تجزیه پروتئوم ریشه گندم تحت تنش کلرید سدیم92

پردیس بین المللی ارس دانشگاه تبریز
گروه بهنژادی و بیوتکنولوژی گیاهی
پایاننامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته بیوتکنولوژی کشاورزی
عنوان
تجزیه پروتئوم ریشه گندم تحت تنش کلرید سدیم
استاد راهنما
دکتر محمود تورچی
استاد مشاور
دکتر محمدرضا شکیبا
پژوهشگر
مهدی اکبری
تابستان 1392

نام خانوادگی: اکبری نام: مهدی
عنوان پایان نامه: تجزیه پروتئوم ریشه گندم تحت تنش کلرید سدیم
استاد راهنما: دکتر محمود تورچی
استاد مشاور: دکتر محمدرضا شکیبا
مقطع تحصیلی: کارشناسی ارشد رشته: مهندسی کشاورزی گرایش: بیوتکنولوژی
دانشگاه: پردیس بینالمللی ارس، دانشگاه تبریز تاریخ فارغالتحصیلی: 17/06/1392 تعداد صفحه: 110
کلید واژهها: الکتروفورز دو بعدی، تنش کلرید سدیم، گندم
چکیده:
گندم (Triticum aestivum L.) يكي از قدیمیترین و اولين گياهان زراعی ‌است كه به عنوان ماده اولیه تهیه نان در تغذیه بشر نقش اساسی ایفا کرده است. با توجه به رشد جمعیت و نیاز روز افزون به محصولات کشاورزی به ویژه گندم میبایست تولید گندم را در کشور افزایش داد. به علت محدود بودن سطح زمینهای قابل کشت، افزایش تولید گندم مستلزم افزایش عملکرد در واحد سطح است. تنشهای محیطی از قبیل خشکی، شوری و سرما نقش مهمی بر روی عملکرد گیاهان زراعی و بقای آنها دارند. تنش شوری یکی از مهمترین تنشهای غیرزیستی است که اثر نامطلوبی بر روی کمیت و کیفیت محصولات زراعی دارد، به طوری که 20 درصد از زمینهای زراعی آبی در جهان متاثر از تنش شوری هستند. بنابراین ارزیابی و بررسی سازوکار مولکولی مقاومت و حساسیت به تنش کلرید سدیم در ارقام مختلف گندم از اهمیت ویژهای در این راستا برخوردار است. به این منظور آزمایشی بصورت تکرار دار در سال 1391 درون اتاقک رشد تحت شرایط کنترل شده در دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز اجرا گردید. در این آزمایش از دو رقم آرتا (حساس) و بم (مقاوم) در دو سطح تنش 250 میلیمولار و فاقد تنش بر پایه طرح کاملا تصادفی در سه تکرار استفاده گردید. زمان اعمال تنش، مرحله دو برگی گیاهان بود. پس از ظهور علائم تنش، اقدام به نمونه برداری و بررسی صفات مورفولوژیک از قبیل طول ریشه، حجم ریشه، وزن تر، وزن خشک، تعداد ریشه و میزان پرولین ریشه گردید. تیمار ارقام گندم با نمک کلرید سدیم به مدت یک هفته تغییر معنی داری از نظر آماری در صفات مرتبط با ریشه شامل طول، وزنتر و تعداد ریشه ایجاد ننمود. به نظر میرسد مدت زمان کوتاه مجاورت گیاهان با تنش و بالا بودن ضریب تغییرات از دلایل عمده چنین پاسخی باشند. صفات وزن خشک و تعداد ریشه به ترتیب در سطح احتمال پنج و یک درصد معنیدار شدند. تنش کلرید سدیم موجب افزایش میزان پرولین در هر دو رقم حساس و متحمل گردید؛ اگرچه میزان افزایش پرولین در رقم حساس به مراتب بیشتر از رقم متحمل بود. بررسی پروتئوم ریشه گندم در رقم حساس با روش الکتروفورز دو بعدی منجر به شناسایی تعداد 21 لکه پروتئینی با تغییرات بیان معنی دار شد که شش لکه پروتئینی افزایش بیان و 15 لکه پروتئینی کاهش بیان نشان دادند. در رقم متحمل تغییرات بیان 49 لکه پروتئینی معنی دار گردید که از بین آنها 14 لکه پروتئینی افزایش بیان و 35 لکه پروتئینی کاهش بیان نشان دادند. پروتئینهای یافت شده بر اساس عملکرد بیولوژیکی در گروههای مهمی مانند پروتئینهای دخیل در متابولیسم انرژی، مهار کنندههای ROSها و سم زدایی، ترجمه پروتئین، پردازش و تخریب، پروتئینهای مرتبط با دیواره سلولی، پروتئینهای مرتبط با متابولیسم اسیدهای آمینه و هورمونها، شبکه انتقال سیگنال درگیر در پاسخ به تنش کلرید سدیم، اسکلت سلولی، پروتئینهای مرتبط با رونویسی، پروتئینهای مرتبط با همبستگی سطح mRNA و پروتئین تقسیم شدند.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
