تعداد نشریات | 23 |
تعداد شمارهها | 368 |
تعداد مقالات | 2,890 |
تعداد مشاهده مقاله | 2,566,165 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 1,821,826 |
بررسی عناصر تنظیم کننده ژنهای NAD(P)H oxidase در گندم | ||
بیوتکنولوژی و بیوشیمی غلات | ||
مقاله 2، دوره 2، شماره 3، مهر 1402، صفحه 288-300 اصل مقاله (700.51 K) | ||
نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22126/cbb.2023.9631.1054 | ||
نویسندگان | ||
فاطمه سهرابی1؛ آرمین ساعدموچشی* 2 | ||
1بخش بیوتکنولوژی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران | ||
2بخش تحقیقات زراعی و باغی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان کرمانشاه، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرمانشاه، | ||
چکیده | ||
مقدمه: تغییرات آب و هوایی و افزایش شدت و مدت تنشهای محیطی بر عملکرد و تولید جهانی اکثر گیاهان زراعی از جمله گندم تاثیر گذاشته است. بر این اساس بررسی اثر تنشهای محیطی بر تغییرات سلولی در سطح ملکولی جهت تشخیص مکانیسمهای تنظیمی و استفاده از آنها برای افزایش تحمل و مقاومت در گیاهان اهمیت ویژهای پیدا کرده است. گیاهان برای ﻣﻘﺎﺑﻠﻪ ﺑﺎ ﺗﻨﺶﻫﺎی محیطی راهﮐﺎرﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻔﯽ از ﺟﻤﻠﻪ ﺗﻮﻟﯿﺪ ﺳﺮﯾﻊ ﮔﻮﻧﻪﻫﺎی ﻓﻌﺎل اﮐﺴﯿﮋن (ROS) ﮐﻪ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان اﻧﻔﺠﺎر اﮐﺴﯿﺪی ﻣﻌﺮوف اﺳﺖ، بهره میگیرند. گونههای ﻓﻌﺎل در ﻣﻘﺪار اﻧﺪک ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﭘﯿﺎم رﺳﺎنهای ثانویه در ﺟﺮﯾﺎن ﻓﺮاﯾﻨﺪﻫﺎی دﻓﺎﻋﯽ ﮔﯿﺎه و ﺳﺎزﮔﺎری در ﻣﻘﺎﺑﻞ اﺳﺘﺮسﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻒ ﻧﻘﺶ اﺳﺎﺳﯽ را ﺑﺮ ﻋﻬﺪه دارﻧﺪ اما ﺗﺪاوم ﺗﻨﺶ و ﺗﺠﻤﻊ ﺑﯿﺶ از ﺣﺪ ﮔﻮﻧﻪﻫﺎی ﻓﻌﺎل، ﺗﻌﺎدل اﮐﺴﺎﯾﺶ-ﮐﺎﻫﺶ در ﮔﯿﺎه را ﺑﺮ ﻫﻢ زده و ﻣﻮﺟﺐ تنش اکسیدی ﻣﯽﺷﻮد. ﮔﻮﻧﻪﻫﺎی ﻓﻌﺎل اﮐﺴﯿﮋن در ﮐﻠﺮوﭘﻼﺳﺖ، ﻣﯿﺘﻮﮐﻨﺪری، ﭘﺮاﮐﺴﯽزوم در ﺳﯿﺘﻮﭘﻼﺳﻢ، ﭘﺮاﮐﺴﯿﺪاز و آﻣﯿﻦاﮐﺴﯿﺪاز ﻣﻮﺟﻮد در دﯾﻮاره ﺳﻠﻮﻟﯽ و آﻧﺰﯾﻢﻫﺎی خانواده NADP(H) oxidase (NOX) ﻏﺸﺎی ﺳﻠﻮﻟﯽ ﺗﻮﻟﯿﺪ ﻣﯽﺷﻮﻧﺪ. در این میان ژنهای NAD(P)H oxidase با تحریک ژنهای مرتبط با ایجاد گونههای فعال اکسیژن نقش بسیار مهمی در پاسخ گیاه به تغییرات محیطی ایفا میکنند. این خانواده ژنی همچنین ﺑﺎ اﻧﺘﻘﺎل اﻟﮑﺘﺮون از NAD(P)H ﺑﻪ اﮐﺴﯿﮋن ﻣﻮﻟﮑﻮﻟﯽ ﯾﻮن ﺳﻮﭘﺮاﮐﺴﯿﺪ را ﺗﻮﻟﯿﺪ کرده و در ادامه قادر به تولید انواع گونههای فعال اکسیژن هستند. این پژوهش با هدف بررسی ناحیه راهانداز ژن رمزکننده NAD(P)H oxidase در ژنوم گندم جهت شناسایی عناصر تنظیمی تاثیرگذار بر بیان آن در گندم انجام گردید. مواد و روشها: راه انداز ژنها و عناصر تنظیمی مهمی که در آن قرار دارد نقش مهمی در تنظیم بیان ژن در شرایط مختلف و در در نتیجه در ایجاد سازگاری گیاهان با تغییرات محیطی را بر عهده دارد. جهت بررسی چگونگی تنظیم بیان ژن NAD(P)H oxidase ناحیه راهانداز ژن با استفاده از پایگاه دادههای بیوانفورماتیک و نرم افزارهای تحلیلی، مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا با استفاده از سایت NCBI توالی مربوط به ژن رمزکننده این آنزیم در گندم شناسایی شد. جهت شناسایی عناصر تنظیمی در بالادست این ژن در ناحیه راهانداز ژنی 1500 جفت باز از ناحیه آغاز رونویسی جدا گردید و سپس این توالیها با استفاده از سایت PlantEnsemble مورد بررسی قرار گرفت. برای شناسایی عناصر تنظیمی مهم در بیان ژن که هر کدام نقش مشخصی در تنشهای مختلف ایفا می کنند، توالی راهانداز توسط سایت PlantCare بررسی شد. یافتهها: نتایج نشان داد که عناصر تنظیمی مختلفی که در مسیرهای بیوشیمیایی