بررسي بيان عوامل رونويسي دخيل در تحمل به تنش شوري در ژنوتيپ‌هاي اصلاحي جو زراعي (Hordeum vulgare L.)

Evaluation of gene expression of transcription factors involved in salinity tolerance in Barley (Hordeum vulgare L.) advanced genotypes

هدف: تنش شوري به عنوان يكي از مهم­ترين تنش ­هاي غير زيستي موثر بر كاهش توليد محصولات زراعي در دنيا شناخته مي­ شود. يكي از مهم­ترين استراتژي­ هاي مقابله با كاهش عملكرد در شرايط محيطي شور ايجاد واريته­ هاي متحمل به شوري است. از اين رو، بررسي الگوي بيان ژن­ هاي مؤثر در پاسخ به تنش شوري و مسيرهاي بيوسنتزي مي­تواند در ايجاد ژنوتيپ ­هاي متحمل بسيار مؤثر باشد. هدف از اين مطالعه مقايسه الگوي بيان ژن­هاي HvSOS1، HvSOS3، HvNHX3 و HvHKT3 در برخي از ژنوتيپ­ هاي اصلاحي جو تحت تنش شوري بود. مواد و روش‌ها: در اين پژوهش اثر تنش شوري بر تغييرات بيان ژن­هاي HvSOS1، HvSOS3، HvNHX3 و HvHKT3 در شش ژنوتيپ اصلاحي جو به همراه رقم مهر (به عنوان شاهد) در دو تيمار عدم تنش (بدون كلريد سديم) و تنش شوري با غلظت 200 ميلي­ مولار كلريد سديم مورد بررسي قرار گرفت. رقم و ژنوتيپ­ هاي مورد ارزيابي در شرايط كنترل شده گلخانه و در محيط كشت هيدروپونيك كشت و مورد بررسي قرار گرفتند. پس از پايان اعمال دوره تنش، نمونه ­برداري از گياهچه­ ها انجام و ميزان بيان نسبي هر يك از ژن ­هاي مورد نظر مورد سنجش قرار گرفت. نتايج: بر اساس نتايج به دست آمده اختلاف معني­ داري بين تيمارهاي آزمايشي و ژنوتيپ ­ها از نظر بيان چهار ژن مورد نظر مشاهده شد. تيمار تنش شوري به طور معني­ داري موجب افزايش بيان هر يك از ژن­ هاي HvSOS1، HvSOS3، HvNHX3 و HvHKT3 به ميزان 14/76، 4/65، 4 و 4 برابر نسبت به تيمار عدم تنش شد. مقايسه الگوي بيان ژن­ ها در ژنوتيپ­ هاي مختلف نشان داد دو ژنوتيپ G3 و G6 نسبت به رقم شاهد و ديگر ژنوتيپ­ ها داراي بيشترين ميزان رونوشت ژن­ هاي فوق بوده و به نظر مي­رسد داراي تحمل به تنش بالايي باشند. از ديگر نتايج به دست آمده از اين پژوهش مي­توان به ارتباط بين ژن ­هاي HvHKT3 و HvSOS اشاره نمود، به طوري كه اين ژن­ها در ژنوتيپ ­هاي متحمل داراي بيشترين ميزان سطح رونوشت بودند. نتيجه‌گيري: استنباط مي­شود كه افزايش بيان ژن ­هاي بررسي شده قسمت مهمي از مكانيسم ­هاي تحمل به شوري بوده زيرا هر يك از آن­ها نقش مهمي در مسيرهاي پيام­رساني و جابجايي يون ­هاي سديم در سلول­هاي گياهي دارند و ژنوتيپ G3 و G6 با داشتن چنين پتانسيلي مي­تواند به عنوان كانديدهاي مناسبي براي آزمايش هاي بعدي و استفاده به عنوان ارقام متحمل به شوري در نظر گرفته شوند.

Objective Salinity stress is considered as one of the most important abiotic stresses that significantly decreased crop production in the world. The development of salt-tolerant varieties is one of the most strategies against decreasing crop performance in saline conditions. Hence, assessment of expression patterns of genes responsible for the biosynthesis pathways can be very effective in creating tolerant genotypes. The main objective of this study was to compression of expression patterns of HvSOS1, HvSOS3, HvNHX3, and HvHKT3 genes in some advanced barley genotypes under salinity stress conditions. Materials and methods In the present study, the effect of salt stress on relative changes expression of HvSOS1, HvSOS3, HvNHX3, and HvHKT3 genes in the six advanced barley genotypes along with Mehr cultivar (as a check) was investigated under the control (no NaCl) and salt (200 mM NaCl) treatments. All tested genotypes were planted under controlled greenhouse conditions using a hydroponic system. After salt treatment duration, all seedling plants were subjected to sampling and the relative expression of selected genes was estimated. Results Based on obtained results, there are significant differences between treatments as well as among tested genotypes. Salt treatment significantly increased expression of HvSOS1, HvSOS3, HvNHX3, and HvHKT3 genes by 14.76-, 4.65-, 4-, and 4-fold compared to the control treatment, respectively. Comparison of the expression patterns of studied genes showed that two genotypes G3 and G6 had the highest transcription rate of mentioned genes and it seems that they have an acceptable tolerance to the high levels of salinity stress. A positive association between HvHKT3 and HvSOS genes was another obtained result so that two identified genotypes indicated the highest expression of these genes under salt treatment. Conclusions It is inferred that increasing expression of studied genes is an important part of the salt tolerance mechanism because each of them has a key role in the signaling pathway and translocation of Na ions in the plant cells. Two identified genotypes, G3 and G6, with having this potential can be appreciated candidates for future research and use as salt-tolerant cultivars.