دانلود پایان نامه دکترای:بررسی تنوع آللی ژن­ های کاندیدای تحمل به تنش شوری در ارقام جو

دانشکده علوم زراعی

پایان نامه دوره دکتری در رشتهییی اصلاح نباتات

موضوع:

بررسی تنوع آللی ژن­ های کاندیدای تحمل به تنش شوری در ارقام جو

اساتید راهنما:

دکتر نادعلی بابائیان جلودار

دکتر سید مجتبی خیام نکوئی

اساتید مشاور:

دکتر محسن مردی

دکتر بابک ناخدا

شهریور ماه 1391

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمیشود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

ح

خ

مقدمه:

افزون بر 20% از اراضی کشاورزی و نزدیک به نیمی از زمین های آبی در دنیا متأثر از مشکل شوری هستند که این، عامل محدود کنندهی رشد و نمو گیاهان در سراسر جهان و مشکلی جدی برای تولید محصول کشاورزی می­باشد (28). شوری خاک یکی از مهمترین مشکلات محیطی است که تولید محصول زراعی را تحت تاثیر قرار می­دهد (51). لذا، فهم مکانیسم های تحمل به شوری بسیار با اهمیت است (15). عملکرد گیاهان زراعی تحت تأثیر تنش­های زنده و غیر زنده بیش از 50% کاهش می­یابد (146). افزایش شوری خاک یا آب موجب ایجاد اختلال در فرآیندهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاه شده و باعث بروز مشکلاتی مانند 1) عدم تعادل یونی 2) کمبود مواد معدنی 3) تنش اسمزی 4) سمَیَت یونی و تنش اکسیداتیو می­گردد (64). این شرایط با اجزای سلولی همانند DNA، لیپیدها و رنگدانهها اثر متقابل می­یابد (134) و رشد و نموَ اکثر گیاهان زراعی را کاهش می­دهد. تحمل نسبت به شوری صفتی چند ژنی است که شامل الف) تقسیم بندی مقادیر زیاد نمک در داخل گیاه ب) تنظیم اسمزی و ج) تغییرات مورفولوژیکی می­باشد (84). مطالعاتی که در زمینهی تحمل به تنش شوری انجام گرفته است شامل: 1- برنامه های اصلاح کلاسیک که علی رغم برخی موفقیت­ها، به دلیل ماهیت چند ژنی بودن این صفت محدود گردیده است، 2- استفاده از موتاسیون­هایی که منجر به از بین رفتن و حذف عملکرد ژن می­گردند برای شناسائی و مطالعهی ژن­های مسئول تنش. برای مثال در آرابیدوپسیس، به دلیل سهولت در دستکاری ژنتیکی این گیاه (6)، تحقیقاتی در این زمینهی انجام گرفته است و 3- روشهای کشت آزمایشگاهی در گیاهانی مانند یونجه (154)، برنج (77 و 155) و سیب زمینی (93) می­باشد. توسعه گیاهان دارای پتانسیل ژنتیکی بالقوه برای تحمل نسبت به این تنش، به کاهش استفاده از آب نیز کمک می­کند (27). افزایش گیاهان متحمل (124) همراه با مهندسی ژنتیک نتایج خوبی را از نظر احتمال انتقال سریع و دقیق صفات مطلوب به داخل گیاهان مورد نظر، بدون حضور ژن های مضر از خویشاوندان نزدیک گیاه، نشان داده است (111). زیرا در این روش، از انتقال مناطق ناخواسته کروموزومی ممانعت می­گردد (112 و 20). استفاده از ظرفیت داخلی گیاه، تحمل آن نسبت به این تنش را تقویت می­کند و مهندسی ژنتیک مدرن به انتقال صفات مطلوب کمک می­نماید (94).

