شناسایی مسیرها و ژنهای دارای بیان افتراقی در تنش سرما در نیشکر، با استفاده از شاخصهای مورفولوژیکی، بیوشیمیایی و آنالیز RNA-seq

Abstract

با توجه به حساسیت نیشکر به سرما، به‌منظور شناسایی مسیرها و ژن‌های دارای بیان افتراقی در ارقام نیشکر در هنگام تنش سرما و استفاده از آن‌ها در برنامه اصلاح نبات نیشکر، پس از وقوع سرمای 1.2- درجه سانتی گراد در دی‌ماه 1394، تعداد 454 رقم نیشکر با استفاده از شاخص‌های مورفولوژیکی، بیوشیمیایی و آنالیز RNA-seq، در مزرعه تحقیقاتی موسسه تحقیقات نیشکر خوزستان موردبررسی قرار گرفت. در مرحله اول با استفاده از شاخص‌های مورفولوژیکی، ارقام متحمل و حساس در برابر سرما، انتخاب شدند. در مرحله دوم در سال 1395، پس از تنش سرما، شاخص‌های بیوشیمیایی از قبیل پرولین و مالون دی­ آلدئید، در ارقام متحمل افزایش بیشتری پیدا کرد و بر این اساس دو رقم BR00-01 و TUC66-107 به ترتیب به‌عنوان متحمل‌ترین و حساس‌ترین رقم نسبت به سرما شناسایی شدند. سپس این ارقام در سردخانه تحت تنش دمای 2- درجه سانتی گراد به مدت 12 ساعت قرار گرفتند. در مرحله سوم، استخراج RNA، توالی­یابی به روش RNA-seq و ساخت کتابخانه cDNA انجام گردید. سپس آنالیز بیان و تفسیر ژن‌های دارای بیان افتراقی انجام گردید. نتایج بررسی واکنش مورفولوژیکی و بیوشیمیایی ارقام نیشکر به تنش سرما نشان داد ارقامی که در مرحله مورفولوژیکی میزان تحمل بیشتری به تنش سرما دارند، همین ارقام در مرحله بررسی بیوشیمیایی نیز ازنظر میزان پرولین و MDA در سطح بالاتری نسبت به ارقام حساس قرار می‌گیرند. در بررسی مولکولی نیز در هنگام تنش سرما، مسیرهای بیوسنتز فعال شامل بیوسنتز آرژنین، اسیدهای آمینه پرولین، فنیل پروپانوئید، ریبوفلاوین و مسیر پیام‌رسان MAPK شناسایی شدند که در هنگام تنش سرما، بیان ژن‌های تنظیم‌کننده آن‌ها، در رقم مقاوم افزایش بیان بیشتری نسبت به رقم حساس داشت. همچنین ژن PR1 در مسیر پیام‌رسان MAPK شناسایی گردید که با کاهش دما، در رقم مقاوم افزایش بیان بیشتری نسبت به رقم حساس از خود نشان داد.

Keywords

• نیشکر
• تنش سرما
• پرولین
• مالون دی آلدئید
• بیان افتراقی ژن ها