تولیدات گیاهی

تولیدات گیاهی

تاثیر اشعه ماورای بنفش (UV-C) بر الگوی بیان برخی آنزیم‌‌های دخیل در مرگ برنامه‌ریزی شده سلولی گندم نان

نوع مقاله : علمی پژوهشی - زراعت

نویسندگان
زهرا شکرگزار 1
سدابه جهانبخش گده کهریز 2
سیده یلدا رئیسی ساداتی 3
1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد بیوتکنولوژی کشاورزی، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
2 استاد، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
3 دکتری اصلاح نباتات- ژنتیک مولکولی، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
10.22055/ppd.2023.41508.2052
چکیده
گندم از جمله گیاهانی است که از نظر رژیم غذایی و تجاری اهمیت دارد و تقاضای جهانی برای آن در حال افزایش است. یکی از تنش­های مضر و خطرناک، نور ماورای بنفش می­باشد که رشد و تولید گیاه را تحت تاًثیر قرار داده و منجر به تولید گونه­های فعال اکسیژن، که بسیار سمی هستند، می­شود. پژوهش حاضر به‌­منظور بررسی تأثیر نور ماورای بنفش نوع C بر روی گیاهچه­های سه رقم گندم جهت شناسایی سیستم­های دخیل در انتقال پیام دفاعی این گیاه از جنبه بیوشیمیایی و مولکولی مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمایش به­صورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در دانشگاه محقق اردبیل اجرا شد. فاکتورهای مورد بررسی شامل فاکتور اول شاهد و تیمار با نور ماورای بنفش (نوع C با طول موج 254 نانومتر) و فاکتور دوم ارقام گندم، مروارید و گاسپارد) بودند. تنش نور ماورای بنفش نوع C در مرحله سه- چهار برگی، به­‌مدت 20 دقیقه اعمال گردید و سپس نمونه­‌برداری از برگ­های تیمار شده در زمان­های صفر، 1، 2، 4، 6، 10، 18، 24 و 48 ساعت پس از تیمار انجام گرفت. نتایج نشان داد فعالیّت کمّی پراکسیدازها در ارقام سرداری و گاسپارد در مقابل نور ماورای بنفش نوع C تفاوت معنی­داری نداشت، در صورتی­که در رقم مروارید، این افزایش آنزیمی از همان ساعات اولیه، سیر صعودی داشت. همچنین نتایج بررسی کیفی آنزیم­های پراکسیداز در مقابل نور ماورای بنفش نوع C به­ترتیب تعداد 5، 6 و 9 ایزوآنزیم پراکسیدازی را در سه رقم گندم سرداری، مروارید و گاسپارد نشان داد. بررسی کیفی آنزیم­های کاتالازی در ارقام سرداری و گاسپارد، 4 ایزوآنزیم و در رقم مروارید 3 ایزوآنزیم را مشخص کرد. از طرف دیگر در الکتروفورز DNA، اثر نور ماورای بنفش نوع C روی DNA سه رقم گندم نشان داد که شکستگی DNA در ارقام سرداری و گاسپارد، 48 ساعت پس از تیمار نسبت به شاهد و در رقم مروارید، از همان ساعات اولیه پس از تیمار رخ داده است. بررسی تغییرات بیان ژن­های دخیل در متابولیسم مانند هگزوکیناز و دفاع گیاهی مانند PR1 در سه رقم گندم در اثر تیمار با نور ماورای بنفش نوع C می­رساند که تغییرات بیان این دو ژن در ارقام سرداری و گاسپارد تقریباً از یک مدل پیروی می­کنند و 10 ساعت پس از تیمار کاهش بیان از خود نشان داده­اند. اما در رقم مروارید، بیان دو ژن HK و PR1 از همان ساعات اولیه افزایش داشت. به­طور کلی، نتایج نشان می­دهد که افزایش فعّالیّت آنزیم­های پراکسیدازی و کاتالازی و تغییرات بیان ژن­های PR1 و HK در مسیر انتقال پیام نور ماورای بنفش نوع C در سه رقم سرداری، مروارید و گاسپارد رخ می­دهد. شکستگی DNA به­همراه دیگر تغییرات در گندم نشان از احتمال وقوع مرگ برنامه ­ریزی شده سلولی در گندم است.
 
