الگوی پروتئوم برگ درخت توت آمریکایی (Maclura pomifera) در پاسخ به تنش خشکی

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی دانشگاه اراک، گروه مهندسی باغبانی

2 استاد گروه مهندسی علوم باغبانی و فضای سبز دانشگاه تهران

3 دانشگاه تهران

4 مهندسی علوم باغبانی و فضای سبز دانشگاه تهران کرج

5 محقق گروه پروتئومیکس موسسه CNR فلورانس ایتالیا

چکیده

تنش خشکی از مهمترین عوامل محدود کننده رشد و نمو گیاهان است. در این تحقیق به منظور شناسایی پروتئین‌های پاسخ دهنده به خشکی توت آمریکایی، تجزیه پروتئوم برگ بر پایه ژل الکتروفورز دوبعدی انجام گرفت. گلدان‌های چهار ساله توت آمریکایی در قالب طرح کاملاً تصادفی با دو تیمار آبیاری (شرایط کنترل (100%) و 25% ظرفیت زراعی) مرتب شدند. با انجام الکتروفورز ژل دو بعدی، 25 لکه پروتئینی که دارای تغییرات قابل تشخیص بودند، انتخاب، جداسازی و شناسایی شدند و در سه گروه مجزا از لحاظ عملکرد قرار گرفتند. گروه اول پروتئین‌های پاسخ دهنده به تنش و سیستم دفاعی گیاه شامل، پروتئین لیپوکسیژناز، دو نوع پروتئین شوک حرارتی، آلرژن، کان‌ویسیلین و پیش ماده لگومین بودند. گروه دوم شامل پروتئین‌های مسئول در تنش‌های اکسیداتیو از جمله کاتالاز، آسکوربات پراکسیداز کلروپلاستی، آسکوربات پراکسیداز سیتوزولی، سوپراکسید دیسموتاز-آهن (Fe-SOD) و سوپراکسیداز دیسموتاز-منیزیم (Mn-SOD) شد و گروه سوم پروتئین‌های دخیل در متابولیسم و انرژی سلول شامل آنزیم ریبولوز-1، 5-بیس فسفات کربوکسیلاز/اکسیژناز زیر واحد بزرگ، آنزیم ریبولوز-1، 5-بیس فسفات کربوکسیلاز/اکسیژناز زیر واحد کوچک، فاکتور طویل شدن ترجمه، آلدولاز پلاستیدی، هیدروکسی-اسید اکسیداز، ایزوپنتیل دی‌فسفات ایزومراز، دی‌هیدرو لیپوآمید دهیدروژناز و گلی‌اکسیلاز بودند. نتایج حاضر حاکی از آن بود که عمده پروتئین‌های شناسایی شده و تغییرات آنها در جهت افزایش مقاومت و سازگاری توت آمریکایی به تنش خشکی است به گونه‌ای که این تغییرات باعث حفظ روابط آبی گیاه، کاهش صدمات ناشی از افزایش سطح گونه‌های فعال اکسیژن همچنین، حفظ دستگاه فتوسنتزی و تنفسی در شرایط تنش شدید می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Proteome analysis of Osage orange leaf (Maclura pomifera) in response to drought stress

نویسندگان [English]

  • Alireza Khaleghi 1
  • Rohangiz Naderi 2
  • Seyed Alireza Salami 3
  • Mesbah babalar 4
  • Biancaelena Maserti 5
1 Assistant Professor of Arak University
2 Department of Horticultural Sciences, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
3 Department of Horticultural Sciences, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
4 Department of Horticultural Sciences, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
5 National Research Council of Italy, Institute of Sustainable Plant Protection (CNR-IPSP), Sesto Fiorentino, Italy
چکیده [English]

Background and Objectives
Drought stress is one of the most important environmental factors, which limit the growth of plants. By the end of the 21st century, the incident of drought stress is expected to increase because of the global warming phenomenon. As a consequence, trees growth and viability in the forests and urban greenspace will be reduced. Thus, selection of plants that are more tolerant to severe drought stress and are able to cope with such environmental conditions needs to be considered in future silvicultural strategies. This study was carried out to identify candidate drought-tolerance proteins in Maclura pomifera. So, we aimed to explore the performance of Maclura pomifera under a severe drought stress and analysis the proteome changes of Maclura pomifera leaf in response to drought.
Materials and methods
The experiment was carried out on 4-year-old Maclura pomifera saplings genotypes cultivated on a flat field in the Botanical Garden of University of Tehran. Saplings were exposed to irrigation regimes of 100% and 25% field capacity in a completely randomized design. Leaf samples were collected and were frozen immediately in liquid nitrogen and then stored at −80◦C until used for further analyses. Experiments were performed using the gradient pH 3-10 NL IPG strips for the isoelectric focusing. IEF was carried out using the PROTEAN IEF. Strips were then equilibrated first for 15 min in reducing solution and then 15 min in alkylating solution. Equilibrated IPG strips were then placed and fixed using hot agarose on the top of home-made 12 % SDS- polyacrylamide gels. Separation of proteins in the second dimension was carried out in Protean XL cell. The protein spots were visualized by staining with BioSafe Coomassie gel stains following manufacturer’s instructions.
Results
After doing two-dimensional gel electrophoresis, 25 protein spots that showed significant protein level changes were identified. Differentially expressed proteins were divided in three groups. First group included stress and defense proteins such as lipoxygenase, two types of heat shock protein, Allergen, Convicilin and legumin A2 precursorm; second group included oxidative stress proteins such as Catalase, Chloroplast stromal ascorbate Peroxidase, Cytosolic ascorbate peroxidase, Iron superoxide dismutase and Manganese superoxide dismutase. The third group included energy and metabolism proteins such as Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase large subunit, Ribulose -1,5- bisphosphate carboxylase /oxygenase small subuni, Translation elongation factor, Aldolase, Hydroxy-acid oxidase, Isopentenyl diphosphate isomerase, Dihydrolipoamide dehydrogenase and glyoxalase.
Discussion
The present results indicated that most proteins have been identified and their changes caused increasing of tolerance and adaptation of Maclura pomifera to drought stress. Also our data suggest that drought tolerance of M. pomifera might be correlated with diminishing oxidative damage by activation of the antioxidant systems.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Antioxidant enzymes
  • Drought stress
  • Maclura pomifera
  • Proteome