تنوع نوکلئوتیدها در منطقه ATHK1 آرابیدوپسیس تالیانا و ارتباط آن با تحمل خشکی
ژن ATHK1 در آرابیدوپسیس، یکی از هستیدین کینازهای معروف را رمزگذاری می‌کند که در واکنش به تغییرات اسمولاریسم خارجی از لحاظ رونویسی تنظیم می‌شود. در این کار، تغییرپذیری نوکلئوتیدی ژن ATHK1 در نمونه‌ای از 32 گونه آرابیدوپسیس هسته‌ای سرچشمه یافته از مناطق مختلف آکوکلیماتیک و تحمل آن‌ها در برابر خشکی را مورد بررسی قرار می‌دهیم. نتایج نشان می‌دهند که گونه‌های مختلف دارای تفاوت زیادی در تطبیق با تنش خشکی بودند. 32 گونه آرابیدوپسیس در چهار گروه طبق ظرفیت تحمل آن‌ها در برابر خشکی خوشه‌بندی شدند. محتوی نسبی آب برگ‌ها (RWC) در ترکیب با هر کدام از نفوذپذیری غشاء برگ‌ها (MP) و ظرفیت نگهداری آب برگ‌های جدا شده (WRC) به عنوان دو شاخص فیزیولوژیکی نماینده برای ارزیابی تحمل کامل در برابر خشکی انتخاب شدند. توالی 5 515 bp در منطقه کدگذاری ATHK1 در 32 گونه اصلی، 39 پلی مورفیسم را آشکار کرد که 24 هپلوتیپ را تشکیل می‌دادند. فرکانس پلی‌مورفیسم (شامل پلی‌مورفیسم تک نوکلئوتیدی (SNP) و درج/حذف (Indel)) برابر با 1 SNP در هر 131.2 bp بود. در منطقه کدگذاری ATHK1، نسبت میانگین تعداد نسبت اختلاف نوکلئوتیدی برابر با 0.726 بود که نشان دهنده این است که پروتئین ATHK1، در برابر تغییرات آمینو اسید در محدوده این گونه‌ها و این ژن متعلق به ژن نرخ تکامل میانی، محدود نمی‌شود. با استفاده از تجزیه و تحلیل ANOVA، نشان داده شد که تغییر آمینواسید محل 1199 ( ) یازدهمین هپلوتیپ (257 و 266av) نه تنها به RWC بلکه همچنین به WRC مربوط بود، که نشان دهنده این است که تغییر ، مربوط به تحمل کامل خشکی 257 و 266av است. این تغییر آمینواسید ممکن است موجب حساسیت گونه‌های 257 و 266av ناشی از منطقه اکوکلیماتیک مرطوب به آب و هوای خشک شود و احتمالا شواهدی از تکامل انطباقی باشد.
پیشگفتار
خشکی (خشکسالی)، مشکل ارگانیکی مهمی است که منجر به کاهش دستاورد محصولات می‌شود (بویر، 1982). بنابراین، این نوع تنش آبیوتیک به طور قابل ملاحظه‌ای مورد توجه واقع شده است، و در نتیجه، مکانیسم‌های فیزیولویژکی تطبیق آشکار شده‌اند (بونرت و شولوا، 1998). با وقوع کمبود آب، بسیاری از فرایندهای فیزیولوژییکی مربوط به رشد تحت تاثیر قرار می‌گیرند و تحت کمبود شدید، ممکن است گیاهان از بین بروند. تاثیر تنش آب ممکن است با تنوع، میزان و طول مدت تنش آب و مرحله رشد گیاهان تغییر کند. تحمل گیاهان در برابر خشکسالی نه تنها با فرایندهای بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی در ارتباط است بلکه همچنین به تنوع، ژنوتیپ، میزان و طول مدت تنش خشکسالی و مرحله رشد مربوط می‌شود (لانسراس و همکاران، 2004). تحمل خشکسالی، ویژگی کمیتی بسیار پیچیده‌ای است و نه تنها از تفاوت گیاهان بلکه همچنین از مرحله و سطح خشکسالی نیز تاثیر می‌پذیرد. تحمل گیاه در برابر خشکسالی، ویژگی کمیتی کنترل شده توسط ژن‌ها متعددی است، که اکثر آن‌ها ژن‌های کوچکی هستند و احتمالا ژن مهمی وجود دارد که نقش مهمی در این زمینه ژنتیکی پیچیده ایفا می‌کند. بنابراین، پلی‌مورفیسم هر ژنی می‌تواند در تحمل گیاه در برابر خشکسالی نقش داشته باشد (هائو و همکاران، 2004). با تجزیه و تحلیل نشانگر QTL، می‌توانیم این ویژگی کمیتی پیچیده را به عنوان مجموعه‌ای از ویژگی‌های تک لوکوسی (تک مکان هندسی) تشریح کنیم. از لحاظ تاریخی، برای سنجش مجاورت ژنتیکی لوکوس‌های (مکان‌های هندسی) به یکدیگر، از تجزیه و تحلیل پیوند استفاده می‌شود. اگرچه، تجزیه و تحلیل پیوند دارای محدودیت‌هایی است. اولا، تعداد محدود رویداد بازسازی (ترکیب مجدد) منجر به تفکیک‌پذیری (وضوح) ضعیف برای ویژگی‌های کمّی می‌شود. دوما، تنها دو آلل در هر لوکوس (مکان هندسی) ارائه شده را می‌توان به طور همزمان مورد مطالعه قرار داد (فلینت، گارسیا، 2003).
