ارزیابی بیان برخی ژ‌ن های کلیدی مسیر بیوسنتز پرولین و صفات بیوشیمیایی و فیزیولوژیک دو رقم گندم نان در واکنش به تنش شوری طی مراحل اولیه رشد

مقدمه: شوری یکی از مهم‌ترین عامل‌های محدود کننده تولید تمامی محصولات کشاورزی در بسیاری از مناطق جهان به‌شمار می‌رود. در محیط شور، جذب عناصر غذایی در گیاهان کاهش می‌یابد. سازگاری گیاهان به تنش‌های محیطی مستلزم تغییرات مورفولوژیک، فیزیولوژیک و بیوشیمیایی از جمله تجمع اسمولیت‌ها است که می‌توانند در زمان تنش اسمزی نقش سازگاری را ایفا کنند. یکی از پاسخ‌های عمومی و رایجی که گیاهان در ارتباط با تنش اسمزی از خود نشان می‌دهند، تجمع اسید آمینه پرولین است که به‌عنوان یک اسمولیت مهم و شناخته شده طی تنش در بسیاری از اندام‌های گیاهی تجمع پیدا می‌کند. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی الگوی بیان ژن‌های p5cs و p5cr و بررسی برخی صفات فیزیولوژیک در دو رقم گندم نان طی تنش شوری در مراحل اولیه رشد انجام شد.مواد و روش‌ها: آزمایش به‌صورت کرت‌های خرد شده فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با چهار تکرار اجرا شد. بذر رقم‌های گندم مورد مطالعه با استفاده از اتانول 10 درصد ضدعفونی و پس از شست و شو با آب مقطر استریل، در 32 گلدان که با کوکوپیت و پرلیت به نسبت 2:1 پر شده بودند، کشت شد. در هر گلدان تعداد 15 عدد بذر از هر رقم کشت شد. تنش شوری پس از جوانه‌زنی و استقرار گیاه‌چه‌ها توسط آب آبیاری اعمال شد، به این ترتیب که در زمان نیاز آبی گیاه، گلدان‌های شاهد با آب مقطر استریل (صفر دسی‌زیمنس بر متر) و گلدان‌های تیمار شوری با آب شور حاوی nacl (12 دسی‌زیمنس بر متر) آبیاری شدند. پس از رسیدن گیاهان به مرحله رشد پنجه‌زنی و ساقه‌دهی، از هر گلدان آزمایشی تعداد پنج بوته تصادفی به‌عنوان نمونه برداشت شد و صفات بیوشیمیایی شامل کلروفیل، پرولین، شاخص اکسیداسیون سلولی، میزان پتاسیم و سدیم در هر دو مرحله از رشد گیاه اندازه‌گیری شد. همچنین، ارزیابی بیان برخی ژن‌ها شامل p5cs و p5cr  نیز روی نمونه‌های برگی صورت گرفت.یافته‌های تحقیق: نتایج به‌دست آمده از این آزمایش نشان داد که اثرات تنش شوری و رقم بر تمامی صفات بیوشیمیایی اندازه‌گیری شده (به‌جز اثر رقم بر میزان سدیم) معنی‌دار بود. بررسی محتوای کلروفیل‌های a و b نشان دهنده کاهش محتوای هر دو کلروفیل در در هر دو رقم بود و این کاهش در مرحله رشد پنجه‌دهی محسوس‌تر بود. میزان آنزیم‌های کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز در هر دو رقم احسان و بهاران تحت تاثیر تنش شوری افزایش یافت که این افزایش در رقم احسان در مرحله ساقه‌دهی چشم‌گیرتر بود. میزان سدیم نیز در اثر تنش شوری افزایش یافت، اما این افزایش در رقم بهاران در مرحله پنجه‌زنی و در رقم احسان در مرحله ساقه‌دهی معنی‌دار نبود. در مقابل، تغییرات میزان پتاسیم در اثر تنش شوری در دو رقم متفاوت بود، به‌طوری که میزان پتاسیم در رقم بهاران در هر دو مرحله از رشد در اثر تنش شوری افزایش قابل توجه و معنی‌داری را نشان داد، در حالی‌که در رقم احسان در مرحله پنجه‌زنی به‌طور معنی‌داری کاهش یافت، اما در مرحله ساقه‌دهی تغییرات معنی‌داری مشاهده نشد. بررسی میزان پرولین نیز افزایش معنی‌دار آن را در اثر تنش شوری در هر دو رقم و در هر دو مرحله از رشد نشان داد. علاوه بر این، میزان فعالیت هر دو ژن یعنی p5cs و p5cr نیز در هر دو رقم گندم مورد مطالعه در اثر تنش شوری افزایش یافت و نشان داد که رابطه مستقیمی بین تغییرات میزان پرولین با فعالیت ژن ‌های دخیل در مسیر بیوسنتز آن یعنی p5cs و p5cr تحت تاثیر تنش شوری وجود دارد. نتیجه‌گیری: ارزیابی صفات بیوشیمیایی و همچنین بررسی بیان ژن‌ ها در دو رقم گندم مورد مطالعه در این تحقیق نشان داد که رقم احسان می‌تواند به‌عنوان یک رقم متحمل به شوری معرفی و در برنامه‌های به‌نژادی آینده برای افزایش تحمل به شوری در گندم استفاده شود.

