شناسايي و مطالعه ژن DRO1 در برنج رقم هاشمي و انتقال همزمان آن با ژن OsCKX4 به‌منظور مهندسي ريشه

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

بهبود ساختار ريشه منجر به افزايش عملكرد دانه و كيفيت بالاتر بذر مي‌شود و اين امر از طريق بهبود رشد گياه، استقرار بهتر در خاك، جذب بيشتر آب و تغذيه و بيوسنتز اسيدهاي آمينه و هورمون‌ها حاصل شده و باعث افزايش كارايي استفاده از مواد مغذي و تحمل تنش در گياه مي‌شود. خشكسالي يك چالش جدي در كشور است و بنابراين توليد محصولات متحمل به خشكي داراي اهميت خواهد بود. در اين پژوهش حضور ژن DRO1 (تغيير دهنده ساختار ريشه برنج) كه در تغيير زاويه رشد ريشه نقش دارد در برنج رقم هاشمي بررسي و با توالي مشابه آن در برنج رقم Kinandang Patong مورد مقايسه قرار گرفت. سپس اين ژن در كنار ژن OsCKX4 (مؤثر در بهبود ساختار ريشه) قرار داده شد. ژن‌هاي OsCKX4 و DRO1 برگرفته از ارقام خودرو برنج طي مراحلي به‌ترتيب تحت پيش‌برنده مختص ريشه و پيش‌برنده دائمي همسانه‌سازي و در ناحيه T-DNA حامل دوگانه اگروباكتريومي قرار داده شدند. سازه حاصل موسوم به pUhrCkDro به اگروباكتريوم سويه EHA105 منتقل و براي انتقال ژن به برنج رقم هاشمي مورداستفاده قرار گرفت. پس از انجام مراحل انتقال ژن، گياهان باززا شده حاصل در محيط انتخابي حاوي 50 ميلي‌گرم بر ليتر هيگرومايسين در مراحل مختلف كالوس‌زايي، باززايي و ريشه‌زايي زنده مانده و رشد كرده و به محلول يوشيدا و سپس به گلدان منتقل شدند. گياهان تراريخته احتمالي توسط واكنش زنجيره‌اي پليمراز تاييد قرار و رخدادهاي مستقل مشخص شدند. مقايسه فنوتيپ ريشه با گياه شاهد تفاوت ظاهري در ساختار ريشه نشان داد. گياهان تراريخته حاصل در گلخانه تراريخته پژوهشگاه بيوتكنولوژي كشاورزي بذرگيري و در نسل‌هاي T1 و T2 تحت آزمون‌هاي مولكولي براي تشخيص رخدادهاي خالص قرار گرفتند. با توجه به نتايج اين پژوهش احتمالاً سازه چند ژني حاصل مي‌تواند با هدف تغيير ساختار ريشه و تحمل به خشكي براي انتقال ژن به ساير گياهان نيز مؤثر واقع شود. اميد است توليد برنج تراريخته با ساختار ريشه قوي‌تر منجر به تحمل خشكي، كاهش مصرف آب و بهبود عملكرد در شرايط تنش خشكي شود.

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 non-transgenic ones. Molecular analysis in the T1 and T2 generations leads to the homozygous events. The multi-genic 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.