TOC h z t “B Lotus16;1″ مقدمه PAGEREF _Toc363203790 h 1فصل اول: بررسي منابع
1-1- اهمیت گیاه‌شناسی و سطح زیرکشت گندم PAGEREF _Toc363203791 h 31-1-1- تکامل و ژنتیک گندم PAGEREF _Toc363203792 h 31-2- تنش شوری PAGEREF _Toc363203793 h 41-2-1- درک تنش شوری PAGEREF _Toc363203794 h 61-2-2- واكنش‌هاي عمومي گياهان نسبت به تنش شوري PAGEREF _Toc363203795 h 81-2-2-1- تاثیر شوری بر رشد گیاه PAGEREF _Toc363203796 h 91-2-2-2- تاثیر شوری بر رشد ریشه گیاه PAGEREF _Toc363203797 h 101-2-2-3- اثر تنش شوري بر مواد آلي محصول و اسيدهاي آمينه گیاه PAGEREF _Toc363203798 h 111-2-2-4- اثر شوری بر تشکیل رادیکال‌های آزاد در گیاه PAGEREF _Toc363203799 h 151-2-3- نشانگرهای پروتئینی و پروتئومیک PAGEREF _Toc363203800 h 151-2-4- پروتئومیک و تنش PAGEREF _Toc363203801 h 271-2-5- پروتئومیک و تنش شوری PAGEREF _Toc363203802 h 28فصل دوم: مواد و روش‌ها
2-1- مواد و روش انجام آزمایش PAGEREF _Toc363203803 h 352-1-1- مشخصات محل اجرای آزمایش PAGEREF _Toc363203804 h 352-1-2- مواد گیاهی مورد استفاده PAGEREF _Toc363203805 h 352-1-3- روش انجام آزمایش PAGEREF _Toc363203806 h 362-1-4- برداشت ریشه ها PAGEREF _Toc363203807 h 372-2- صفات مورد اندازه‌گیری PAGEREF _Toc363203808 h 382-3- تجزیه‌های آماری PAGEREF _Toc363203809 h 402-4- آزمایشات الکتروفورز دو بعدی PAGEREF _Toc363203810 h 402-4-1- تهیه ژل بعد اول (IEF) PAGEREF _Toc363203811 h 412-4-2- استخراج پروتئین PAGEREF _Toc363203812 h 422-4-3- حل کردن پروتئین PAGEREF _Toc363203813 h 432-4-4- تهیه ژل بعد دوم (SDS-PAGE) PAGEREF _Toc363203814 h 452-4-5- رنگ‌آمیزی PAGEREF _Toc363203815 h 482-4-6- تصویر برداری و تجزیه کمی لکه‌های پروتئینی PAGEREF _Toc363203816 h 51فصل سوم: نتايج و بحث
3-1- تجزیه واریانس صفات PAGEREF _Toc363203817 h 533-2- اثر کلرید سدیم بر خصوصیات ریشه PAGEREF _Toc363203818 h 533-3- اثر کلرید سدیم بر میزان پرولین PAGEREF _Toc363203819 h 573-4- تجزیه و تحلیل پروتئوم بافت ریشه PAGEREF _Toc363203820 h 583-5- نقش پروتئین‌های شناسایی شده PAGEREF _Toc363203821 h 683-5-1- متابولیسم انرژی PAGEREF _Toc363203822 h 693-5-2- مهار ROS و سم زدایی PAGEREF _Toc363203823 h 733-5-3- ترجمه پروتئین، پردازش و تخریب PAGEREF _Toc363203824 h 763-5-4- پروتئین‌های مرتبط با دیواره سلولی PAGEREF _Toc363203825 h 783-5-5- پروتئین‌های مرتبط با متابولیسم اسیدهای آمینه و هورمون‌ها PAGEREF _Toc363203826 h 803-5-6- شبکه انتقال سیگنال درگیر در پاسخ به تنش کلرید سدیم PAGEREF _Toc363203827 h 833-5-7- اسکلت سلولی PAGEREF _Toc363203828 h 843-5-8- پروتئین‌های مرتبط با رونویسی PAGEREF _Toc363203829 h 853-5-9- پروتئین‌های مرتبط با همبستگی سطح mRNA و پروتئینهای مربوطه PAGEREF _Toc363203830 h 86منابع
منابع PAGEREF _Toc363203831 h 89

مقدمهگندم (Triticum aestivum L.) یکی از گیاهان زراعی مهم است که از سالیان بسیار دور، قبل از آن که بشر به موارد مصرف سایر گیاهان پی ببرد، از آن به عنوان مهمترین منبع غذایی استفاده میکرد. این گیاه از نظر تولید و سطح زیر کشت مهمترین محصول کشاورزی ایران است (خدابنده، 1382). با توجه به رشد جمعیت و نیاز روز افزون به محصولات کشاورزی به ویژه گندم میبایست تولید گندم را در کشور افزایش داد. . به علت محدود بودن سطح زمینهای قابل کشت، افزایش تولید گندم مستلزم افزایش عملکرد در واحد سطح است. افزایش عملکرد در واحد سطح به دو روش، یکی اعمال روشهای زراعی پیشرفته و دیگری تولید ارقام مناسب از نظر کیفیت و کمیت عملکرد، مقاومت به بیماریها و تحمل تنشهای محیطی قابل حصول است (اهدایی، 1388).
