ارزيابي تغييرات در بيان ژن‌هاي miR156 و miR172 و ژن‌هاي هدف آنها (AP2 و SPL3؛ عامل بهاره‌سازي) در دو رقم گندم نان (.Triticum aestivum L)

Evaluation of gene expression changes of miR156 and miR172 and their targeted genes (AP2 & SPL3; vernalization factors) in two bread wheat (Triticum aestivum L.) cultivars

گذر به مرحله گلدهي از طريق بهاره­ سازي اثر چشم گيري بر تحمل سرما و صفات زراعي غلات زمستانه دارد. مشخص شده است كه در بسياري از گياهان، RNAهاي كوچك نقش مهمي را در زمان گلدهي دارند. شواهدي وجود دارند كه نشان مي­ دهند خانواده ­هاي miR156 و miR172 نقش اساسي در گذر به مرحله گلدهي گياهان را ايفا مي ­كنند. در اين پژوهش بيان دو ژن ­با تنظيم زماني miR156، miR172 و ژن‌هاي هدف آن‌ها (SPL3، AP2) در دو رقم گندم نان بهاره (باژ) و زمستانه (نورستار) در سال زراعي 97-1396 مورد ارزيابي قرار گرفت. بهاره ­سازي در معرض تيمار سرمايي چهار درجه سانتي­ گراد بمدت دو و 14 روز در مرحله گياهچه اعمال گرديد. زمان گلدهي كه بر اساس تعداد برگ نهايي برآورد شد فقط در رقم زمستانه نورستار تحت تيمار بهاره­ سازي كاهش معني‌داري داشت. همچنين نتايج تجزيه واريانس نشان داد كه برهمكنش تيمارهاي بهاره­ سازي و ارقام گندم نيز بر تعداد برگ نهايي معني­دار بود. مقايسه بيان ژن­ ها با استفاده از روش bootstrapping نشان داد كه ژنmiR172 در تيمار بهاره‌سازي فقط در رقم نورستار كاهش بيان معني­داري داشت. بيان ژن miR156 نيز تحت تيمار بهاره ­سازي دو رقم گندم كاملاً متفاوت بود. افزايش ميزان بيان ژن miR156 در رقم باژ معني ­دارنبود، ولي تيمار بهاره­ سازي باعث كاهش معني­دار بيان اين ژن در رقم نورستار گرديد. اگرچه القاي بيان ژن AP2 در بهاره­سازي 14 روزه در هر دو رقم مشاهده شد، با اين حال، بيان ژن SPL3 فقط در رقم نورستار كاهش معني­داري داشت و اين كاهش در بهاره­ سازي دو روزه بسيار قابل توجه بود. برخلاف تصور، رابطه معني‌داري بين افزايش بيان miRNA ها و كاهش بيان ژن­هاي هدف آنها در دو رقم گندم مورد مطالعه وجود نداشت. اين موضوع نشان مي­ دهد كه سازوكار مولكولي زمان گلدهي در گندم پيچيده بوده و اساسا هنوز ناشناخته است.

Floral transition through vernalization has a large influence on cold tolerance and agronomic traits in winter cereals. It is now apparent that in many plants small RNAs play critical roles in determination of the flowering time. There is evidence suggesting that the miR156 and miR172 families play a key role in the flowering transition of plants. In this study, the expression of two temporally regulated miRNA (miR156 and miR172) and their targeted genes (SPL3, AP2) were investigated in the winter bread wheat cv. Norstar and the spring bread wheat cv. Baj in 2017-2018 cropping season. The vernalization was exposed to the cold treatments (4°C) for 2 and 14 days at seedling stage. Time to flowering was estimated using the final leaf number (FLN), which significantly decreased under vernalization treatments, only in winter cultivar 'Norstar'. Moreover, analysis of variance showed that vernalization treatments × cultivarsv interaction effect was significant on FLN. Comparison of gene expression using bootstrapping method showed that the expression of miR172 was significantly down-regulated only in Norstar under vernalization treatments. Similarly, the expression of miR156 was completely different under vernalization treatment in two cultivars. Increased expression of miR156 in Baj cultivar was not significant, but vernalization treatment significantly decreased the expression of this gene in cv. Norstar. Although the induction of AP2 expression during vernalization (14 days) was observed in both cultivars, but, the expression levels of SPL3 were only significantly decreased in cv. Norstar, and this reduction was more in two-day vernalization. Unexpectedly, in this experiment, there was no relationship between up-regulation of both miRNA and down-regulation of their targeted genes in two bread wheat cultivars. These results demonstrated that molecular mechanism of flowering time in bread wheat is complex and still largely unknown.