جو یکی از متحمل­ترین گیاهان زراعی است که طی سال­ها، از روش­های مختلف فیزیولوژیکی برای تعیین تنوع فنوتیپی تحمل به شوری در این گیاه استفاده شده است (149). ذخایر ژنی جوی زراعی در مقایسه یی با انواع وحشی آن تنوع ژنتیکی محدودی را نشان دادند که این امر بیانگر لزوم توسعه ارقام سازگار می­باشد (105). گزارش شده است که جمعیت هایی که در مناطق تحت تنش شوری رشد می­یابند دارای تنوع ژنتیکی گسترده­تری هستند (88). از نظر میزان محصول دانه در محیط شور، جو یکی از اعضای متحمل به شوری در تیره تریتیاسه است (69). مکانیسم تحمل به شوری در این تیره عموماً شامل تجمع یون سدیم در طول دوره رشد گیاه می­باشد (15 و 138). از نقطه نظر تجمع این یون در تیره تریتیاسه، گیاه جو دارای تنوع ژنتیکی بالایی است. شوری یکی از موانع اصلی افزایش تولید محصول در جو بوده و تحمل به این تنش در مراحل مختلف رشد گیاه متفاوت است. حساس­ترین مراحل رشد گیاه در مقابل تنش شوری در جو دو مرحله جوانه زنی و گیاهچگی می­باشد و با افزایش سن گیاه میزان تحمل آن نیز افزایش می­­یابد. تأثیر این تنش در مرحله جوانه زنی جو بیشتر مربوط به اثرات یونی است (134)، در حالیکه در مرحله گیاهچگی تنش شوری حاصل اثرات اسمزی می­باشد (74). بین تحمل به شوری در دو مرحله رشدی جوانه­زنی و گیاهچگی هیچ رابطهیی­ای وجود ندارد (74). مکانیسم­های تحمل به شوری در جو شامل موارد زیر است: 1- انتقال یون سدیم از برگ­های گیاه جو به داخل واکوئول که موجب کاهش سمَیَت این یون می­شود (38) و 2- توزیع بیشتر یون پتاسیم موجود در برگ­های جو به داخل سلول­های مزوفیل نسبت به توزیع آن­ها در سلول­های اپیدرم که موجب افزایش نسبت یونی پتاسیم به سدیم در سیتوپلاسم سلول­های مزوفیل می­شود و این وضعیت برای ثبات فتوسنتز با اهمیت است (56).

استراتژی­های حفاظت در مقابل آسیب ناشی از شوری در جو عبارت از استراتژی های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی است. تغییر عملکرد ژن راهی موثر برای تغییر این وضعیت است. بنابراین یک مرحله اساسی، درک مکانیسم مولکولی پاسخ به تنش است که در این مرحله، ژن­های کنترل کنندهی تنش و گیاهان ترانس ژنیک دارای تحمل بالا نسبت به این تنش شناسایی می گردند (65).

دو ژن CBL4 و HKT1 نقش مهمی در تحمل گیاه جو نسبت به تنش شوری دارند که نقش و اهمیت آن­ها به طور خلاصه ذکر می­گردد. سیگنال­های حاصل از یون کلسیم، مبدَل­ها و تنظیم کنندهی­های اصلی در فرآیندهای سازگاری و نموَی گیاهان هستند. این سیگنال­ها به واسطه اثرات تحریکی خاص ناشی از فعال شدن همزمان کانال­ها، پمپ­ها و انتقال دهنده­هایی که بهصورت دمائی و فضایی افزایش یون کلسیم را نشان می­دهند، بروز می­یابند (59). مشخص­ترین مسیر سیگنال­دهی که مختص تنش شوری است نیز شامل افزایش یون کلسیم در سیتوسول می­باشد (161). در این مسیر، افزایش القائی یون سدیم در سیتوسول احتمالاً از طریق یک پروتئین calcineurin B-like به نام CBL4 که اصولاً تحت عنوان SOS3 شناخته شده است، تشخیص داده می­شود. کمپلکس CBL4/CIPK24 (SOS3/SOS2) از طریق زنجیره اسید چرب مریستول با CBL4/SOS3 پیوند کووالانسی تشکیل می­دهد (Ishitani, 2000) که موجب فسفریلاسیون و در نتیجه فعال شدن آنتی ریپورتر Na⁺/H⁺ موجود در بخش مرزی غشاء  یعنی SOS1 می­گردد (104، 106 و 126). سیستم سیگنال­دهی CBL/CIPK برای ترجمه سیگنال­های یون کلسیم به شکل فسفریلاسیون پروتئینی است که کمپلکس­های شرکت کنندهی در پروتئین­های CBL و CIPK هایی را که با آن­ها اثر متقابل دارند، مانند AKT1، ترانسپورتر یون پتاسیم در آرابیدوپسیس یا SOS1، عامل حساسیت عمومی نسبت به شوری یا CHL، ترانسپورتر نیترات یا AHA2 و H⁺ATPase 2 در آرابیدوپسیس، را مشخص می­کند (86). چند نوع CBL وجود دارد مانند CBL1، CBL4 و CBL9، که با اعضای غشائی در ارتباط هستند (54 و 68). در مورد CBL4/SOS3، نشان داده شده است که مریستوله شدن برای تحمل به شوری مهم و ضروری بودهاست (54). اولین CBL شناخته شده با روش ژنتیکی SOS3/CBL4 بودهاست. این نشان می­دهد که SOS3/CBL4 در تحمل به شوری از طریق حس­گر یون کلسیم دارای نقش اختصاصی می­باشد. ژن­هایی که گیاه را قادر به محدود کردن تجمع یون سدیم در بافت شاخه می­نمایند دارای منابع بالقوه­ای از تحمل نسبت به شوری در اصلاح نباتات هستند. در جو، لوکوس HvNaX4 مقدار یون سدیم در شاخه را بین 12 و 59 درصد کاهش می­دهد. بسته به شرایط هیدروپونیک و نوع خاک تأثیر قوی محیط روی بیان این ژن مشخص می­گردد (112). لوکوس ژنی HvCBL4 در جو با ژن متحمل به شوری SOS3 در آرابیدوپسیس همولوگ بوده و با HvNaX4 به طور همزمان تفرق می­یابد (112).