تنش در گیاه به مفهوم انحراف در فیزیولوژی، نمو و عملکرد طبیعی آن است که اغلب مضر بوده و آسیبهای برگشت ناپذیری به سیستم گیاهی وارد مینماید. بسیاری از موجودات زنده مثل ویروسهای بیماریزای گیاهی، باکتریها، قارچها، نماتدها، حشرات و برخی گیاهان گلدار، انگل گیاهان هستند؛ که از آنها به عنوان ” تنشهای زیستی” یاد میشود. در مقابل، “تنشهای غیرزیستی” توسط اشیا یا مواد و یا شرایط غیرزنده به گیاهان تحمیل میشوند. شوری، دمای محیط، رطوبت نسبی، تابش خورشید، مواد مغذی خاک و سایر ویژگیهای فیزیکوشیمیایی خاک موجب تنشهای غیرزیستی در گیاه میشوند (ناگاراجان، 2010). تنشهای محیطی از قبیل خشکی، شوری و سرما نقش مهمی بر روی عملکرد گیاهان زراعی و بقای آنها دارند (لاتینی و همکاران، 2007). تنش شوری یکی از مهمترین تنشهای غیرزیستی میباشد که اثر نامطلوبی بر روی کمیت و کیفیت محصولات زراعی دارد، به طوری که 20 درصد از زمینهای زراعی آبی در جهان متاثر از تنش شوری هستند (ژائو و همکاران، 2007). به دلیل قرارگیری ایران در منطقه آب و هوایی خشک و نیمه خشک، نزدیک به 50 درصد سطح زیر کشت محصولات کشاورزی، به درجات مختلف با مشکل شوری و قلیایی بودن مواجه میباشد (میر محمدی میبدی و قره یاضی، 1381).
با پیشرفت سریع در تکنیکهای استخراج ، تفکیک و شناسایی پروتئین، تکنولوژی پروتئومیک یک نقش کلیدی را در توسعهی مجموعه پروتئینهای مرتبط با فعالیت زیستی بازی میکند (وانگ و همکاران، 2011). پروتئومیک یک روش مبتنی بر تکنیک الکتروفورز دوبعدی است. هر پروتئین یک نقطۀ ایزوالکتریک دارد که در آن بار مثبت و منفی پروتیئن با هم برابر میشود. در الکتروفورز بعد اول از این خاصیت بهره میگیرند. ژل بعد اول را به بعد دوم که همان الکتروفورز SDS-PAGE معمولی است منتقل میکنند. در الکتروفورز بعد دوم حرکت پروتئینها در میدان الکتریکی بر اساس وزن مولکولی صورت میگیرد (لیبلر، 2002). پروتئومیک میتواند ابزاری قوی برای شناسایی ژنهای کاندیدای مقاومت به تنش باشد (چن و هارمون، 2006). تحقیقات متعددی از پروتئومیک جهت شناسایی پروتئینهای پاسخگو به شوری استفاده نمودهاند. پروتئینهای زیادی یافت شدهاند که بیان آنها هماهنگ با غلظت نمک تنظیم میشود. این پروتئینها در فرآیند متابولیسم انرژی، مهار کنندههای ROS و زدودن سموم از آنزیمها، ترجمه پروتئین، پردازش و تخریب، پروتئینهای مرتبط با دیواره سلولی، پروتئینهای مرتبط با متابولیسم اسیدهای آمینه و هورمونها، شبکه انتقال سیگنال درگیر در پاسخ به تنش کلرید سدیم، اسکلت سلولی، پروتئینهای مرتبط با رونویسی و پروتئینهای مرتبط با همبستگی سطح mRNA و پروتئین دخیل هستند (جیانگ و همکاران، 2007).

