مطالعه تغییرات بیان ژن CAT و فعالیت آنزیم کاتالاز در ارقام عدس (Lens culinaris Medik) تحت تنش خشکی

پژوهش‌های حبوبات ایران

مقاله 8، دوره 11، شماره 1 - شماره پیاپی 21، خرداد 1399، صفحه 100-111   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/ijpr.v11i1.73034

نویسندگان

منیژه رحیمی¹؛ مهرآنا کوهی دهکردی^{* 1}؛ عبدالرزاق دانش شهرکی²

¹گروه علوم کشاورزی، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه پیام‌نور، ایران

²گروه زراعت، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

چکیده

گیاه عدس از جمله حبوبات باارزشی محسوب می‌شود که منبع مناسبی جهت تأمین پروتئین و اسیدهای آمینه می‌باشد. با توجه به بحران کم‌آبی و تأثیر آن به‌عنوان یک عامل محدودکننده در تولید محصولات زراعی از جمله عدس، شناسایی ارقام متحمل با بازده عملکرد مناسب ضروری به‌نظر می‌رسد. در شرایط تنش خشکی، سیستم علامت‌دهنده موجب القای ژن‌های مشخصی در مقابل اثرات زیان‌آور و تنش‌های محیطی می‌شود. کاتالاز از سری آنزیم‌های احیاکننده است که از سلول در برابر اثرات سمی پراکسید هیدروژن حمایت می‌کند. از این‌رو تحقیق حاضر با هدف بررسی اثر تنش خشکی بر تغییرات فعالیت آنزیم کاتالاز و الگوی بیان ژن CAT در سه رقم عدس (کیمیا، گچساران و L7)، در دو مرحله‌ رویشی و زایشی به‌صورت گلدانی با سه تکرار در قالب طرح کاملاً تصادفی انجام شد. سطوح تنش خشکی شامل تیمار شاهد (بدون اعمال تنش خشکی)، تنش در مرحلة رویشی و تنش در مرحلة زایشی بود. تأثیر تنش خشکی بر فعالیت آنزیم کاتالاز در هر دو مرحلة رویشی و زایشی معنی‌دار بود. در هر دو مرحله رشد، فعالیت آنزیم کاتالاز در رقمL7 بیشتر از سایر ارقام بود. بررسی الگوی بیان ژنCAT به روشReal time PCR انجام شد. تجزیه و تحلیل داده‌ها نشان داد که شرایط تنش منجر به افزایش بیان ژن مورد مطالعه شد؛ با این‌حال، افزایش بیان در ارقام مختلف متفاوت بود. بیان ژنCAT تحت اثر تنش خشکی در رقمL7 در هر دو مرحله رشد رویشی و زایشی نسبت به دو رقم دیگر افزایش بیشتری نشان داد.

کلیدواژه‌ها

تنش کم‌آبی؛ ضد اکسنده آنزیمی؛ qRT-PCR

مراجع

1. Aebi, H. 1984. Catalase in Vitro. Methods in Enzymology 105: 121-126.

2. Ahmadi, J., and Soleimani, V. 2015. The Expression profile of OSBP, CAT and BZIP genes in drought tolerant and susceptible soybean cultivars using real time PCR. Agricultural Biotechnology 6(3):1-16 (In Persian with English Summary).

3. Allahmoradi, P. 2011. The Reaction of antioxidants of lentil (Lens culinaris Medik) cultivars in response to drought stress. MSc. Thesis. Razi University, Iran (In Persian).

4. De Carvalho, M.H.C., and Contour-Ansel, D. 2008. (h)GR, beans and drought stress. Plant Signaling & Behavior 3(10): 834-835.

5. De, R., and Kar, R.K. 1995. Seed germination and seedling growth of mung bean (Vigna radiata) under water stress induced by PEG-6000. Seed Science Technology 23: 301-308.

6. Farshi, A., Siadat, H., Darbandi, S., Ansari, M., Kheirabi, J., Mirlatifi, M., Salamat, A., and Sadat-Miri, M.H. 2003. Irrigation Water Management on the Farm. First Edition. Iranian National Irrigation and Drainage Committee Publishers. p. 187. (In Persian).

7. Ganjeali, A., and Nezami, A. 2008. Ecophysiology and Limiting the Yield of Beans. Mashhad University Jihad Publishers. p. 500. (In Persian).

8. Guo, Z., Ou, W., Lu, S., and Zhong, Q. 2006. Differential responses of antioxidative system to chilling and drought in four rice cultivars differing in sensitivity. Plant Physiology and Biochemistry 44: 828-836.

9. Habibi, D., Boojar, M.M., Mahmoudi, A., Ardakani, M.R., and Taleghani, D. 2004. Antioxidative Enzymes in sunflower subjected to drought stress. In 4th International Crop Science Congress, September 2010, Australia. p.1-4.

10. Heidari, M., and Karami, V. 2014. Effects of different mycorrhiza species on grain yield, nutrient uptake and oil content of sunflower under water stress. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences 13: 9-13.