مختلف دخالت دارند میتوانند بر میزان بیان ژن های NAD(P)H oxidase در گندم تاثیر گذار باشند. از جمله عناصر تنظیمی که به وسیله آنالیز راهانداز شناسایی شدند میتوان ABRE, TCA motif, TGACG motif, ARE, CCAAT-Box, skn-1-motif, circadian را نام برد که هر کدام به وسیله هورمونها و فاکتورهای رونویسی مختلف شناسایی می شوند. نتیجهگیری: تحلیلها نشان داد تغییرات شرایط محیطی توانایی ایجاد تغییر بیان ژن آنزیم NAD(P)H oxidase را دارند. هورمونها و فاکتورهای رونویسی هر کدام عناصر تنظیمی خاصی را در راهانداز ژن مورد هدف قرار میدهند و از این طریق موجب تغییر میزان بیان آنزیم میشوند. آنزیم در ابتدا با ایجاد یون سوپراکسید و در ادامه تولید انواع گونههای فعال اکسیژن که نقش پیامرسان ثانویه در گیاه را دارند موجب سازگاری گیاه با شرایط محیطی میشود. از جمله عناصر تنظیمی که به وسیله آنالیز راهانداز شناسایی شدند میتوان ABRE, TCA motif, TGACG motif, ARE, CCAAT-Box, skn-1-motif, circadian را نام برد. این عناصر به ترتیب در مسیرهای پاسخ به هورمونهای آبسیزیک اسید، ﺳﺎﻟﯿﺴﯿﻠﯿﮏ اﺳﯿد و جاسمونیک اسید، مسیرهای واکنشهای غیر هوازی، پاسخ به خشکی از طریق فاکتورهای رونویسی MYB، مسیر آندوسپرم گیاه و واکنشهای نوری نقش دارند که همگی موجب پاسخ بهتر گیاه در مراحل مختلف رشدی و سازگاری با شرایط متغیر محیطی میشوند. | ||
کلیدواژهها | ||
آنزیم NAD(P)H oxidase؛ گونههای فعال اکسیژن؛ راهانداز؛ فاکتورهای رونویسی | ||
مراجع | ||
Ashraf, M., and Harris, P. J. (2013). Photosynthesis under stressful environments: An overview. Photosynthetica 51, 163-190. Atkinson, N. J., and Urwin, P. E. (2012). The interaction of plant biotic and abiotic stresses: from genes to the field. Journal of experimental botany 63, 3523-3543. Dat, J. F., Lopez-Delgado, H., Foyer, C. H., and Scott, I. M. (1998). Parallel changes in H2O2 and catalase during thermotolerance induced by salicylic acid or heat acclimation in mustard seedlings. Plant Physiology 11, 1351-1357. Demidchik, V. (2010). Reactive oxygen species, oxidative stress and plant ion channels. Ion channels and plant stress responses, 207-232. Duan, Z. Q., Bai, L., Zhao, Z. G., Zhang, G. P., Cheng, F. M., Jiang, L. X., and Chen, K. M. (2009). Drought‐stimulated activity of plasma membrane nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase and its catalytic properties in rice. Journal of Integrative Plant Biology 51, 1104-1115. Gill, S. S., and Tuteja, N. (2010). Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant physiology and biochemistry 48, 909-930. Hao, F., Wang, X., and Chen, J. (2006). Involvement of plasma-membrane NADPH oxidase in nickel-induced oxidative stress in roots of wheat seedlings. Plant Science 170, 151-158. Hao, F., Zhang, J., Yu, Z., and Chen, J. (2008). Involvement of NADPH oxidase NtrbohD in the rapid production of H2O2 induced by ABA in cultured tobacco cell line BY-2. Progress in Natural Science 18, 267-271. Hewedy, O. A., Elsheery, N. I., Karkour, A. M., Elhamouly, N., Arafa, R. A., Mahmoud, G. A.