1-1- اهمیت گیاهشناسی و سطح زیرکشت گندم
گندم (Triticum aestivum L.) يكي از قدیمی ترین و اولين گياهان زراعی ‌است كه به عنوان ماده اولیه تهیه نان در تغذیه بشر نقش اساسی ایفا کرده است (رضوانی مقدم و کوچکی، 2001).
گندم نان گیاهی یکساله، تکلپه و علفی از خانواده گندمیان (گرامینه) و جنس تریتیکوم میباشد که دارای گونههای زراعی و خودرو است (بهنیا، 1376). از لحاظ واکنش به دوره نوری از دسته گیاهان روزبلند است. ریشه گندم افشان و سطحی است. ساقه آن راست استوانهای و بندبند است و دارای گل آذین سنبله میباشد (خدابنده، 1382). این گیاه کاملا خودبارور نبوده و یک تا چهار درصد دگرباروری دارد (خدابنده، 1382). گندم گیاهی است که در مساحت وسیعی از زمینهای کشاورزی دنیا کشت می شود. این گیاه از نظر تولید و سطح زیر کشت مهمترین محصول کشاورزی ایران است (خدابنده، 1382). بر اساس آمارهای اعلام شده سطح زیر کشت گندم در سال 2011، برابر با 220 میلیون هکتار و میزان تولید آن 08/704 میلیون تن و در ایران سطح زیر کشت آن برابر با 085/7 میلیون هکتار با میزان تولید 36/14 میلیون تن بوده است (فائو، 2013).
1-1-1- تکامل و ژنتیک گندم
منشا ژنتیکی گندم مثال بارزی از ترکیب گونههای خویشاوند در طبیعت برای تشکیل یک سری پلیپلوئید است (ارزانی، 1380). گندم یک آلوپلوئید قطعهای است که شامل سه ژنوم A، B و D است که از لحاظ ژنتیکی هومیولوگ هستند. DNA هاپلوئید گندم شامل 1010×7/1 جفت باز است. دلیل بزرگ بودن ژنوم گندم، پلیپلوئیدی و مضاعف شدنهای زیاد است. بیش از 80 درصد ژنوم گندم را توالیهای تکراری تشکیل میدهد (یزدی صمدی و عبدمیشانی، 1383). طبقه بندی ژنتیکی گندم توسط فلکس برگر (نقل از بهنیا، 1376) بر اساس تعداد کروموزوم آنها انجام گرفته و شامل سه گروه دیپلوئید، تتراپلوئید و هگزاپلوئید میباشد. گندم نان از گروه گندمهای هگزاپلوئید با 42 کروموزوم است و به گندمهای نرم یا معمولی یا نان معروف هستند (خدابنده، 1382).
1-2- تنش شوریتنشها ، پاسخهای مشترکی را در گیاهان القا میکنند ولی در شروع سیگنال با هم تفاوت داشته و همچنین گیرندههای آنها متفاوت میباشند. این تنشها با بیان یک سری از ژنها، گیاه را قادر به ترمیم آسیب ناشی از تنش کرده یا گیاه را در برابر تنشهای محیطی که در آینده پیش خواهد آمد حمایت میکنند. یعنی در واقع گیاه را با محیط سازگار کرده و بقای آن را بیشتر تأمین و تضمین میکنند و از این طریق به نوعی با محیط خود سازش یافته یا تطابق مییابند (باجوز و حیات، 2008). تخمین زده شده است که تنها کمتر از 10 درصد زمینهای زراعی فاقد تنشهای عمده محیطی هستند (همدیا و شداد، 2010). تنشهای محیطی از قبیل خشکی، شوری و سرما نقش مهمی بر روی عملکرد گیاهان زراعی و بقای آنها دارند (لاتینی و همکاران، 2007).
تنش شوری یکی از مهمترین تنشهای غیرزیستی میباشد که اثر نامطلوبی بر روی کمیت و کیفیت محصولات زراعی دارد، به طوری که 20 درصد از زمینهای زراعی آبی در جهان متاثر از تنش شوری هستند (ژائو و همکاران، 2007). به دلیل قرارگیری ایران در منطقه آب و هوایی خشک و نیمه خشک، نزدیک به 50 درصد سطح زیر

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *