تنظیم بیان ژن سوکروز فسفات فسفاتاز در گندم نان و گونه های اجدادی آن تحت تنش شوری

هدف:سوکروز یا ساکارز محصول اصلی فتوسنتز در گیاهان می‏باشد که نقش‏های مهمی در رشد، نمو، ذخیره انرژی، انتقال سیگنال و سازگاری با تنش‌های محیطی دارد. ژن سوکروز فسفات فسفاتاز (spp)، آخرین مرحله در مسیر بیوسنتز سوکروز که یک واکنش غیر برگشت پذیر است را کاتالیز می‌کند. در این پژوهش ژن‌های اورتولوگ spp در گندم نان و گونه‌های اجدادی آن شناسایی و انتخاب شد و تغییرات میزان بیان آنها در پاسخ به تنش شوری مورد ارزیابی قرار گرفت.مواد و روش‌هابذور گندم نان (triticum aestivum cv. rooshan) ، گندم دوروم (triticum turgidum cv. hana) و آجیلوپس (aegilops tauschii) از موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج تهیه شد. استخراج rna از بافت‌های ریشه و برگ گیاهان کنترل و تحت تیمار (nacl 200 mm) انجام شد و تغییرات بیان با روش qrt pcr مورد ارزیابی قرار گرفت. به منظور مطالعه رخدادهای تکاملی و شناسایی روابط فیلوژنی بین اورتولوگ‌ها و پارالوگ‌های ژن spp، درخت ژنی رسم شد. با استفاده از ابزار آنلاین psrnatarget امکان تنظیم پس از رونویسی با واسطه mirna ها نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایجنتایج آنالیز فیلوژنی نشان داد که بر روی کروموزوم‌های 1 و 5 گندم نان، گندم دوروم و آجیلوپس به ترتیب 6، 4 و 2 ژن پارالوگ spp تکامل یافته است. هم‌چنین مشخص شد که 16 mirna متفاوت می‌توانند برخی از رونوشت ژن‌های spp را در گندم نان و آجیلوپس، به عنوان ژن هدف شناسایی نمایند. نتایج تغییرات بیان ژن نیز نشان داد که در بافت ریشه و برگ گندم نان در پاسخ به تنش شوری بیان ژن spp افزایش یافت اما در گندم دوروم کاهش بیان ژن spp مشاهده شد. واکنش گیاه آجیلوپس به تنش شوری متفاوت بود به طوری که در بافت برگ کاهش بیان ولی در بافت ریشه افزایش بیان ژن spp مشاهده شد.نتیجه‌گیریتنظیم پس از رونویسی با واسطه mirna ها می‌تواند نقش مهمی در تنظیم متابولیسم پیچیده سوکروز و بطور ویژه تنظیم بیان ژن spp داشته باشد. نتایج بیان ژن نشان داد که گیاه گندم نان تحت شرایط تنش شوری تولید سوکروز را افزایش داد در حالی که در گندم دوروم که حساسیت بیشتری به تنش شوری دارد تحت شرایط تنش شوری تولید سوکروز مختل و یا کاهش یافت که این کاهش تولید سوکروز در کنار سایر اثرات مخرب تنش شوری در کاهش عملکرد نقش خواهد شد.

expression regulation of sucrose phosphate phosphatase gene in bread wheat and its progenitors under salt stress

abstractobjectivesucrose, the final product of photosynthesis, plays important roles in growth, development, storage, signal transduction, and acclimation to environmental stresses in higher plants. sucrose phosphate phosphatase (spp) catalyzes the final irreversible step in the sucrose biosynthesis pathway. in this study, the spp orthologous genes in wheat and progenitors were selected, and the expression regulation of the orthologous spp genes were analyzed in response to salinity stress.materials and methodsseeds of bread wheat (triticum aestivum cv. rooshan), durum wheat (triticum turgidum cv. hana), and aegilops tauschii were provided by the seed and plant improvement institute, karaj, iran. in order to quantify the expression of spp genes, qrt pcr was performed on total rna extracted from leaf and root tissues of control and salt treated (nacl 200 mm) samples. a gene tree was constructed to calculate the evolutionary and phylogenetic relationships of the spp protein family in bread wheat and its progenitors. the possibility of post transcriptional regulation of the spp genes was also evaluated using the online tool psrnatarget.resultsthe results of the phylogenetic analysis showed that 6, 4, and 2 spp paralogous genes have evolved on chromosomes 1 and 5 of bread wheat, durum wheat, and ae. tauschii, respectively. additionally, we predicted 16 different micrornas can target some of the spp gene transcripts in bread wheat and ae. tauschii. gene expression results also indicated that spp gene expression increased in the root and leaf tissues of bread wheat in response to salinity stress, while it decreased in durum wheat. the response of ae. tauschii to salinity stress was different, with decreased expression observed in leaf tissue but increased expression in root tissue.conclusionpost transcriptional regulation through mirnas can play an important role in the regulation of the complex sucrose metabolism, especially in the regulation of spp gene expression. gene expression results showed that under salinity stress conditions, bread wheat increases sucrose production, while in durum wheat, which is more sensitive to salinity stress, sucrose production is disrupted or decreased. this reduction in sucrose production can lead to a decrease in yield.