بیان آنزیم سوپراکسیددیسموتاز در ریشه و اندام هوایی گیاهچه تریتیکاله در شرایط تنش خشکی

مقدمه: تریتیکاله (x. triticosecale wittmack) به‌وسیله دو برابر شدن تعداد کروموزوم های هیبرید (f1) بین گندم (triticum spp.) به‌عنوان والد مادری و چاودار (secale spp.) به‌عنوان والد پدری ایجاد شده است. با توجه به جد پدری تریتیکاله، انتظار می رود که این گیاه نسبت به گندم مقاومت بیشتری به تنش‌های محیطی داشته باشد. یکی از عوامل اصلی خسارت به گیاهان در شرایط تنش خشکی تجمع گونه‌های فعال اکسیژن است. گیاهان دارای سیستم‌های آنزیمی و غیر آنزیمی برای جلوگیری از خسارت رادیکال‌های آزاد اکسیژن و به دنبال آن سازگاری با تنش خشکی هستند. تغییر در مقدار بیان آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان و غلظت این آنزیم‌ها و همچنین افزایش فعالیت آن‌ها از جمله تغییرات بسیار مهمی است که در سلول بر اثر تنش خشکی و سایر تنش‌های غیر زیستی ایجاد می‌گردد. با توجه به نقش آنزیم سوپراکسیددیسموتاز در تنظیم مقدار رادیکال آزاد اکسیژن در سلول، مطالعه پیش رو با هدف بررسی میزان بیان ژن مربوط به آنزیم سوپراکسیددیسموتاز با کوآنزیم مس/روی تحت شرایط تنش خشکی بود.مواد و روش‌ها: دو ژنوتیپ حساس و متحمل به خشکی تریتیکاله پس از استقرار تحت تنش خشکی قرار گرفته و از اندام‌های هوایی و ریشه آنها در بازه زمانی 0، 12، 36 و 72 ساعت بعد از اعمال تنش خشکی نمونه برداری گردید. با توجه به اینکه نمونه برداری به صورت تخریبی بود، برای هر زمان سه تکرار جداگانه در نظر گرفته شد. همچنین نمونه برداری از اندام هوایی گیاه پیشتر از نمونه برداری از ریشه انجام شد. تیمار خشکی به صورت وزنی بر اساس ظرفیت مزرعه خاک گلدان ها و با توزین روزانه گلدان‍ها اعمال گردید. این آزمایش به صورت فاکتوریل و با طرح پایه کاملاً تصادفی در گلخانه انجام گرفت. میزان بیان ژن سوپراکسیددیسموتاز با کوآنزیم مس/روی در نمونه‌ها با استفاده از روش pcr کمی اندازه گیری گردید.یافته‌ها: نتایج نشان داد که بیان ژن cu/zn-sod در شرایط تنش تحت تاثیر قرار گرفته و تغییر می کند. به طور کلی با افزایش میزان تنش و زمان تنش مقدار بیان آنی ژن افزایش پیدا کرد. میزان تغییرات بیان این ژن در اندام هوایی نسبت به ریشه بیش تر بود و اندام هوایی سریع تر به تنش خشکی پاسخ داد. همچنین بین دو ژنوتیپ حساس و متحمل مورد استفاده در این آزمایش، میزان بیان ژن cu/zn-sod هم در ریشه و هم در اندام هوایی در ژنوتیپ متحمل بالاتر از ژنوتیپ حساس تریتیکاله بود.نتیجه‌گیری: با توجه به تغییرات بیان و مقدار در دو ژنوتیپ حساس و محتمل تریتیکاله مشخص شد که آنزیم سوپراکسیددیسموتاز یک آنزیم اساسی برای پاسخ به تنش خشکی و همچنین ایجاد تحمل در گیاه تریتیکاله است. همچنین با توجه به تغییرات بیان ژن مربوط به آیزوزایم cu/zn-sod در تریتیکاله، مشخص گردید که احتمالاً این آیزوزایم یکی از آیزوزایم‌های فعال آنزیم سوپراکسیددیسموتاز است که در شرایط تنش خشکی بیان آن افزایش یافته است

superoxide dismutase enzyme expression in root and shoot of triticale seedlings under drought stress conditions

introduction: triticale (x. triticosecale wittmack) was created by doubling the number of f1 hybrid chromosomes between wheat (triticum spp.) as the female parent and rye (secale spp.) as the male parent. investigation of the plants reaction to water shortage is systematically considered by identifying features that are related to drought tolerance subjected to the physiological, cellular, biochemical, and molecular bases. one of the main subjects regarding plants damage under drought stress is the accumulation of reactive oxygen species. plants possess enzymatic and non-enzymatic systems to prevent oxygen free radical damage which are using them in an adaptive way under drought stress condition. changes in the expressional level of antioxidant enzymes and the concentration of these enzymes, as well as increasing their activity, are among the very important changes occurring in the cellular level as the result of facing drought stress. considering the role of the superoxide dismutase enzyme in regulating the amount of oxygen free radicals in plant cells, the aim of the present study was to investigate the gene expression of the superoxide dismutase enzyme with copper/zinc coenzyme under drought stress conditions.materials and methods: two genotypes of triticale (sensitive and tolerant) were subjected to drought stress conditions after establishment, and their aerial parts and roots were sampled at 0, 12, 36, and 72 hours after applying drought stress. drought treatment was applied by weight based on the soil capacity of the pots and by daily weighing of the pots. each time point repeated three times where the plant shoot was samples prior to plant root. this experiment was carried out in a factorial manner and with a completely randomized design in the greenhouse. the expression level of the superoxide dismutase gene with copper/zinc coenzyme was measured in the samples using the quantitative pcr method.results: the results of the present study showed that the expression of the cu/zn-sod gene is affected and changed under stress conditions. in general,, with the increase in the amount of stress severity and time of stress, the amount of immediate gene expression increased. the changes in the expression of this gene were greater in the shoots than in the roots, and the shoots responded faster to drought stress. also, between the two sensitive and tolerant genotypes used in this experiment, the level of cu/zn-sod gene expression in both roots and shoots was higher in the tolerant genotype than in the sensitive triticale genotype.conclusion: according to the changes in expression and amount in two sensitive and tolerant triticale genotypes, it was generally determined that the superoxide dismutase enzyme is an essential enzyme in the plant to respond to drought stress and also to create tolerance in the triticale plant. also, according to the changes in gene expression related to the cu/zn-sod isozyme in triticale, it was determined that this isozyme is probably one of the active isozymes of the superoxide dismutase enzyme, whose expression is increased under drought stress conditions.