-E., Dawood, M. F. A., Hussein, W. E., Mansour, A., and Amin, D. H. (2023). Jasmonic acid regulates plant development and orchestrates stress response during tough times. Environmental and Experimental Botany 208, 105260. Hou, S., and Tsuda, K. (2022). Salicylic acid and jasmonic acid crosstalk in plant immunity. Essays in Biochemistry 66, 647-656. Jiang, M., and Zhang, J. (2003). Cross‐talk between calcium and reactive oxygen species originated from NADPH oxidase in abscisic acid‐induced antioxidant defence in leaves of maize seedlings. Plant, Cell & Environment 26, 929-939. Kwak, J. M., Mori, I. C., Pei, Z.-M., Leonhardt, N., Torres, M. A., Dangl, J. L., Bloom, R. E., Bodde, S., Jones, J. D., and Schroeder, J. I. (2003). NADPH oxidase AtrbohD and AtrbohF genes function in ROS-dependent ABA signaling in Arabidopsis. The EMBO journal 22, 2623-2633. Leshem, Y., Seri, L., and Levine, A. (2007). Induction of phosphatidylinositol 3‐kinase‐mediated endocytosis by salt stress leads to intracellular production of reactive oxygen species and salt tolerance. The Plant Journal 51, 185-197. Li, W., Yamaguchi, S., Khan, M. A., An, P., Liu, X., and Tran, L.-S. P. (2016). Roles of gibberellins and abscisic acid in regulating germination of Suaeda salsa dimorphic seeds under salt stress. Frontiers in plant science 6, 1235. Mukherjee, A., Dwivedi, S., Bhagavatula, L., and Datta, S. (2023). Integration of light and ABA signaling pathways to combat drought stress in plants. Plant Cell Reports 42, 829-841. Ogasawara, Y., Kaya, H., Hiraoka, G., Yumoto, F., Kimura, S., Kadota, Y., Hishinuma, H., Senzaki, E., Yamagoe, S., and Nagata, K. (2008). Synergistic activation of the Arabidopsis NADPH oxidase AtrbohD by Ca2+ and phosphorylation. Journal of Biological Chemistry 283, 8885-8892. Parra-Lobato, M. C., Fernandez-Garcia, N., Olmos, E., Alvarez-Tinaut, M. C., and Gómez-Jiménez, M. C. (2009). Methyl jasmonate-induced antioxidant defence in root apoplast from sunflower seedlings. Environmental and Experimental Botany 66, 9-17. Pirasteh-Anosheh, H., Saed-Moucheshi, A., Pakniyat, H., and Pessarakli, M. (2016). Stomatal responses to drought stress. In "Water Stress and Crop Plants: A Sustainable Approach", Vol. 1, pp. 24-40. John Wiley & Sons, Ltd. Popova, L., Ananieva, E., Hristova, V., Christov, K., Georgieva, K., Alexieva, V., and Stoinova, Z. (2003). Salicylic acid-and methyl jasmonate-induced protection on photosynthesis to paraquat oxidative stress. Bulg J Plant Physiol 133, 152. Riasat, M., Kiani, S., Saed-Mouchehsi, A., and Pessarakli, M. (2019). Oxidant related biochemical traits are significant indices in triticale grain yield under drought stress condition. Journal of Plant Nutrition 42, 111-126. Saed-Moucheshi, A., and Mirghaed, E.-R. (2023). A Review on Selenium Function under Oxidative Stress in Plants Focusing on ROS Production and Detoxification. Phyton-International Journal of Experimental Botany 92, 1921--1941. Saed-Moucheshi, A., and Mozafari, A. A. (2022). Alternate gene expression profiling of monoterpenes in Hymenocrater longiflorus as a novel pharmaceutical plant under water deficit. Scientific Reports 12, 4084. Saed-Moucheshi, A., Razi, H., Dadkhodaie, A., Ghodsi, M., and Dastfal, M. (2019). Association of biochemical traits