کلیدواژه‌ها
بیان ژن
پراکسیداز
شکستگی DNA
کاتالاز
مرگ برنامه‌ریزی
نور ماورای بنفش نوع C
موضوعات

عنوان مقاله English

The Effect of Ultraviolet-C radiation on Expression Pattern of some enzymes involved in the Programmed Cell Death of Bread Wheat

نویسندگان English

Zahra Shokrgozar 1
Sodabeh Jahanbakhsh Godehkahriz 2
seyedeh yalda Raeisi Sadati, 3
1 M.Sc. Graduate of Biotechnology of Agriculture, Department of plant genetics and production engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
2 Professor, Department of plant genetics and production engineering, Faculty of agriculture and natural resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
3 PhD. Plant Breeding (genetic molecular), Department of plant genetics and production engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده English

Introduction
Wheat is one of the plants that is important in terms of diet and business, and the global demand for it is increasing. One of the harmful and dangerous stresses is ultraviolet light, which affects the growth and production of plants and leads to the production of reactive oxygen species, which are very toxic. The present study was evaluated in order to investigate the effect of C type ultraviolet light on seedlings of three varieties of wheat in order to identify the systems involved in transmitting the defense message of this plant from biochemical and molecular aspects.
 
Materials and Methods
The experiment was carried out in a factorial manner based on a completely randomized design with three replications at Mohaghegh University of Ardabil. The investigated factors included the first factor of Control and treatment with ultraviolet light (type C with a wavelength of 254 nm) and the second factor of wheat cultivars (Sardari, Morvarid, and Gaspard). Type C ultraviolet light stress was applied at the stage of three-four leaves for 20 minutes and then sampling of the treated leaves at zero, 1, 2, 4, 6, 10, 18, 24 and 48 hours later. The treatment was done.
 
Results and Discussion
The results showed that the quantitative activity of peroxidases in Sardari and Gaspard cultivars was not significantly different in front of type C ultraviolet light, while in Morvarid cultivar, this enzyme increase had an upward trend from the very first hours. Also, the results of the qualitative examination of peroxidase enzymes against C type ultraviolet light showed the number of 5, 6 and 9 peroxidase isoenzymes in three of Sardari, Morvarid and Gaspard wheat cultivars. Qualitative analysis of catalase enzymes in Sardari and Gaspard cultivars identified 4 isoenzymes and 3 isoenzymes in Morvarid cultivar. On the other hand, in DNA electrophoresis, the effect of type C ultraviolet light on the DNA of three wheat cultivars showed that DNA breakage occurred in Sardari and Gaspard cultivars 48 hours after treatment compared to control samples and in Morvarid cultivar, from the first hours after treatment. Investigation the changes in expression of genes involved in metabolism such as hexokinase and plant defense such as PR1 in three wheat cultivars as a result of treatment with type C ultraviolet light shows that the expression changes of these two genes in Sardari and Gaspard cultivars follow almost the same pattern and 10 hours after From the treatment, they have shown a decrease in expression, but in Morvarid cultivar, the expression of HK and PR1 genes increased from the very first hours.
 
Conclusion
In general, the results show that the increase in the activity of peroxidase and catalase enzymes and changes in the expression of PR1 and HK genes in the path of transmission of ultraviolet light C type in three cultivars Sardari, Morvarid and Gaspard gives. DNA breakage along with other changes in wheat indicate the possibility of programmed cell death in wheat.
 

