ارزیابی بیان ژن‌های کد‌کننده پروتئین‌های UGP، 60sL23a و SAUR23 تحت شرایط کمبود روی در ارقام روی-کارا و روی-ناکارا گندم نان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

10.22034/pgr.2026.2077113.1023
چکیده
به‌منظور مطالعه اثر‌ تنش کمبود روی بر بیان ژن‌های کد‌کننده آنزیم UTP گلوکز-1- فسفات‌یوریدیل‌ترانسفراز (UGP)، پروتئین پاسخ‌دهنده به اکسین SAUR23 و پروتئین ریبوزومی 60sL23a در ارقام روی-کارا و روی-ناکارا گندم نان، آزمایشی به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در گلخانه‌ تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه ارومیه اجرا شد. ارقام نیک‌نژاد (روی-کارا) و فرین (روی-ناکارا) در شرایط کمبود و کفایت روی (به‌ترتیب 0 و 5 میلی‌گرم روی در کیلوگرم خاک) کشت و بیان ژن‌ها در برگ‌پرچم و ریشه ارقام در دو مرحله 30 درصد سنبله‌دهی و پر شدن‌ دانه با روش Real time PCR اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد بیشترین افزایش بیان ژن UGP (2/1 برابر کنترل) در شرایط کمبود روی در برگ‌پرچم رقم فرین در مرحله 30 درصد سنبله‌دهی مشاهده شد که احتمالاً با تنظیم مسیر سنتز ساکارز و تامین مواد فتوسنتزی برای دانه مرتبط است. همچنین بیان ژن SAUR23 در برگ‌پرچم رقم نیک‌نژاد در مرحله پر شدن ‌‌دانه حدود 5/3 برابر کنترل افزایش یافت. افزایش بیان این ژن احتمالا در تنظیم انتقال قطبی اکسین نقش دارد. بیان ژن 60sL23a در شرایط کمبود روی در ریشه هر دو رقم نیک‌نژاد و فرین در مرحله پر شدن ‌دانه افزایش یافت، ولی این افزایش بیان در رقم نیک نژاد به‌طور معنی‌داری بیشتر از رقم فرین بود که احتمالاً با تنظیم ترجمه و مسیرهای پیام‌رسانی انرژی مرتبط است. به‌طور کلی، افزایش بیان ژن‌های SAUR23 و60sL23a در رقم روی‌کارای نیک‌نژاد نشان می‌دهد که ژنوتیپ‌های روی‌کارای گندم نان احتمالاً از طریق تنظیم هماهنگ رونویسی ژن‌های مرتبط با پیام‌رسانی هورمونی و دستگاه ترجمه، با تنش کمبود روی سازگار می‌شوند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

An, X., Jin, G., Zhang, J., Luo, X., Chen, C., Li, W. and Zhu, G. (2018). Protein responses in kenaf plants exposed to drought conditions determined using iTRAQ technology. FEBS Open Bio, 8(10): 1572-1583. https://doi.org/10.1002/2211-5463.12507
Asadzadeh, F. and Abdollahi Mandoulakani, B. (2024). The Effect of iron deficiency on the expression of genes encoding transcription factors bzip4, bzip79, and bzip97 in bread wheat (Triticum aestivum L.). Plant Genetic Research, 11(1): 1-14 (In Persian). http://dx.doi.org/10.22034/PGR.11.1.1
Broadley, M. R., White, P.J., Hammond, J.P., Zelko, I. and Lux, A. (2007). Zinc in plants. New Phytologist, 173(4): 677-702. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2007.01996.x
Cheng, L., Zhang, S., Yang, L., Wang, Y., Yu, B. and Zhang, F. (2019). Comparative proteomics illustrates the complexity of Fe, Mn and Zn deficiency-responsive mechanisms of potato (Solanum tuberosum L.) plants in vitro. Planta, 250(1): 199-217. https://doi.org/10.1007/s00425-019-03163-w
Ciereszko, I., Johansson, H., Hurry, V. and Kleczkowski, L.A. (2001). Phosphate status affects the gene expression, protein content and enzymatic activity of UDP-glucose pyrophosphorylase in wild-type and pho mutants of Arabidopsis. Planta, 212(4): 598-605. https://doi.org/10.1007/s004250000424
Du, Z.R., Xi, J., Wan, J., Jiang, B., Xu, Y.J., Zhang, Q. and Xu, Z.J. (2008). Cloning and expression analysis of a ribosomal protein from rice (OsRPL14). Chinese Agricultural Science Bulletin, 24(4): 130-134.
