پژوهش های پیشین درباره شناسایی ژنهای مسیر بهاره سازی در گیاه چغندر قند- ...
| ۸. تعریف مساله و بیان ضرورت انجام پژوهش |
چغندرقند با نام علمی(beta vulgaris) مهمترین منبع تامینکننده ساکاروز در جهان است و اخیرا به گیاه مهمی نیز برای تولید سوختهای زیستی بویژه اتانول زیستی در جهان تبدیل شده است (جیمز، ۲۰۰۸). چغندرقند گیاهی دوساله است که در سال اول دارای رشد رویشی بوده و ریشهی ذخیرهای حاوی مواد غذائی تولید مینماید و برای ورود به مرحله زایشی در سال دوم، نیازمند سرمای ۱۰-۲ درجه سانتیگراد است که به بهارهسازی یا ورنالیزاسیون معروف میباشد( کوک و اسکات، ۱۳۷۷). سرمای نابهنگام بهاره موجب القای گلدهی در برخی ژنوتیپها میشود که نیاز سرمائی کمتری به بهارهسازی دارند. ریشهی بوتههای به ساقه رفته ساکاروز خود را از دست داده و به شدت خشبی میگردند. به ساقه رفتن تعداد زیادی بوته در مزرعه تولید ریشه در سال اول که اصطلاحا بولتینگ نامیده میشود، باعث نقصان محصول ریشه و در نهایت محصول شکر خواهد شد. در این میان برخی ژنوتیپهای چغندرقند در برابر این پدیده مقاومت بیشتری را نشان میدهند و برخی ژنوتیپها حساس میباشند (کوک و اسکات، ۱۳۷۷). تولید ارقام مقاوم به بولتینگ یکی از اهداف مهم اصلاح چغندرقند است. در سند ملی راهبردی چغندرقند، تولید ارقام مقاومت به بولتینگ برای استانهای آذربایجان غربی، همدان، فارس و منطقه دزفول در اولویت قرار دارد. (فتح اله طالقانی و همکاران، ۱۳۸۹). غربال ژنوتیپهای حساس و مقاوم به بولتینگ در برنامههای اصلاحی تولید ارقام مقاوم به بولتینگ از اهمیت ویژه ای برخوردار است. با شناسایی ژنهای مرتبط با نیاز ورنالیزاسیون درگیاه چغندرقند، می توان عامل یا عوامل ژنتیکی کنترل کننده بولتینگ در این گیاه را مشخص نمود و زمینه را برای تولید ارقام مقاوم به بولتینگ فراهم کرد. در دهه های اخیر گیاه آرابیدوپسیس (Arabidopsis thaliana) به عنوان یک گیاه مدل در بسیاری از مطالعات مربوط به عمل گلدهی به کار رفتهاست. بسیاری از مسیرهای مربوط به گلدهی در این گیاه مشخص و تعریف شدهاست. در گیاهان مکانیسم کنترل گلدهی بویژه در دو لپه ایها مشابه است، به ویژه اینکه مشابه برخی ژنهای کنترل کننده گلدهی در گیاهان در چغندر قند نیز شناسایی شده است. بدین منظور در این تحقیق شناسائی ژنهای مرتبط با نیاز ورنالیزاسیون در چغندرقند، بر اساس مشابهت توالی با سایر گیاهان بویژه آرابیدوپسیس صورت میگیرد. آنچه که در چغندرهای زراعی اهمیت دارد وقوع پدیده بولتینگ در اثر سرمای کوتاه مدت میباشد که شناسایی ژنهای آن از اهداف این تحقیق است. |
| ۹. سابقه انجام پژوهش |
| در دهه های اخیر گیاه آرابیدوپسیس به عنوان یک گیاه مدل در بسیاری از مطالعات مربوط به عمل گلدهی و شناسایی ژنهای مسیرهای کنترل کننده گلدهی به کار رفتهاست. تفاوت بین آرابیدوپسیس و چغندرقند از لحاظ گلدهی زیاد به نظر نمیرسد بطوریکه ابوالوفا و همکاران درسال ۲۰۱۱ همولوگ چهار ژن دخیل در مسیر خودبخودی فرایند گلدهی آرابیدوپسیس را در چغندرقند به نامهای BvFLK, BvFVE, BvLD, BvLDL1 شناسائی و مکانیابی ژنتیکی نمودند)ابو-الوفا و همکاران، ۲۰۱۱). علاوه بر این، چیا و همکاران در سال ۲۰۰۸ مشابه ژن Co که در مسیر فتوپریود گلدهی آرابیدوپسیس دخالت دارد را در چغندر گزارش کردند (چیا و همکاران، ۲۰۰۸). هنگامی که دورهی کافی از سرما طی شد، یکسری تغییرات بیان ژنی آغاز میشوند که در نهایت به ممانعت اپیژنتیکی ژن FLC منجر میشوند(کیم و همکاران). ژن FRIGIDA مهمترین فعالکنندهی FLC میباشد(جانسون وست و همکاران). حضور یک آلل غالب FRI بیان FLC را تا حدی بالا میبرد که شدیدا از گلدهی ممانعت میکند(اماسینو، ۲۰۰۵). پیش