کلیدواژه‌ها English

Catalase
DNA breakage
Gene expression
Peroxidase
Programmed death
Type C ultraviolet light
Abedini, M., & Daie-Hassani, B. (2015). Salicylic acid affects wheat cultivars antioxidant system under saline and nonsaline condition. Russian Journal of Plant Physiology, 62, 604-610. [In Persian]
Ahsani, M. R., Mohammadabadi, M. R., & Asadi Fozi, M. (2019a). Effect of Roasted Soybean and Canola Seeds on Peroxisome Proliferator‐Activated Receptors Gamma (PPARG) Gene Expression and Cattle Milk Characteristics. Iranian Journal of Applied Animal Science, 9, 635-642. [In Persian]
Ahsani, M. R., Mohammadabadi, M. R., & Asadi Fozi, M. (2019b). Leptin gene expression in subcutaneous adipose tissue of Holstein dairy cattle using Real Time PCR. Agricultural Biotechnology Journal, 11, 135-150. [In Persian]
Anderson, M. D., Prasad, T. K., & Stewart, C. R. (1995). Changes in isoenzyme profiles of catalase, peroxidase and glutathione reductase during acclimation to chilling in mesocotyls of maize seedlings. Plant Physiology, 4, 1247-1257.
Breusegem, F. V., & Dat, J. F. (2006). Reactive Oxygen Species in Plant Cell Death. Plant Physiology, 141, 384-390.
Beasley, J. T., Bonneau, J. P., Sánchez-Palacios, J. T., Moreno-Moyano, L. T., Callahan, D. L., Tako, E., Glahn, R. P., Lombi, E., & Johnson, A. T. (2019). Metabolic engineering of bread wheat improves grain iron concentration and bioavailability. Plant Biotechnology Journal, 17(8), 1514-1526.
Chawla, J., Zhu, C., Li, L., Sun, Z., & Pan, X. (2013). Effects of exogenous salicylic acid on growth and H2O2- metabolizing enzymes in rice seedlings under lead stress. Journal of Environmental Sciences, 191, 44-49.
De pinto, M. C., Locato, V., & De gara, L. (2012). Redox regulation in plant programmed cell death. Plant, Cell and Environment, 35, 234-244.
Dellaporta, S. L., Wood, J., & Hicks, J. B. (1983). A plant DNA minipreparation: Version II. Plant Molecular Biology Reporter, 1, 19-21.
Fathi amirkhiz, K., Amini Dehaghi, M., Sanavi Modarres, S. A. M., & Heshmati, S. (2011). The Effects of Soil and Foliar Application of Fe on some Biochemical Characteristics of Safflower (Carthamus tinctorius L.) under Two Irrigation Regimes. Iranian Journal of Field Crop Science, 42, 509-518. [In Persian]
Hames, B. D., & Rickwood, D. (1999). Gel electrophoresis of protein, a practical approach. Oxford University Press. Pp, 1-138.
Jafari Darehdor, A. H., Mohammadabadi, M. R., Esmailizadeh Kashkoueieh, A., & Riahi Madvar, A. (2016). Investigating expression of CIB4 gene in different tissues of Kermani Sheep using Real Time qPCR. Journal of Ruminant Research, 4(4), 119-132. [In Persian]
Jalili Marandi, R., Naseri, L., Haji Taghilo, R., & Korsandi, A. (2012). Effect of UV-C Irradiation on Fruit Quality and Storage Life of Two Apple Cultivars. Journal of plant productions, 35(2), 53-63. [In Persian]
Kar, M., & Mishra, D. (1976). Catalase, Peroxidase, and Polyphenoloxidase activities during rice leaf senescence. Plant Physiology, 57, 315-319.
Kurdziel, M., Filek, M., & Łabanowska, M. (2018). The impact of short‐term UV irradiation on grains of sensitive and tolerant cereal genotypes studied by EPR. Journal of the Science of Food and Agriculture, 98, 2607-2616.
Levin, A., Tenhaken, R., & Dixon, R. (1994). H2O2 from the oxidative burst orchestrates the plant hypersensitive disease resistance response. Cell, 79, 583-593.
Mahdavian, K. (2016). The effect of different bands of ultraviolet radiation on some growth characters and biochemical changes in pepper (Capsicum annuum L.) seedling. Journal of Plant Process and Function Journal Iranian Society of Plant Physiology, 23 (7), 219-233. [In Persian]