with grain yield in triticale genotypes under normal irrigation and drought stress conditions. Australian Journal of Crop Science 13, 272. Saed-Moucheshi, A., and Safari, H. (2023a). Investigation of regulatory elements related to superoxide dismutase enzyme genes in wheat. Cereal Biotechnology and Biochemistry 2, 64-73. Saed-Moucheshi, A., and Safari, H. (2023b). Superoxide Dismutase Enzyme Expression in Root and Shoot of Triticale Seedlings under Drought Stress Conditions. Cereal Biotechnology and Biochemistry 1, 581-595. Saed-Moucheshi, A., Shekoofa, A., and Pessarakli, M. (2014). Reactive oxygen species (ROS) generation and detoxifying in plants. Journal of Plant Nutrition 37, 1573-1585. Saed-Moucheshi, A., Sohrabi, F., Fasihfar, E., Baniasadi, F., Riasat, M., and Mozafari, A. A. (2021). Superoxide dismutase (SOD) as a selection criterion for triticale grain yield under drought stress: a comprehensive study on genomics and expression profiling, bioinformatics, heritability, and phenotypic variability. BMC plant biology 21, 1-19. Sagi, M., and Fluhr, R. (2006). Production of reactive oxygen species by plant NADPH oxidases. Plant physiology 141, 336-340. Shakeri, E., Mozafari, A. A., Sohrabi, F., and Saed-Moucheshi, A. (2019). Role of proline and other osmoregulatory compounds in plant responses to abiotic stresses. In "Handbook of Plant and Crop Stress, Fourth Edition", pp. 165-173. CRC Press. Shamloo-Dashtpagerdi, R., Razi, H., and Ebrahimie, E. (2015). Mining expressed sequence tags of rapeseed (Brassica napus L.) to predict the drought responsive regulatory network. Physiology and molecular biology of plants 21, 329-340. Suzuki, N., Miller, G., Morales, J., Shulaev, V., Torres, M. A., and Mittler, R. (2019). Respiratory burst oxidases: the engines of ROS signaling. Current opinion in plant biology 14, 691-699. Wang, X., Zhang, M. M., Wang, Y. J., Gao, Y. T., Li, R., Wang, G. F., Li, W. Q., Liu, W. T., and Chen, K. M. (2016). The plasma membrane NADPH oxidase OsRbohA plays a crucial role in developmental regulation and drought‐stress response in rice. Physiologia Plantarum 156, 421-443. Zhang, H., Liu, Y., Wen, F., Yao, D., Wang, L., Guo, J., Ni, L., Zhang, A., Tan, M., and Jiang, M. (2014). A novel rice C2H2-type zinc finger protein, ZFP36, is a key player involved in abscisic acid-induced antioxidant defence and oxidative stress tolerance in rice. Journal of experimental botany 65, 5795-5809. Zhang, H., Zhang, F., Xia, Y., Wang, G., and Shen, Z. (2010). Excess copper induces production of hydrogen peroxide in the leaf of Elsholtzia haichowensis through apoplastic and symplastic CuZn-superoxide dismutase. Journal of Hazardous Materials 178, 834-843. Zhang, L., and Xing, D. (2008). Methyl jasmonate induces production of reactive oxygen species and alterations in mitochondrial dynamics that precede photosynthetic dysfunction and subsequent cell death. Plant and Cell Physiology 49, 1092-1111. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 114 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 152 |