The ATHK1 gene in Arabidopsis encodes a putative histidine kinase that is transcriptionally upregulated in response to changes in external osmolarity. In this work, we investigated the nucleotide variability of the ATHK1 gene in a sample of 32 core Arabidopsis accessions originating from different ecoclimatic regions and their drought tolerance. The results showed that different accessions had quite difference in adaptation to drought stress. Thirty-two Arabidopsis accessions were clustered into four groups according to their drought tolerance capacity. Relative water content of the leaves (RWC) combined anyone of membrane permeability of leaves (MP) and water retain capacity of detached leaves (WRC) were selected as two representative physiological indexes for evaluation of comprehensive drought tolerance. Sequencing 5 515 bp encompassing ATHK1 coding region in 32 core accessions revealed 39 polymorphisms, which formed 24 haplotypes. The polymorphism (including single nucleotide polymorphism (SNP) and insertion/deletion (Indel)) frequency was 1 SNP per 131.2 bp. In coding region of ATHK1, the ratio of average number of nucleotide difference πn/πs ratio was 0.727, suggesting that the ATHK1 protein is not constrained against amino acid changes within the species and this gene belonged to the middle evolution rate gene. Using ANOVA analysis, it showed that the 1199 site amino acid (Serstop) variation of the eleventh haplotype (257 and 266av) was associated with not only RWC but also WRC, indicating that the change of Serstop is associated with comprehensive drought tolerance of 257 and 266av. This amino acid change may cause 257 and 266 av accessions originating from moist ecoclimatic region to be sensitive to dry climate, and likely be the evidence of adaptive evolution.
INTRODUCTION
Drought is a major agronomic problem, resulting in yield reduction of crops (Boyer, 1982). Therefore, this type of abiotic stress has been the focus of considerable attention, revealing physiological mechanisms of adaptation (Bohnert and Sheveleva, 1998). With the occurrence of water deficit, many of the physiological processes asso- ciated with growth are affected, and under severe deficit plants may die. The effect of water stress may vary with the variety, degree and duration of water stress and the growth stage of plants. Plant drought tolerance is not only related to biochemical and physiological processes, but also related to the variety, genotype, degree and duration of drought stress and the developmental stage (Lanceras et al., 2004). Drought tolerance is a very complex quantitative trait and affected by not only difference of plants but also the phase and level of drought. Plant drought tolerance is a quantitative trait controlled by multiple genes, most of which are minor genes, and there is probably one major gene playing important role in this complex genetic background. So the polymorphism of any gene can play a role in plant drought tolerance (Hao et al., 2004). We can dissect complex quantitative trait as a set of single locus trait by analyzing QTLs marker. Historically, linkage analysis is used to measure the genetic proximity of loci to each other, to map quantitative trait. However, linkage analysis has some limitation. First, the limited number of recombination events results in poor resolution for quantitative trait. Second, only two alleles at any given locus can be studied simultaneously (Flint-Garcia, 2003).
پیشگفتار
مواد و روش‌ها
مواد گیاه
سنجش محتوای نسبی آب برگ ها (RWC)
سنجش نفوذپذیری غشا (MP)
سنجش کارایی مصرف آب (WUE)
سنجش ظرفیت نگهداری آب برگ‌های جدا شده (WRC)
سنجش محتوای ABA
تجزیه و تحلیل تحمل کامل خشکسالی
انتخاب شاخص نماینده تحمل کامل خشکسالی
استخراج (عصاره) DNA
طراحی و آزمایش اولیه ATHK1
تقویت PCR
توالی DNA
تجزیه و تحلیل توالی
تجزیه و تحلیل ارتباطی
نتایج
تجزیه و تحلیل تحمل کامل خشکسالی
پلی‌مورفیسم‌های DNA در لوکوس ATHK1
ارتباط بین پلی‌مورفیسم‌ها در منطقه کدگذاری ATHK1 و تحمل کامل خشکسالی
بحث
INTRODUCTION
MATERIALS AND METHODS
Plant materials
Measurement of relative water content of the leaves (RWC)
Measurement of membrane permeability (MP)
Measurement of water usage efficiency (WUE)
Measurement of water retain capacity of detached leaves (WRC)
Measurement of ABA content
Comprehensive drought tolerance analysis
DNA extraction
Primer design and testing of ATHK1
PCR amplification
DNA sequencing
Sequencing analysis
Association analysis
RESULTS
Comprehensive drought tolerance analysis
DNA polymorphisms at the ATHK1 locus
The relationship between polymorphisms in the ATHK1 coding region and comprehensive drought tolerance
DISCUSSION
- 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