تحمل به شوری در گیاهان می­تواند وابسته به عامل انتقال دهنده HKT[1] باشد که این مولکول اختصاصاً انتقال یون­های سدیم یا انتقال یون­های سدیم و پتاسیم را تسهیل می­نماید (86 و132) و در تنظیم هموستازی یون سدیم نقش مهمی ایفاء می­کند. در آرابیدوپسیس تالیانا تنها یک ژنHKT  (144) و در برنج 8 ژنHKT  (33 و 48) وجود دارد. این ژن براساس تشابه توالی آمینو اسیدی دارای دو زیر خانواده می­باشد (100) که آنها از نظر انتخاب دو یون سدیم و پتاسیم متفاوت هستند ((33، 48 و 72). اعضای ژنی زیر خانواده اول همگی اجزای انتقال دهنده اختصاصی یون سدیم بوده و اعضای زیر خانواده دوم انتقال دهنده همزمان دو یون سدیم و پتاسیم یا انتقال تک یون سدیم و یا پتاسیم می باشند به استثنای ژن OsHKT2,2 (Oshkt2) در برنج.

شکل 1- شبکه سیگنال­دهی CBL-CIPK در پاسخ به تنش­های غیر زنده

محققان گزارش دادند که تحمل نسبت به شوری به طور معنی داری با نسبت یون پتاسیم به یون سدیم مرتبط است (105). آنالیز ترکیبی نشان داد که HvHKT1 اصولاً انتقال یون سدیم را تحت شرایط تنش کنترل می­کند، که این نتیجه­گیری با آنالیز بیشتر بیان ژن تأیید گردید. همچنین گزارش شده است که در جمعیت­هایی که در محیط تحت تأثیر تنش رشد می­یابند، طیف وسیعی از تنوع ژنتیکی وجود دارد (88). در جو، مطالعهی شده است که بیان ژن HKT1 به وسیله یون پتاسیم تنظیم می­شود (150). همچنین گزارش شده است که خانواده­های ژن HKT در هموستازی یون سدیم نسبت به یون پتاسیم دخالت می­نمایند که این نشان دهنده اهمیت آن­ها در تحمل نسبت به شوری است (43). چند مکانیسم در سازگاری­های مورفولوژیکی و بیوشیمیایی دخالت دارند که احتمالاً در حفظ نسبت پائین یون سدیم به یون پتاسیم در سیتوپلاسم نقش دارند. در جو (هوردئوم وولگار)، دو تا از این مکانیسم­ها وجود دارد که شامل انتقال یون سدیم به داخل واکوئول در عرض غشای تونوپلاستی و انتقال یون سدیم به محیط خارج در سراسر غشای پلاسمائی می­باشد (32 و 99). توزیع درون سلولی یون سدیم شامل پمپاژ این یون به داخل واکوئول قبل از افزایش غلظت آن در سیتوپلاسم است (138). این فرآیند از طریق یک شیب گرادیانت pH که به وسیله جابجایی پروتونی H⁺-ATPase و پیروفسفاتاز غیر آلی ایجاد می­گردد، تسریع می­شود (31، 37، 62 و 145). افزایش فعالیت آنتی­ریپورتر Na⁺/H⁺ به دلیل افزایش یون سدیم در ریشهی­های هوردئوم وولگار گزارش شده است (32). مطالعات متعدد اخیر وجود تنوع در تحمل به شوری در میان ارقام هوردئوم وولگار را گزارش نموده است (66 و 115). تحمل به شوری در گیاهان بستگی به ترانسپورترهای HKT دارد که این ترانسپورترها واسطه انتقال اختصاصی یون سدیم یا انتقال همزمان یون سدیم و پتاسیم هستند. ترانسپورترهای HKT  دارای دو نقش می­باشند: 1- جذب یون سدیم از محلول خاک برای کاهش یون پتاسیم مورد نیاز هنگامی که یون پتاسیم عامل محدود کنندهی است و 2- کاهش تجمع یون سدیم در برگ­ها با انتقال آن­ها به داخل فضای آوند چوبی و یا انتقال آن­ها به داخل فضای آوند آبکش (113).

شکل2- مسیر اختصاصی سیگنال دهی گیاه در پاسخ به تنش شوری (86)

[1] – High- affinity K⁺  transporter

تعداد صفحه :102

قیمت : 17300تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***