Masoudzadeh, S. H., Mohammadabadi, M., & Khezri, A, (2020). Effects of diets with different levels of fennel (Foeniculum vulgare) seed powder on DLK1 gene expression in brain, adipose tissue, femur muscle and rumen of Kermani lambs. Small Ruminant Research, 193, e106276.
Mohammadabadi, M. (2021). Tissue-specific mRNA expression profile of ESR2 gene in goat. Agricultural Biotechnology Journal, 12(4), 167-181. [In Persian]
Mathé, C., Barre, A., & Jourda, C. (2010). Evolution and expression of class III peroxidases. Archives of Biochemistry and Biophysics, 500(1), 58-65.
Narici, L., & Casolino, M. (2015). “Radiation survey in the International Space Station”. Journal of Space Weather and Space Climate, 5, 2-14.
Parlak, K. U. (2016). Differential response of growth, photosynthetic pigments and antioxidant enzymes to UV-B radiation in tomato (Solanum lycopersicum L.) seedlings. Fresenius Environmental Bulletin, Pp, 4192.
Piri, E., Babaeian, M., & Tavassoli, A. (2011). Effects of UV irradiation on plants. African Journal of Microbiology Research, 5, 1710-1716.
Pombo, M. A., Dotto, M. C., Martínez, G. A., & Civello, P. M. (2011). UV-C treatment affects the expression and activity of defense genes in strawberry fruit (Fragaria × ananassa, Duch.). Postharvest Biology and Technology, 59(1), 94-102.
Rasaei, B., Jalali-Honarmand, S., Ghobadi, M., & Zhou, G. (2018). Effect of ultraviolet radiation and abscisic acid on activity of antioxidant enzymes and physiological and morphological traits of tomato (Solanum lycopersicum L.) under different irrigation intervals. Journal of Crop Ecophysiology, 12(40), 53-71. [In Persian]
Santos, I., Almeida, J., & Salema, R. (1999). The influence of UV-Bradiation on the superoxide dismutase of maize, potato, sorghum and wheat leaves. Canadian Journal of Botany, 77, 70-76.
 Saeiahagh, H., Mousavi, M., & Pathirana, R. (2019). Determination of the Optimal Dosage of Physical and Chemical Mutagenesis Agents in Callus Tissue of Kiwifruit Leaf. Journal of Plant Productions, 42(4), 523-534. [In Persian]
Sadat Asilan, K. (2016). Effect of water deficit stress on soluble sugars, proline, protein and chlorophyll content in Sunflower (Helianthus annuus L.) hybrids. Iranian Journal of Field Crop Science, 47(2), 175-184. [In Persian]
Singh Gill, S., &Tuteja, N. (2010). Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant Physiology and Biochemistry, 48, 909-930.
Tohidi Nezhad, F., Mohammad Abadi, M. R., Esmaeili Zadeh, A., & Najmi Nour, O. (2014). Comparison of different levels of Rheb gene expression in different tissues of Raini Cashmir goat. Agricultural Biotechnology Journal, 6(4), 35-50. [In Persian]
Van de Wouw, M., Van Hintum, T., & Kik, C. (2010). Genetic diversity trends in twentieth century crop cultivars: a meta-analysis. Theoretical and Applied Genetics, 120, 1241-1252.
Wang, T. H., & Wang, H. S. (1999). Apoptosis: Characteristics of apoptosis. Journal of the Formosan Medical Association, 98, 531-42.
Wang, M., Oppedijk, B. J., & Lu, X. (1996). Apoptosis in barley aleurone during germination and its inhibition by abscissic acid. Plant Molecular Biology, 32, 1125-1134.
Young, T. E., Gallie, D. R., & Demason, D. A. (1997). Ethylenemediated programmed cell death during maize endosperm development of wild-type and shrunken2 genotypes. Plant Physiology, 115, 737-751.
تولیدات گیاهی
دوره 45، شماره 4
زمستان 1401
صفحه 589-601