از ورنالیزاسیون، FLC با جلوگیری کردن از تغییراتی که مریستم انتهائی را به ساختارهای زایشی تبدیل میکنند، از آغاز گلدهی ممانعت میکند(دنگ و همکاران ۲۰۱۱). ممانعت از بیان FLC در اثر ورنالیزاسیون، به صورت میتوزی پایدار است بطوریکه با پایان یافتن دورهی سرما نیز ادامه مییابد(سکمیت و اماسینو ۲۰۰۷). طول مدت ورنالیزاسیون از لحاظ کمی با میزان کاهش بیان FLC ارتباط دارد(شلدون و همکاران، ۲۰۰۰). گزینش گیاهان موتانت یافته که نمیتوانند سریعا پس از زمستانگذرانی به گل بروند منجر به شناسائی سه ژن VRN1,VRN2,VIN3 در گیاه آرابیدوپسیس گردیده است(جندال و همکاران ۲۰۰۱ ؛ لوی و همکاران، ۲۰۰۲ ؛ سانگ و اماسینو، ۲۰۰۴). پاسخ به ورنالیزاسیون در آرابیدوپسیس به پروتئینهای VRN2 و VIN3 نیاز دارد، بطوریکه کاهش عملکرد این پروتئینها منجر به کاهش اثر ورنالیزاسیونی و از بین رفتن کاهش بیان FLC پس از ورنالیزاسیون میشود(وود و همکاران، ۲۰۰۶). ژن VIN3 از این نظر منحصر به فرد است که بیانش اختصاصی ورنالیزاسیون میباشد، بهطوریکه mRNA مربوط به این ژن تنها پس از گذراندن دورهی سرما ظاهر میشود و بطور تجمعی در طول دورهی ورنالیزاسیون افزایش مییابد و سریعا پس از بازگشت به دورهی گرما کاهش مییابد (سانگ و اماسینو، ۲۰۰۴). تراپجنتیل و همکاران (۲۰۱۱) ، دوره زمانی و میزان متیلاسیون DNA در مریستم انتهائی ساقه را به عنوان نقاط بحرانی برای القای بولتینگ در چغندرقند عنوان کردند. آنها همچنین بیان کردند که متیلاسیون کم DNA، نمیتواند منجر به القای بولتینگ شود در حالیکه متیلاسیون زیاد DNA از بولتینگ ممانعت کرده و آن را به تاخیر میاندازد (تریپ-جنتیل و همکاران، ۲۰۱۱). از طرف دیگر، برای حفظ جلوگیری از بیان FLC به فعالیت VRN2 نیاز است (وود و همکاران، ۲۰۰۶). در غیاب فعالیت VRN2، بیان FLC در پاسخ به ورنالیزاسیون کاهش مییابد ولی بجای اینکه پائین باقی بماند، با بازگشت گیاهان به دمای بالا، سطح mRNAی FLC افزایش مییابد (جندال و همکاران ، ۲۰۰۱). یکی دیگر از ژنهائی که در پایداری ممانعت از بیان FLC نقش دارد VRN1 میباشد. ژن VRN1 یک پروتئین متصل شونده به DNA را کد میکند (لوی و همکاران، ۲۰۰۲). فعالیت VRN1 برای متیلاسیون هیستونها ضروری است. ژن BvFLC در سال ۲۰۰۷ توسط ریوز و همکاران گزارش گردید (ریوز و همکاران، ۲۰۰۷). آنچه که در چغندرهای زراعی اهمیت دارد وقوع پدیده بولتینگ در اثر سرمای کوتاه مدت میباشد که شناسایی ژنهای آن از اهداف این تحقیق است. |
| ۱۰. فرضیه های پژوهش |
| ژنهای مسیر ورنالیز اسیون در گیاه چغندرقند مشابه آرابیدوپسیس است. |
| ۱۱. اهداف پژوهش |
| شناسایی ژن های مسیر ورنالیز اسیون در گیاه چغندرقند. برسی شباهت نوکلئوتیدی و پروتئینی ژنهای نیاز ورنالیزاسیونی چغندرقند و آرابیدوپسیس. |
| ۱۲. روش انجام پژوهش |
| بذور چغندرقند ازمؤسسهی اصلاح و تهیه بذر چغندرقند تهیه شده و درمرکز تحقیقات همدان کشت می شوند. قبل و بعد ازمرحلهی سرمادهی ازگیاهان نمونه برگی تهیه میشود. از نمونه‌های تهیه شده RNA کل استخراج میشود. سپس توسط آنزیم رونوشت برداری معکوس cDNA تهیه میگردد. آغازگرهای اختصاصی برای تکثیر cDNA ژنهای کلیدی مسیر ورنالیزاسیونی براساس توالی های موجود درپایگاه های اطلاعاتی طراحی می شوند و بااستفاده ازدستگاه PCR ، ازتکنیک RACE برای تکثیر قسمت هائی از cDNA برای انتهای ۳َ و انتهای َ۵ در رشته mRNA استفاده می شود. محصول واکنش های PCR بدست آمده برای توالی یابی به مراکز توالی یابی ارسال میشوند. شباهت نواحی کد کننده ژنهای توالی یابی شده از آزمایشگاه با توالیهای موجود در سایر گیاهان مقایسه و میزان شباهت آنها و دمینهای مربوطه بررسی و تأیید میشوند. |
