شناسایی ژن‌های درگیر در انتقال یون‌ها در پاسخ به تنش شوری بالا در گیاهچه‌های برنج

هدف: برنج در بین گیاهان زراعی از حساسیت بالایی به شوری برخوردار است. حساسیت برنج در مرحله گیاهچه‌ای و فاز زایشی موجب آسیب به فرایندهای حیاتی گیاه و در نهایت کاهش عملکرد می‌شود. در محیط‌های شور سمیت یونی به‌واسطه جذب یون سدیم افزایش می‌یابد. ارقام متحمل با کاهش نسبت سدیم به پتاسیم در اندام‌های فتوستنزی با شوری مقابله می‌کنند. کنترل ورود و خروج یون‌ها در سلول‌های گیاهی توسط کانال‌ها و ناقل‌های یونی انجام می‌شود. شناسایی و ارزیابی الگوی بیان ژن‌های کنترل‌کننده این ناقل‌ها در زمان‌ها و اندام‌های مختلف از اهداف این تحقیق بود.مواد و روش‌ها: در این مطالعه از دو ژنوتیپ برنج متحمل csr28 و حساس ir28 استفاده شد. گیاهچه‌های کاشت شده در محیط کشت هیدروپونیک در معرض تیمار شوری 150 میلی‌مولار قرار گرفتند و نمونه‌برداری از ریشه و اندام هوایی در زمان‌های 6 و 54 ساعت پس از تیمار انجام شد. پس از استخراج rna، ساخت کتابخانه و تجزیه و تحلیل rnaseq انجام شد و ژن‌های با بیان افتراقی شناسایی شدند. از تجزیه مسیر mapman برای شناسایی ژن‌های کنترل‌کننده ناقل‌های یونی استفاده شد.نتایج: از مقایسه دو ژنوتیپ در شرایط اختصاصی تنش شوری، 47 ژن با بیان بالا که کنترل‌کننده ناقل‌های یونی بودند شناسایی شدند که برخی دارای بیان اختصاصی در ژنوتیپ یا اندام خاص بودند. ژن‌های ostpc1 و ossos3 که به‌ترتیب در ورود یون کلسیم به سلول و گیرنده کلسیم نقش دارند در ریشه ژنوتیپ متحمل در زمان 54 ساعت بیان بیشتری نسبت به ژنوتیپ حساس نشان دادند. همچنین بیان بالای ژن‌های مهمی نظیر ossos1 و osnhx1 در ژنوتیپ متحمل بیانگر کاهش تجمع یون سدیم نسبت به ژنوتیپ حساس بود. دیگر ژن‌های درگیر در هومئوستازی یونی نظیر oshkt1 در اندام ریشه و زمان 54 ساعت در ژنوتیپ متحمل بیان بیشتری داشت.نتیجه‌گیری: به‌طور کلی نتایج این تحقیق نشان داد که فعل و انفعلات مولکولی رخ داده در ریشه در شرایط طولانی مدت تنش شوری موجب تفاوت در تحمل به شوری از طریق تفاوت در هومئوستازی یونی شده است. همچنین نتایج این تحقیق بیانگر نقش مسیر پیام‌رسانی مربوط به یون کلسیم در القای تحمل به شوری ژنوتیپ متحمل csr28 بود. از بیان اختصاصی برخی از این ژن‌ها در ژنوتیپ یا اندام خاص می‌توان به‌عنوان نشانگر زیستی در برنامه‌های گزینش ژنوتیپ‌های برنج متحمل به شوری استفاده کرد.

identification of genes involved in ion transport under high salinity stress in rice seedlings

objectiverice is highly sensitive to salinity stress among crops. the sensitivity at seedling stage and reproductive phase causes damage to the essential processes of plant and ultimately reduces the yield. in saline environments, ion toxicity is increased by sodium uptake. tolerant cultivars cope the salinity stress by low maintain of na+/k+ in the photosynthetic organs. the entry and exclusion of ions in the plant cells is controlled by ion channels and transporters. identifying and evaluating the expression pattern of genes encoding these transporters at different time points and organs was our objective.materials and methodsin present study, two rice genotypes of tolerant csr28 and sensitive ir28 were used. the grown seedlings in hydroponic medium were exposed to 150 mm salinity treatment and the roots and shoots were collected after 6 and 54 h of the treatment. after rna extraction, library construction and rnaseq analysis were performed and differential expressed gene identified. mapman pathway analysis was used to identify the genes encoding ion transporters.resultsthe comparison of the two genotypes under specific salinity stress, identified 47 highly expressed genes encoding ion transporters which some of them showed genotype or organspecific expression pattern. ostpc1 and ossos3 genes, which are involved in the entry of ca+ into cells and ca+ receptors, respectively, had higher expression in the roots of the tolerant genotype than the susceptible genotype at 54 h time point. considerably, high expression of the important genes such as ossos1 and osnhx1 in the tolerant genotype indicated a low na+ accumulation compared to the sensitive genotype. other gene involved in ion homeostasis, such as oshkt1, displayed more expression in the roots of the tolerant genotype at 54 h.conclusionsgenerally, our findings revealed that the molecular mechanisms occurred in the roots under longterm salinity stress caused differences in salinity tolerance through various ion homeostasis. the results also indicated the role of the ca+related signaling pathway in the higher tolerance of csr28. specific expression patterns of some of the genes can be used as biomarker in the selection programs of salttolerant rice genotypes.