پاسخ‌هاي يوني و ترنسكريپتومي كينوا به تنش شوري آب دريا

مقدمه و هدف: شوري خاك يكي از عوامل اصلي خسارت و كاهش عملكرد محصولات كشاورزي در دنيا به‎شمار مي‌رود. گياهان هالوفيت‌ قادر به تحمل سطوح بالايي از شوري هستند كه اين سطوح در حالت معمول باعث از بين رفتن محصولات زراعي ديگر مي‌شود. كينوا (WilldChenopodium quinoa, ) از خانواده Chenopodiaceae گياهي بسيار متحمل به شرايط نامطلوب محيطي است كه در برابر تنش‌هاي زنده و غيرزنده تحمل بالايي را از خود نشان مي‌دهد. كينوا يك گياه شورزيست اختياري است كه قادر است شوري سطح دريا (dSm-1 40) را تحمل كند و در بيشتر مناطق ايران كه بارندگي ساليانه اندكي دارند (ميانگين بارندگي كشور حدود 250 ميلي‌متر است) و به‎دليل شوري و خشكي خاك غيرقابل كشت هستند، عملكرد اقتصادي مطلوبي را داشته باشد. در همين راستا و به‎منظور بررسي سازوكارهاي تحمل به تنش شوري در گياه كينواُ اثرات تيمارهاي شوري در دو سطح شوري (dSm-1 6/9 و dSm-1 13/8) و 9 زمان نمونه‎برداري (از صفر تا هفت روز) در واريته تيتيكاكا با بررسي پاسخ‎هاي يوني و بيان برخي ژن‌هاي درگير در مقابله با تنش شوري مورد بررسي قرار گرفت. مواد و روش‌ها: به جهت بررسي تغييرات يوني و واكنش برخي ژن‌هاي مهم دخيل در تنش شوري، ژنوتيپ تيتيكاكا (Titicaca) تحت تاثير دو سطح شوريdSm-1 6/9 (مخلوط 1:1 آب دريا و آب مقطر) و dSm-1 13/8 (آب دريا) در دو تكرار با در نظر گرفتن عامل زمان نمونه‌برداري، با استفاده از آزمايش فاكتوريل (فاكتور زمان در 9 سطح و فاكتور شوري در 2 سطح) در قالب طرح كاملاً تصادفي كشت شد. نمونه‌هاي برگي در بازه‌هاي زماني شش ساعت و نيز يك، دو، سه، چهار، پنج، شش و هفت روز پس از اعمال تنش، تهيه شدند. در اين پژوهش ميزان تجمع يون‌هاي سديم و پتاسيم و تغييرات بيان چهار ژن مرتبط با شوري شامل آنتي پورتر غشاي واكوئلي (NHX)، آنتي پورتر Na+/H+ واقع در غشاي پلاسمايي (SOS1)، كولين مونواكسيژناز (CMO) و بتائين‌آلدئيد‌دهيدروژناز (BADH) مورد بررسي قرار گرفت. به‎منظور بررسي بيان ژن از روش qRT-PCR با استفاده از ماده سايبرگرين و ژن خانه‎دار GAPDH استفاده شد. يافته‌ها: نتايج نشان داد تجمع ميزان يون‌هاي سديم و پتاسيم در برگ تحت تأثير شوري قرار گرفت و در سطح احتمال يك درصد، در هر دو سطح شوري روند صعودي و معني‌داري داشتند، به‎طوري‎كه با افزايش ميزان يون سديم، ميزان تجمع يون پتاسيم نيز افزايش داشته و اين بدان معني است كه گياه سعي در خنثي‎سازي اثرات نامطلوب افزايش يون سديم ناشي از شرايط تنش داشته است. همچنين با افزايش ميزان غلظت شوري از سطح dSm-1 6/9 به dSm-1 13/8، از روز سوم اعمال تنش، نسبت يون‌هاي پتاسيم به سديم افزايش يافته كه مي‌تواند يك سازوكار فيزيولوژيكي بسيار مهم در جهت افزايش ميزان تحمل به شوري اين گياه و تلاش براي توليد و عملكرد بيشتر تحت شرايط شور باشد. با افزايش روزهاي تنش و نيز سطح شوري اعمال شده، بيان هر چهار ژن مرتبط به شوري متناسب با تجمع و حضور يون‌ها در سلول تغيير يافت. بر اساس مطالعه حاضر ژن NHX در كينوا در هر دو سطح تنش dSm-1 6/9 و dSm-1 13/8 شوري در روز اول شروع به بيان نموده و با ادامه روند تنش در روزهاي بعدي، بيان ژن SOS1 نيز افزايش يافت. در همين راستا ژن SOS1 افزايش بيان را در سطح dSm-1 6/9 در روزهاي اول، دوم و سوم نشان داد. با افزايش روزهاي تنش بيان ژن‌هاي درگير در ساخت گلايسين بتايين در روز سوم در هر دو سطح تنش، بيان ژن CMO و سپس بيان ژن BADH افزايش يافت. نتيجه‌گيري: بر اساس نتايج اين تحقيق گياه كينوا نيز همچون ساير هالووفيت‌ها از سازوكارهاي متعددي از جمله تنظيم يوني و تغيير در الگوي بيان ژن‌ها جهت تحمل تنش شوري استفاده مي‎نمايد. بررسي‌هاي اين مطالعه نشان مي‌دهد بعد از ورود يون سديم به درون سيتوسول و دريافت سيگنال تنش، بيان ژن NHX1 به‎طور چشم‎گيري افزايش معني‌داري يافت و گياه با اين افزايش بيان اين ژن، سعي نموده تا با كده‌بندي يون سديم در واكوئل از اثرات ناشي از تنش بكاهد. همچنين به‎نظر مي‌رسد با فعال شدن SOS1، گياه مسير دومي را نيز جهت برقراري تحمل و هموستازي سلولي از طريق خروج يون سديم به منطقه ريشه، ذخيره يون سديم در واكوئل و جلوگيري از تجمع آن در سيتوپلاسم و كنترل انتقال يون سديم در مسيرهاي طولاني بين ريشه و برگ‌ها و بارگيري آن از آوند چوبي را انتخاب نموده است. در روز سوم و هم‎زمان با افزايش معني‌دار يون سديم درون سيتوسول، ميزان بيان ژن CMO نيز افزايش پيدا كرده كه نشان مي‌دهد گياه سعي كرده با توليد اسموليت‌هاي گلايسين بتائين و همچنين فعال نمودن مسير پرولين تعادل اسمزي در سلول را حفظ كند. از سوي ديگر گياه با افزايش جذب يون پتاسيم و ثبات نسبت K+/Na+  سعي در حفظ تعادل يوني نموده تا بتواند اثرات مخرب ناشي از تنش را كاهش دهد. با توجه به وجود تحقيقات محدود در زمينه اين گياه مهم، يافته‌هاي اين تحقيق مي‌تواند به‎عنوان راه‌گشاي مناسبي براي تحقيقات بعدي مورد استفاده قرار گيرد.