اثرات تنش غیرزیستی بر انعطاف فیزیولوژیکی و مصرف آب (L.) Setaria viridis
چکیده
مدل نوظهور Setaria viridis با فتوسنتز C4 و سازگاری با مکان های گرم و خشک یک سیستم نویدبخش برای بررسی مصرف آب و مقاومت نسبت به تنش غیرزیستی به شمار می رود. ما انعطاف فیزیولوژیکی شش توده طبیعی S. viridis را که از نقاط مختلف دنیا تحت شرایط طبیعی و شرایط تنش کمبود آب و دمای بالا منشأ می گیرند، مورد بررسی قرار دادیم. توده های Zha-1، A10.1 و Ula-1 پتانسیل آبی برگ (Ψ_برگ)، فتوسنتز (A)، تعریق (E) و هدایت روزنه ای (gs) بسیار بالاتری را نسبت به Ast-1، Aba-1 و Sha-1 تحت شرایط تنش نشان دادند. تحلیل بیان ژن مربوط به فتوسنتز C4، آکواپورین، بیوسنتز ABA و سیگنال دهی ازجمله ن های درگیر در تنش، نشان دهنده افزایش حساسیت Ast-1، Aba-1 و Sha-1 به تنش ها بود. تحلیل همبستگی داده های بیان ژن با تغییرات فیزیولوژیکی و بیومکانیکی A10.1 و Ast-1 را به عنوان دو توده بسیار مقاوم و حساس با منشأ ایالات متحده و آذربایجان به ترتیب تحت تنش کم آبی و گرما، مشخص نمود. مطالعه ما هرچند بصورت مقدماتی انجام شد، اما نشان دهنده انعطاف توده های S. viridis تحت تنش بود و شناسایی توده های مقاوم و حساس که می توانند جهت مطالعه مکانیسم های مرتبط با مقاومت به تنش و مشخص نمودن شبکه های تنظیمی موجود در علف های C4 به کار گرفته شوند، را امکانپذیر می سازد.
1. مقدمه
غلات و علف های C4 تک لپه ای متعلق به زیرتیره panicoideae متشکل از محصولاتی است که منابع اصلی غذای انسان و دام به حساب می آیند، ازجمله ذرت (Zea mays)، سورگوم (Sorghum bicolor)، نیشکر (Saccharum officinarum)، ارزن مرواریدی (Pennisetum glaucum)، چمن ترکه (Panicum virgatum) و غیره. از آنجا که اغلب گیاهان C4 به خوبی با شدت های بالای نور، دماهای بالا و خاک های نسبتاً ضعیف سازگاری یافته اند، توجه خاصی را به خود جلب نموده و کانون تحقیقات وسیع بوده اند [1،2]. هرچند، پیشرفت قابل توجهی در جهت شناخت مسیرهای مولکولی و بیوشیمیایی مرتبط با متابولیسم C4 [5-3] و مقاومت نسبی محصولات C4 به تنش غیرزیستی صورت پذیرفته است [8-6]، پیشرفت این تحقیقات به علت اندازه بزرگشان، ژنوم وسیع/چندپلوئیدی و زمان طولانی تولید، با مانع مواجه شده است.Setaria viridis یک متابولیسم C4، ژنوم کوچک (تقریباً Mb 510)، چرخه عمر کوتاه و الزامات رشد ساده ای دارد [3]. علاوه بر این، نمایش اخیر یک تغییرشکل ژنتیکی سریع و ساده مربوط به سنبلچه [9] باعث شده است که S. viridis یک گیاه مدل ایده آل برای مطالعه تنش غیرزیستی در محصولات panicoideae باشد.
