فناوری زیستی در کشاورزی

فناوری زیستی در کشاورزی

بیان ژن‌ها کنترل‌کننده فعالیت گلوتاتیون ردوکتازو و آسکوربات پراکسیداز و ارتباط آن‌ها با عملکرد گندم تحت شرایط مختلف رطوبتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانش آموخته کارشناسی ارشد ژنتیک و به‌نژادی، دانشگاه علوم کشاورزی ومنابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران
2 دانشیار گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژِی کشاورزی، دانشگاه علوم کشاورزی ومنابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران
3 دانش آموخته کارشناسی ارشد گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژِی کشاورزی، دانشگاه علوم کشاورزی ومنابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران
چکیده
تنش‌ خشکی مهم‌ترین عامل افت کمی و کیفی عملکرد گندم، به‌عنوان یک محصول زراعی راهبردی، است. این تنش بر انواع فرآیندهای حیاتی بیوشیمیایی و فیزیولوژیک گندم تأثیر منفی دارد. این پژوهش با هدف ارزیابی فعالیت آنزیم‌های گلوتاتیون ردوکتازو و آسکوربات پراکسیداز و به‌منظور بررسی میزان بیان ژن‌های کنترل‌کننده این دو آنزیم و ارتباط آن‌ها با عملکرد و برخی از اجزای عملکرد در مزرعه و تحت سه شرایط رطوبتی برای دو رقم کلاته و احسان ( به‌ترتیب متحمل و حساس به خشکی) گندم انجام شد. آزمایش به‌صورت طرح کرت‌های خرد شده در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با چهار تکرار انجام شد. عامل اصلی سه سطح تنش رطوبتی، شامل 0/3- بار (ظرفیت زراعی به‌عنوان تیمار شاهد)، 2- بار و 4- بار بود، که در شرایط مزرعه و با کمک تانسیومتر، اعمال شد. عامل فرعی هم شامل دو رقم گندم کلاته و احسان بود . نتایج تجزیه واریانس نشان داد که اثر سطوح مختلف رطوبتی و همچنین تفاوت بین دو رقم، برای کلیه صفات ارزیابی شده معنی‌دار (p≤0.01) بود. عملکرد و صفات وابسته به آن تحت تأثیر تنش خشکی قرار گرفت و کاهش یافت. فعالیت آنزیم‌های آسکوربات پراکسیداز و گلوتاتیون ردوکتاز تحت تأثیر اثر متقابل تنش خشکی و رقم قرار گرفت و به‌طورکلی با بروز تنش مقدار فعالیت آن‌ها افزایش یافت که این نتایج منطبق بر افزایش بیان ژن‌ها بود ,این افزایش بیان ژن‌ها در سطح تنش 4- بار در رقم کلاته بیشتر از شرایط شاهد و 2- بار تنش بود. نتایج نشان می‌دهد که تنش خشکی باعث کاهش عملکرد و صفات وابسته شد. این کاهش ممکن است ناشی از فشار اکسیداتیو و اختلال در فرآیندهای بیولوژیکی گیاه باشد. در شرایط تنش خشکی، گیاهان با افزایش بیان ژن‌های مرتبط با آنزیم‌های ضداکسیداتیو، تلاش می‌کنند تا آسیب‌های اکسیداتیو کاهش یابد و در نتیجه، عملکرد کاهش می‌یابد اما با واکنش‌های بیولوژیکی قوی‌تر، تا حدی مقاوم‌تر شوند. این الگو در رقم‌ کلاته بیشتر مشهود است که نشان‌دهنده مقاومت بیولوژیکی آن در برابر تنش است .نتایج نشان داد رقم‌ کلاته نسبت به وضعیت رقم احسان در شرایط بهتری قرار داشت.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Expression of Genes Controlling Glutathione Reductase and Ascorbate Peroxidase Activity and Their Relationship with Wheat Yield under Different Moisture Conditions

نویسندگان English

Zahrasadat Motahari 1
Saeid Navabpour 2
Abolfazl Mazandarani 3
Mojtaba Malaee 3
1 Master's Graduate in Plant Biotechnology, Gorgan University of Agricultural Sciences and ,Natural Resources, Gorgan, Iran
2 Assistant Professor, Department of Plant Breeding and Biotechnology, Gorgan University of Agriculture Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
3 Master's Graduate, Department of Plant Breeding and Biotechnology, Gorgan University of Agriculture Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
چکیده English

Drought stress is the most important factor leading to a decrease in both the quantity and quality of wheat yield, a strategic crop. This stress has a negative impact on various vital biochemical and physiological processes in wheat. This study aimed to assess the activity of glutathione reductase and ascorbate peroxidase enzymes, as well as to investigate the expression levels of genes that control these enzymes and their relationship with yield and some yield components in the field under three moisture conditions for two wheat cultivars. The experiment was conducted in a split-plot design within a randomized complete block design with four replications. The main factor consisted of three levels of moisture stress: -0.3 bar (field capacity as the control treatment), -2 bar, and -4 bar, applied in field conditions using a tensiometer. The secondary factor included two wheat cultivars, Kalateh and Ehsan. The results of the analysis of variance indicated that the effects of different moisture levels and the differences between the two cultivars were significant (p≤0.01) for all evaluated traits. Yield and its related traits were negatively impacted by drought stress, leading to a decrease. The activity of ascorbate peroxidase and glutathione reductase enzymes was influenced by the interaction between drought stress and cultivar. In general, their activity increased with the occurrence of stress, consistent with the increase in gene expression. The increase in gene expression under stress conditions was four times higher in the Kalate cultivar compared to the control, and two times higher than in the stress condition. The results suggest that drought stress resulted in a decrease in yield and related traits, likely due to oxidative stress and disruption of plant biological processes. Plants under drought stress aim to reduce oxidative damage by upregulating genes related to antioxidant enzymes, resulting in decreased yield but increased resistance through biological reactions. This pattern was more pronounced in the Kalateh cultivar, indicating its biological resilience to stress. Overall, the results indicated that the Kalateh cultivar performed better than the Ehsan cultivar.

کلیدواژه‌ها English

Antioxidant enzymes
Gene expression
Drought
Wheat