شناسایی و مطالعه ژن dro1 در برنج رقم هاشمی و انتقال همزمان آن با ژن osckx4 به‌منظور مهندسی ریشه

بهبود ساختار ریشه منجر به افزایش عملکرد دانه و کیفیت بالاتر بذر می‌شود و این امر از طریق بهبود رشد گیاه، استقرار بهتر در خاک، جذب بیشتر آب و تغذیه و بیوسنتز اسیدهای آمینه و هورمون‌ها حاصل شده و باعث افزایش کارایی استفاده از مواد مغذی و تحمل تنش در گیاه می‌شود. خشکسالی یک چالش جدی در کشور است و بنابراین تولید محصولات متحمل به خشکی دارای اهمیت خواهد بود. در این پژوهش حضور ژن dro1 (تغییر دهنده ساختار ریشه برنج) که در تغییر زاویه رشد ریشه نقش دارد در برنج رقم هاشمی بررسی و با توالی مشابه آن در برنج رقم kinandang patong مورد مقایسه قرار گرفت. سپس این ژن در کنار ژن osckx4 (موثر در بهبود ساختار ریشه) قرار داده شد. ژن‌های osckx4 و dro1 برگرفته از ارقام خودرو برنج طی مراحلی به‌ترتیب تحت پیش‌برنده مختص ریشه و پیش‌برنده دائمی همسانه‌سازی و در ناحیه tdna حامل دوگانه اگروباکتریومی قرار داده شدند. سازه حاصل موسوم به puhrckdro به اگروباکتریوم سویه eha105 منتقل و برای انتقال ژن به برنج رقم هاشمی مورداستفاده قرار گرفت. پس از انجام مراحل انتقال ژن، گیاهان باززا شده حاصل در محیط انتخابی حاوی 50 میلی‌گرم بر لیتر هیگرومایسین در مراحل مختلف کالوس‌زایی، باززایی و ریشه‌زایی زنده مانده و رشد کرده و به محلول یوشیدا و سپس به گلدان منتقل شدند. گیاهان تراریخته احتمالی توسط واکنش زنجیره‌ای پلیمراز تایید قرار و رخدادهای مستقل مشخص شدند. مقایسه فنوتیپ ریشه با گیاه شاهد تفاوت ظاهری در ساختار ریشه نشان داد. گیاهان تراریخته حاصل در گلخانه تراریخته پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی بذرگیری و در نسل‌های t1 و t2 تحت آزمون‌های مولکولی برای تشخیص رخدادهای خالص قرار گرفتند. با توجه به نتایج این پژوهش احتمالاً سازه چند ژنی حاصل می‌تواند با هدف تغییر ساختار ریشه و تحمل به خشکی برای انتقال ژن به سایر گیاهان نیز موثر واقع شود. امید است تولید برنج تراریخته با ساختار ریشه قوی‌تر منجر به تحمل خشکی، کاهش مصرف آب و بهبود عملکرد در شرایط تنش خشکی شود.

Identificatioan and investigation of DRO1 gene in rice cultivar Hashemi and its simultaneous transfer with OsCKX4 gene to improve root structure

Improvement of the root architecture lead to higher grain yield and seed quality. This is achieved via improvement of the plant growth, better establishment in soil, higher absorption of water and nutrition resulting in the biosynthesis of the essential amino acids and hormones. It increases the efficiency of the nutrition usage and the stress tolerance. Drought conditions are a serious challenge in Iran; therefore, improving crop tolerance has a major importance. In this study, we investigate the presence of DRO1 gene, which is involved in the modification of the root growth angle, in rice cultivar Hashemi and compared to the Kinandang Patong cultivar. We further analyze the simultaneous presence of DRO1 and a second gene, OsCKX4, which is involved in the improvement of root structure. DRO1 and OsCKX4 are cloned together in a single construct under the control of the ubiquitin and the root specific promoters, respectively. The resulting construct, pUhrCkDro is transformed into the Agrobacterium tumefactions strain EHA105 and used for the gene transformation into Hashemi cultivar. Putative transgenic plants, survived on 50 mg. L−1 Hygromycin during tissue culture steps, are transplanted into the Yoshida solution and then into the pots until they set seeds. Construct specific and gene specific PCR analysis are used to confirm the transgenic plants. Transgenic plants show stronger root structure compared to the nontransgenic ones. Molecular analysis in the T1 and T2 generations leads to the homozygous events. The multigenic construct used in this study, can be introduced into other crops for the aim of root structure improvement and drought tolerance. It is hoped that the production of transgenic rice with enhanced root structure results in improving drought tolerance, reducing water consumption and enhancing yield under drought stress conditions.