11. Hieng, B., Ugrinovic, K., Sustar-Vozlic, J., and Kidric, M. 2004. Different classes of proteases are involved in the response to drought of Phaseolus vulgaris L. cultivars differing in sensitivity. Journal of Plant Physiology 161(5): 519-530.

12. Lascano, H.R., Antonicelli, G.E., Luna, C.M., Melchiorre, M.N., Gomez, L.D., Racca, R.W., Trippi, V.S., and Casano, L.M. 2005. Antioxidant system response of different wheat cultivars under drought: field and in vitro studies. Australian Journal of Plant Physiology 28: 1095-1102.

13. Liu, X., and Huang, B. 2000. Heat stress injuey in relation to membrane lipid peroxidation in creeping bentgrass. Crop Science 40: 503-510.

14. Maksimović, J.J.D., and Živanović, B.D. 2012. Quantification of the antioxidant activity in salt-stressed tissues. In: Plant Salt Tolerance Humana Press, Totowa, NJ. p. 237-250.

15. Manivannan, P., Jaleel, C.A., Kishorekumar, A., Sankar, B., Somasundaram, R., Sridharan, R., and Panneerselvam, R. 2007. Changes in antioxidant metabolism of Vigna unguiculata (L.) Walp. by propiconazole under water deficit stress. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 57(1): 69-74.

16. Mazandarani, A., Rahim-Malek, M., Navvabpur, S., and Ramazanpur, S.S. 2012. Catalase gene expression under drought stress at flowering stage in soybean cultivars. 3rd Iranian Agricultural Biotechnology Congress. September 3-5, 2012. Ferdowsi University Mashhad, Iran. p. 312. (In Persian).

17. Ministry of Agricultural Jahad. 2016. Agricultural Products Statistics. p. 117. (In Persian).

18. Mishra, B.K., Srivastava, J.P., and Lal, J.P. 2014. Drought stress resistance in two diverse genotypes of lentil (Lens culinaris Medik.) imposed at different phenophases. Journal of Food Legumes 27(4): 307- 314.

19. Mishra, B.K., Srivastava, J.P., Lal, J.P., and Sheshshayee, M.S. 2016. Physiological and biochemical adaptations in lentil genotypes under drought stress. Russian Journal of Plant Physiology 63(5): 695- 708.

20. Moloudi, F., Navabpour, S., Soltanloo, H., Ramazanpour, S.S., and Sadeghipour, H. 2013. Catalase and Metallothionein genes expression analysis in wheat cultivars under drought stress condition. Journal of Plant Molecular Breeding 1(2): 54-68. (In Persian with English Summary).

21. Mostafaei, A. 2005. Theoretical and Practical Electrophoresis of Protein in the Gel. Yadavaran Publishers. p. 184. (In Persian).

22. Perl-Treves, R., and Perl, A. 2002. Oxidative stress: an introduction. Oxidative Stress in Plants p. 1-32.

23. Pfaffl, M.W., Horgan, G.W., and Dempfle, L. 2002. Relative expression software tool (REST) for group-wise comparison and statistical analysis of relative expression results in real-time PCR. Nucleic Acids Research 30(9): 36-36.

24. Sabaghpoar, S.H. 2006. Parameters and Mechanisms if Drought Tolerance in Crops. Natonal Committee of Agriculture Aridity and Drought Management 145 p.

25. Sairam, R.K., and Srivastava, G.C. 2001. Water stress tolerance of wheat (Triticum aestivum L.): variations in hydrogen peroxide accumulation and antioxidant activity in tolerant and susceptible genotypes. Journal of Agronomy and Crop Science 186(1): 63-70.

26. Sharma, S.K, and Chahota, R. 2004. Current status of interspecific hybridization in geneus lens. Journal of Lentil Research 1: 15-18.

27. Shrestha, R., Turner, N.C., Siddique, K.H.M., Turner, D.W., and Speijers, J. 2006a. A water deficit during pod development in lentils reduces flower and pod numbers but not seed size. Australian Journal of Agricultural Research 57: 427-438.

28. Soltani, A. 2006. Revision of the Application of Statistical Methods in Agricultural Research. Mashhad University Jihad Publications. p. 74. (In Persian).

29. Sulser, H., and Sager, F. 1976. Identification of uncommon amino acids in the lentil seed (Lens culinaris Med.). Experientia 32(4): 422-423.

30. Tichopad, A., Didier, A., and Pfaffl, M.W. 2004. Inhibition of real-time RT-PCR quantification due to tissue specific contaminants. Molecular and Cellular Probes 18: 45-50.

31. Torres-Franklin, M.L., Contour-Ansel, D., Zuily-Fodil, Y., and Pham-Thi, A. T. 2008. Molecular cloning of glutathione reductase cDNAs and analysis of GR gene expression in cowpea and common bean leaves during recovery from moderate drought stress. Journal of Plant Physiology 165(5): 514-521.