تاثير تنش كمبود آهن بر بيان نسبي ژن ‎هاي ZIP3، ZIP6 و ZIP7 در گندم نان (.Triticum aestivum L)

مقدمه و هدف: گندم نان (L.Triticum aestivum ) گسترده‌ترين گونه‌ي گندم و يكي از چهار محصول عمده در جهان است كه غذاي اصلي بيش از 30 درصد مردم جهان را تشكيل مي‏دهد. تنش‌هاي غيرزيستي مهم‌ترين عوامل محيطي محدودكننده توليد محصول و كاهش عملكرد مي ‏باشند كه با تأثير روي فرآيندهاي مورفولوژيكي، فيزيولوژيكي، بيوشيميايي و مولكولي نقش قابل‎‌توجهي در تعيين پتانسيل عملكرد و توليد گياهان دارند. از تنش‌هاي غيرزيستي مي‌توان به كمبود عناصر كم‎مصرف در خاك اشاره كرد. عناصر كم‌مصرف متابوليسم مواد‌غذايي در بدن انسان را تنظيم مي‌كنند و كمبودشان سلامت انسان را به‎خطر مي‏ اندازد. آهن و روي از جمله عناصر كم مصرف ضروري براي سلامت انسان هستند و به‎عنوان عوامل كمكي بسياري از آنزيم‏ هاي حياتي، در بسياري از فرآيندهاي متابوليك انسان نقش دارند. در گياهان نيز عنصر آهن بيشترين عنصر موردنياز در بين تمام عناصر كم‌مصرف مي‌باشد. آهن بخشي از گروه كاتاليزوري بسياري از آنزيم‌هاي اكسيداسيون و احيا بوده و براي سنتز كلروفيل موردنياز مي‌باشد. براي تسهيل در جذب كافي آهن و براي جلوگيري از جذب بيش از حد، گياهان يك شبكه متعادلي براي تنظيم جذب، استفاده و ذخيره يون‌ها ايجاد كرده‌اند. در واقع چنين تنظيماتي به ژن‌هايي بستگي دارد كه هموستازي يون‌ها را در گياهان تنظيم مي‌كنند. در گندم به‎دليل وجود ژنوم بزرگ آلو‎‏هگزاپلوئيد و چالش‌هاي فني در ترانسفورماسيون، تعداد كمي از ژن‌هاي دخيل در جذب، جابجايي و ذخيره‌سازي آهن و روي از نظر عملكردي مشخص شده‌اند. با توجه به نقش مهم پروتئين‌هاي ZIP در كارايي ارقام نسبت به جذب آهن، مطالعه بيان ژن‌هاي مذكور در ارقام گندم نان آهن‏-كارا و آهن‏-ناكارا مي‌تواند در اصلاح ارقام آهن-‏كارا در اين محصول مؤثر باشد. بنابراين هدف از اين تحقيق، مطالعه بيان ژن‌هاي ZIP3، ZIP6 و ZIP7 در برگ و ريشه دو رقم گندم نان آهن‏-كارا و آهن-ناكارا در مراحل مختلف رشدي تحت تنش كمبود آهن بود. مواد و روش‎ها: اين تحقيق به‎صورت فاكتوريل در قالب طرح كاملاً تصادفي با سه تكرار در گلخانه تحقيقاتي دانشكده كشاورزي دانشگاه اروميه اجرا شد. فاكتور اول شامل دو رقم گندم آهن‏-كارا (پيشتاز) و آهن‏-ناكارا (فلات)، فاكتور دوم شامل دو سطح آهن خاك (كمبود و كفايت آهن به‎ترتيب 1/4 و 10 ميلي‌گرم در كيلوگرم خاك) و فاكتور سوم شامل دو مرحله نمونه‎برداري (رويشي و زايشي به‎ترتيب يك ماه بعد از كشت و ۳۰ درصد خوشه‎دهي) بود. براي ارزيابي بيان ژن‌ها، نمونه‌برداري در هر مرحله رشدي از ريشه و برگ گياهان انجام شد. بذور از مؤسسه تحقيقات اصلاح و تهيه نهال