evaluation of the expression of some key genes of proline biosynthesis pathway and biochemical and physiological traits of two bread wheat varieties in response to salinity stress during the early growth stages

introduction salinity is one of the most important limiting factors for the production of all agricultural products in many regions of the world. in saline environments, the absorption of nutrients in plants is reduced. adaptation of plants to environmental stresses requires morphological, physiological, and biochemical changes, including the accumulation of osmolytes, which can play an adaptive role during osmotic stress. one of the common responses of plants to osmotic stress is the accumulation of proline, which is an important and well-known osmolyte that accumulates in many plant organs during stress. the objective of the present study was to evaluate the expression pattern of p5cs and p5cr genes and to investigate some physiological traits in two bread wheat varieties at the early growth stages under salinity stress conditions.materials and methodsthe experiment was conducted as a split plot factorial in completely randomized design with four replications. the seeds of the studied wheat cultivars were disinfected using 10% ethanol and washed with distilled water, and then sown in 32 pots filled with cocopeat and perlite in a ratio of 2:1. fifteen seeds of each variety were sown in each pot. salinity stress was applied after germination and establishment of the seedlings with irrigation water, so that during the irrigation of plants, the control pots were irrigated with strile distilled water (0 ds/m) and the salinity treatment pots were irrigated with saline water containing nacl (12 ds/m). after the plants reached the tillering and stemming growth stages, five plants were randomly sampled from each experimental pot, and biochemical traits including chlorophyll, proline, cellular oxidation index, potassium and sodium levels were measured at both growth stages. the expression of some genes including p5cs and p5cr was also evaluated on leaf samples.research findingsthe results of this experiment showed that the effects of salinity stress and variety on all measured biochemical traits (except for the effect of variety on sodium content) were significant. evaluation of chlorophyll a and b content showed a decrease in the content of both chlorophyll a and b in both varieties, and this decrease was more noticeable at the tillering growth stage. the levels of catalase and superoxide dismutase enzymes increased in both ehsan and baharan varieties under the influence of salinity stress, and this increase was more considerable in ehsan variety at the stemming stage. sodium content also increased under salinity stress, but this increase was not significant in baharan variety at the tillering stage and in ehsan variety at the stemming stage. in contrast, the changes in potassium content due to salt stress were different in two varieties, so that the potassium level in baharan showed a significant increase at both growth stages due to salinity stress, while in ehsan it decreased significantly at tillering stage, but its change wasn’t significant at stemming stage. proline levels also showed a significant increase under salinity stress conditions at both growth stages and in both varieties. in addition, the activity of both genes p5cs and p5cr also increased in both wheat varieties under salinity stress, indicating that there is a direct relationship between the changes of proline levels and the activity of genes involved in its biosynthesis pathway (i.e. p5cs and p5cr) under salinity stress conditions.conclusionevaluation of biochemical traits and gene expression in the studied two wheat varieties in the current research showed that ehsan variety can be introduced as a salinity-tolerant cultivar and used in future breeding programs to increase salinity tolerance in wheat.