Emenecker, R.J. and Strader, L.C. (2020). Auxin-abscisic acid interactions in plant growth and development. Biomolecules, 10(2): 281. https://doi.org/10.3390/biom10020281
Fakih, Z., Plourde, M.B. and Germain, H. (2023). Differential participation of plant ribosomal proteins from the small ribosomal subunit in protein translation under stress. Biomolecules, 13(7): 1160. https://doi.org/10.3390/biom13071160
González‐Esteban, Á.L. (2018). Patterns of world wheat trade, 1945-2010: The long hangover from the second food regime. Journal of Agrarian Change, 18(1): 87-111. https://doi.org/10.1111/joac.12219
Guarino, C., Conte, B., Spada, V., Arena, S., Sciarrillo, R. and Scaloni, A. (2014). Proteomic analysis of eucalyptus leaves unveils putative mechanisms involved in the plant response to a real condition of soil contamination by multiple heavy metals in the presence or absence of mycorrhizal/rhizobacterial additives. Environmental Science Technology, 48(19): 11487-11496. https://doi.org/10.1021/es502070m
Hafeez, B.M.K.Y., Khanif, Y.M. and Saleem, M. (2013). Role of zinc in plant nutrition-a review. American Journal of Experimental Agriculture, 3(2): 374-391. https://doi.org/10.9734/AJEA/2013/2746
Hassan, M.U., Aamer, M., Nawaz, M., Rehman, A., Aslam, T., Afzal, U. and Guoqin, H. (2021). Agronomic bio-fortification of wheat to combat zinc deficiency in developing countries. Pakistan Journal of Agricultural Research, 34(1): 201. https://doi.org/10.17582/journal.pjar/2021/34.1.201.217
Jasemi, S.S., Naghipour, F., Sanjani, S., Esfandiaripour, A., Khorsandi, H., Goodarz, N. (2017). Evaluation of grain quality characteristics of four bread wheat cultivars (Triticum aestivum L.) in wheat-producing provinces of the country. Journal of Iranian Agricultural Sciences, 19(2): 102-115 (In Persian).
Krishna, T.A., Ceasar, S.A., Maharajan, T., Ramakrishnan, M., Duraipandiyan, V., Al-Dhabi, N. A. and Ignacimuthu, S. (2017). Improving the zinc-use efficiency in plants: a review. Journal of Breeding Genetics, 49(3): 211-230.
Livak, K.J., and Schmittgen, T.D. (2001). Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2− ΔΔCT method. Methods, 25(4): 402-408. https://doi.org/10.1006/meth.2001.1262
Lucini, L. and Bernardo, L. (2015). Comparison of proteome response to saline and zinc stress in lettuce. Frontiers in Plant Science, 6: 240. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00240
Maret, W. (2013). Zinc biochemistry: from a single zinc enzyme to a key element of life. Advances in Nutrition, 4(1): 82-91. https://doi.org/10.3945/an.112.003038
McIntosh, K.B. and Bonham-Smith, P.C. (2005). The two ribosomal protein L23A genes are differentially transcribed in Arabidopsis thaliana. Genome, 48(3): 443-454. https://doi.org/10.1139/g05-007
Nakabayashi, R. and Saito, K. (2015). Integrated metabolomics for abiotic stress responses in plants. Current Opinion in Plant Biology, 24: 10-16. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2015.01.003
Ranhbar, F., Abdollahi Mandoulakani, B. and Ghasemzadeh, R. (2023). The effect of iron deficiency on the relative expression of genes encoding catalase, ascorbate peroxidase and polyphenol oxidase enzymes in bread wheat. Plant Genetic Research, 10(1): 145-156 (In Persian). http://dx.doi.org/10.22034/pgr.10.1.9
Roy, C., Kumar, S., Ranjan, R.D., Kumhar, S.R. and Govindan, V. (2022). Genomic approaches for improving grain zinc and iron content in wheat. Frontiers in Genetics, 13: 1045955. https://doi.org/10.3389/fgene.2022.1045955
Salehi, S., Abdollahi Mandoulakani, B., Alipour, H. and Moradi Gangachin, K. (2021). Expression pattern of genes encoding carbonic anhydrase, peroxidase and glutathione S-transferase enzymes in bread wheat under zinc deficiency conditions. Cereal Research, 11(3): 193-204 (In Persian).
Shakouri, M. (2022). proteome analysis of bread wheat root under soil zinc deficiency condition. Ph.D. Thesis, Urmia University, Urmia, Iran.
Stortenbeker, N. and Bemer, M. (2019). The SAUR gene family: the plant's toolbox for adaptation of growth and development. Journal of Experimental Botany, 70(1): 17-27. https://doi.org/10.1093/jxb/ery332
Yang, D., Liu, Y., Cheng, H., Chang, L., Chen, J., Chai, S., and Li, M. (2016). Genetic dissection of flag leaf morphology in wheat (Triticum aestivum L.) under diverse water regimes. BMC Genetics, 17(1): 94. https://doi.org/10.1186/s12863-016-0399-9
Yu, C., Sun, C., Shen, C., Wang, S., Liu, F., Liu, Y. and Qi, Y. (2015). The auxin transporter, Os AUX 1, is involved in primary root and root hair elongation and in Cd stress responses in rice (Oryza sativa L.). The Plant Journal, 83(5): 818-830. https://doi.org/10.1111/tpj.12929
Zeng, H., Zhang, X., Ding, M., Zhang, X. and Zhu, Y. (2019). Transcriptome profiles of soybean leaves and roots in response to zinc deficiency. Physiologia Plantarum, 167(3): 330-351. https://doi.org/10.1111/ppl.12894
Zhu, Q., Zheng, H., Hu, X., Liu, Y., Zheng, X., Li, L. and Tang, M. (2024). Genome-Wide analysis of the SAUR gene family and its expression profiles in response to salt stress in Santalum album. Plants, 13(10): 1286. https://doi.org/10.3390/plants13101286