و بذر ايران تهيه و بعد از ضدعفوني با آب اكسيژنه يك درصد، در عمق ۴ سانتي‎متري خاك كاشته شد. آبياري در طول فصل رشد، با استفاده از آب مقطر در حد ظرفيت زراعي انجام شد. يافته‎ها: نتايج تجزيه واريانس بيان نسبي هر سه ژن مورد مطالعه نشان داد كه اثر متقابل رقم × اندام × مرحله نمونه‎برداري در سطح احتمال يك درصد معني‏ دار مي‏ باشد. براساس نتايج مقايسه ميانگين برهمكنش رقم × اندام × مرحله نمونه‎برداري براي ژن ZIP3 بيشترين افزايش بيان نسبي ژن در ريشه رقم آهن‏-كاراي پيشتاز در مرحله رويشي مشاهده شد و در مرحله زايشي ميزان بيان نسبي اين ژن در ريشه رقم آهن-‏ناكاراي فلات بيشتر از رقم آهن-كاراي پيشتاز بود. ولي در برگ، رقم آهن- ناكاراي فلات بيشترين افزايش بيان نسبي در هر دو مرحله زايشي و رويشي را به‎خود اختصاص داد ولي اختلاف ميزان بيان ژن در برگ بين دو مرحله نمونه‏برداري از نظر آماري معني‏ دار نبود و كمترين ميزان بيان ژن در برگ مربوط به رقم پيشتاز بود. مقايسه ميانگين اثر متقابل رقم × اندام × مرحله نمونه ‏برداري براي ژن ZIP6 حاكي از افزايش ميزان بيان نسبي ژن ZIP6 در ريشه رقم آهن‏-كاراي پيشتاز در مرحله رويشي و رقم آهن-‏ناكاراي فلات در مرحله زايشي بود. بيشترين ميزان افزايش بيان نسبي اين ژن در ريشه رقم پيشتاز در مرحله رويشي و ريشه رقم فلات در مرحله زايشي مشاهده شد. نتايج مقايسه ميانگين اثر متقابل رقم × اندام × مرحله نمونه‎برداري براي ژن ZIP7 نشان داد كه بيشترين ميزان بيان نسبي اين ژن در ريشه رقم آهن- ‏كاراي پيشتاز در مرحله رويشي مشاهده شد. همچنين ميزان بيان نسبي اين ژن در ريشه رقم آهن- كارا در مرحله رويشي به‎طور معني‏ داري بيشتر از مرحله زايشي مي ‏باشد. در هر دو مرحله رويشي و زايشي در برگ ميزان افزايش بيان ژن در رقم آهن‏- ناكاراي فلات بيشتر بود. نتيجه‎گيري: با افزايش بيان ژن ZIP3 در شرايط كمبود آهن در مرحله رويشي در ريشه رقم آهن‏- كارا نسبت به برگ احتمال مي ‏رود نقش اصلي اين ژن، در جذب آهن از خاك و انتقال آن به اندام هوايي در اوايل دوره رشدي در شرايط كمبود آهن باشد. ژن ZIP6 در هر دو اندام ريشه و برگ در كل دوران رشدي گياه بيان مي ‏شود با اين تفاوت كه با افزايش سن گياه، ميزان بيان هم بيشتر مي‎شود. بنابراين ژن ZIP6 احتمالاً وظيفه جذب و انتقال آهن در اندام ‏هاي مختلف، در كل دوره رشدي گياه را برعهده دارد و نقش مهمي را در حفظ آهن در شرايط كمبود آن ايفا مي‏ كند. ژن ZIP7 تحت شرايط كمبود آهن در هر دو اندام برگ و ريشه بيان مي ‏شود ولي در ريشه در مرحله رويشي در رقم آهن-‏ كارا اين ميزان بيان بيشتر مي ‏باشد و احتمال مي‎رود اين ژن در جذب آهن از خاك و انتقال آن به اندام‏ هاي هوايي شركت دارد.