11 xylanase: Structural basis and molecular study. Protein Science. 9 (3), 466–475. https://doi.org/10.1110/ps.9.3.466Gill
Gill, S.S., Tuteja, N., 2010. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant Physiology and Biochemistry. 48(12), 909–930. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2010.08.016
Gill, S.S., Anjum, N.A., Gill, R., Yadav, S., Hasanuzzaman, M., Fujita, M., Mishra, P., Sabat, S.C., Tuteja, N., 2015. Superoxide dismutase—mentor of abiotic stress tolerance in crop plants. Environmental Science and Pollution Research. 22(14), 10375–10394. https://doi.org/10.1007/s11356-015-4532-5
Guruprasad, K., Reddy, B.V.B., Pandit, M.W., 1990. Correlation between stability of a protein and its dipeptide composition: a novel approach for predicting in vivo stability of a protein from its primary sequence. “Protein Engineering, Design and Selection.” 4(2), 155–161. https://doi.org/10.1093/protein/4.2.155
Ighodaro, O.M., Akinloye, O.A., 2018. First line defence antioxidants-superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and glutathione peroxidase (GPX): Their fundamental role in the entire antioxidant defence grid. Alexandria Journal of Medicine. 54(4), 287–293. https://doi.org/10.1016/j.ajme.2017.09.001
Jithesh, M.N., Prashanth, S.R., Sivaprakash, K.R., Parida, A.K., 2006. Antioxidative response mechanisms in halophytes: Their role in stress defence. Journal of Genetics. 85(3), 237–254. https://doi.org/10.1007/bf02935340
Kannan, N., Vishveshwara, S., 2000. Aromatic clusters: a determinant of thermal stability of thermophilic proteins. Protein Engineering, Design and Selection. 13(11), 753–761. https://doi.org/10.1093/protein/13.11.753
Kawasaki, S., Borchert, C., Deyholos, M., Wang, H., Brazille, S., Kawai, K., Galbraith, D., Bohnert, H.J., 2001. Gene expression profiles during the initial phase of salt stress in rice. The Plant Cell. 13(4), 889–905. https://doi.org/10.1105/tpc.13.4.889
Kibria, M.G., Hossain, M., Murata, Y., Hoque, Md.A., 2017. Antioxidant Defense Mechanisms of Salinity Tolerance in Rice Genotypes. Rice Science. 24(3), 155–162. https://doi.org/10.1016/j.rsci.2017.05.001
Kokkonen, P., Bednar, D., Pinto, G., Prokop, Z., Damborsky, J., 2019. Engineering enzyme access tunnels. Biotechnology Advances. 37(6) p.107386. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2019.04.008
Lanzarotti, E., Biekofsky, R.R., Estrin, D.A., Marti, M.A., Turjanski, A.G., 2011. Aromatic–aromaticinteractions in proteins: Beyond the dimer. Journal of Chemical Information and Modeling. 51(7), 1623–1633. https://doi.org/10.1021/ci200062e
M Marcum, K.B., Murdoch, C.L., 1994. Salinity Tolerance mechanisms of six C4 turfgrasses. Journal of the American Society for Horticultural Science. 119(4), 779–784. https://doi.org/10.21273/jashs.119.4.779
Moodley, A., Fatoba, A., Okpeku, M., Emmanuel Chiliza, T., Blessing Cedric Simelane, M., Pooe, O.J., 2022. Reverse vaccinology approach to design a multi-epitope vaccine construct based on the Mycobacterium tuberculosis biomarker PE_PGRS17. Immunologic Research. 70(4), 501–517. https://doi.org/10.1007/s12026-022-09284-x
Newberry, R.W., Raines, R.T., 2019. Secondary forces in protein folding. ACS Chemical Biology. 14(8), 1677–1686. https://doi.org/10.1021/acschembio.9b00339
Prashanth, S.R., Sadhasivam, V., Parida, A., 2007. Over expression of cytosolic copper/zinc superoxide dismutase from a mangrove plant Avicennia marina in indica Rice var Pusa Basmati-1 confers abiotic stress tolerance. Transgenic Research. 17(2), 281–291. https://doi.org/10.1007/s11248-007-9099-6
Qiao, K., Fang, C., Chen, B., Liu, Z., Pan, N., Peng, H., Hao, H., Xu, M., Wu, J., Liu, S., 2020. Molecular characterization, purification, and antioxidant activity of recombinant superoxide dismutase from the Pacific abalone Haliotis discus hannai Ino. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 36(8). https://doi.org/10.1007/s11274-020-02892-5
Riyazuddin, R., Verma, R., Singh, K., Nisha, N., Keisham, M., Bhati, K.K., Kim, S.T., Gupta, R., 2020. Ethylene: A master regulator of salinity stress tolerance in plants. Biomolecules. 10(6) p.959. https://doi.org/10.3390/biom10060959
Szőllősi, R., 2014. Superoxide Dismutase (SOD) and Abiotic Stress Tolerance in Plants. Oxidative Damage to Plants., 89–129. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-799963-0.00003-4
Taïbi, K., Taïbi, F., Ait Abderrahim, L., Ennajah, A., Belkhodja, M., Mulet, J.M., 2016. Effect of salt stress on growth, chlorophyll content, lipid peroxidation and antioxidant defence systems in Phaseolus vulgaris L. South African Journal of Botany. 105, 306–312. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2016.03.011
Win, K.T., Oo, A.Z., 2015. Genotypic difference in salinity tolerance during early vegetative growth of cowpea (Vigna unguiculata L. Walp.) from Myanmar. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 4(4), 449–455. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2015.08.009
Winicov, I., 1998. New Molecular Approaches to Improving Salt Tolerance in Crop Plants. Annals of Botany. 82 (6), 703–710. https://doi.org/10.1006/anbo.1998.0731
Xia, X., Li, W.-H., 1998. What amino acid properties affect protein evolution? Journal of Molecular Evolution. 47 (5), 557–564. https://doi.org/10.1007/pl00006412.
Zhang, A. et al., 2019. Enhanced rice salinity tolerance via CRISPR/Cas9-targeted mutagenesis of the OsRR22 gene. Molecular Breeding. 39, 47. https://doi.org/10.1007/s11032-019-0954-y