Abstract
The emerging model Setaria viridis with its C4 photosynthesis and adaptation to hot and dry locations is a promising system to investigate water use and abiotic stress tolerance. We investigated the physiological plasticity of six S. viridis natural accessions that originated from different regions of the world under normal conditions and conditions of water-deficit stress and high temperatures. Accessions Zha-1, A10.1 and Ula-1 showed significantly higher leaf water potential (Ψleaf), photosynthesis (A), transpiration (E), and stomatal conductance (gs) rates compared to Ast-1, Aba-1 and Sha-1 when grown under stress conditions. Expression analysis of genes associated with C4 photosynthesis, aquaporins, ABA biosynthesis and signaling including genes involved in stress revealed an increased sensitivity of Ast-1, Aba-1 and Sha-1 to stresses. Correlation analysis of gene expression data with physiological and biochemical changes characterized A10.1 and Ast-1 as two extreme tolerant and sensitive accessions originated from United States and Azerbaijan under water-deficit and heat stress, respectively. Although preliminary, our study demonstrated the plasticity of S. viridis accessions under stress, and allows the identification of tolerant and sensitive accessions that could be use to study the mechanisms associated with stress tolerance and to characterize of the regulatory networks involved in C4 grasses.
1. Introduction
Monocot C4 cereal grains and grasses belonging to the Panicoideae subfamily comprise crops that are major sources of food and feedstock, such as maize (Zea mays), sorghum (Sorghum bicolor), sugarcane (Saccharum officinarum), pearl millet (Pennisetum glaucum), switchgrass (Panicum virgatum), etc. Because most C4 plants are well adapted to high light intensities, elevated temperatures and relatively poor soils, they have attracted significant interest and are becoming the focus of intense research [1,2]. Although, considerable advancement towards the understanding of the molecular and biochemical pathways associated with C4 metabolism [3–5] and the relative tolerance of C4 crops to abiotic stress has been made [6–8], the progress of these researches has been hampered because of their big size, large and/or polyploid genome and long generation times. Setaria viridis has a C4 metabolism, small genome (approximately 510 Mb), short life cycle and simple growth requirements [3]. Moreover, the recent demonstration of a fast and simple spike-dip-mediated genetic transformation[9]makes S. viridis anidealmodelplantfor the study of abiotic stress in Panicoideae crops.
(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)
چکیده
1. مقدمه
2. مواد و روش ها
1.2. مواد گیاهی و زیستگاه ها
2.2. تیمارهای تنش غیرزیستی
3.2. اندازه گیری های فیزیولوژیکی
4.2. تحلیل های مولکولی
5.2. کمی سازی بیومکانیکی
6.2. تحلیل آماری
3. نتایج
1.3. پاسخ های فیزیولوژیکی به WS و HS
2.3. شناسایی و انتخاب ژن های مرجع مناسب برای تحلیل بیان ژن تحت شرایط تنش غیرزیستی
3.3 نظارت بر الگوی بیان ژنهای مربوط به فتوسنتز و آکواپورین تحت WS و HS
4.3. واگرایی توده ها در تنظیم بیوسنتز ABA و سیگنال دهی طی WS و HS
5.3. تغییرات مولکولی و بیوشیمیایی مرتبط تحت تنش WS و HS
6.3. روابط میان ویژگی های فیزیولوژیکی، مولکولی و بیوشیمیایی تحت تنش های WS و HS
4. بحث
منابع
Abstract
1. Introduction
2. Materials and methods
2.1. Plant materials and growth habitat
2.2. Abiotic stress treatments
2.3. Physiological measurements
2.4. Molecular analyses
2.5. Biochemical quantifications
2.6. Statistical analysis
3. Results
3.1. Physiological responses to WS and HS
3.2. Identification and selection of suitable reference genes for gene expression analysis under abiotic stress conditions
3.3. Monitoring expression pattern of photosynthesis and aquaporin-related genes under WS and HS
3.4. Divergence of accessions in regulation of ABA biosynthesis and signaling during WS and HS
3.5. Stress related molecular and associated biochemical changes due to WS and HS
3.6. Relationships of among physiological, molecular and biochemical properties under WS and HS
4. Discussion
References
- اصل مقاله انگلیسی با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه