بررسي ارتباط انتقال رشد رويشي به زايشي با بيان پروتيين هاي سرما القايي با استفاده از روش پروتيوميكس در گندم تحت شرايط مزرعه

Study of Changes of Cold-Induced Proteins during Transition of Vegetative to Reproductive Stages in Winter Wheat under Field Conditions

به منظور درك بهتر تغييرات پروتيين ها در حين انتقال از مرحله رويشي به زايشي آزمايشي با استفاده از روش تجزيه پروتيوم در رقم گندم متحمل به سرما (نورستار) تحت شرايط مزرعه اي در مناطق سرد (فيروزكوه و زنجان) و منطقه معتدل به سرما (كرج) انجام گرديد. پروتيين ها از برگ گياهان در طي 3 مرحله رشدي شامل 1T: مرحله رويشي، زماني كه گياهان تحمل به انجماد خود را افزايش دادند (3 آذرماه)، 2T: نقطه تامين نياز بهاره سازي در نورستار و زماني كه اين رقم حداكثر تحمل به انجماد را بدست آوردند (30 آذرماه) و 3T: بعد از انتقال گياهان از مرحله رويشي به زايشي و كاهش تحمل به انجماد (3 اسفندماه) استخراج شدند. تغييرات درسنتز پروتيين ها با استفاده از ژل هاي بررسي و شناسايي پروتيين ها از طريق روش ESI-MS/MS و MALDI-TOF صورت گرفت. بررسي الگوي بيان لكه ها در كرج نشان داد كه بيان 11 لكه در شاهد و T1 روند نسبتاً ثابتي داشته و با رسيدن به مرحله حداكثر تحمل به انجماد (T2) بيانشان افزايش يافته و پس از اين مرحله نيز با شروع رشد زايشي بيان آنها بطور معني داري كاهش يافت. بررسي الگوي بيان پروتيين ها در منطقه فيروزكوه نشان داد كه روند بيان 34 لكه مشابه روند تحمل به انجماد در طي تاريخ هاي نمونه برداري مي باشد. بررسي الگوي بيان لكه ها در منطقه زنجان نشان داد كه بيان 36 پروتيين با افزايش تحمل به انجماد در مرحله T1 كاهش يافت و با رسيدن به حداكثر تحمل به انجماد بيان اين لكه ها به حداقل رسيد و با شروع رشد زايشي مجددا افزايش نشان دادند. مقايسه پروتيوم در منطقه زنجان و كرج در زمان شروع عادت دهي به سرما نشان داد كه بيان برخي از پروتيين هاي سرما القايي در منطقه زنجان بيشتر از منطقه كرج مي باشد. مقايسه پروتيوم در منطقه فيروزكوه و كرج نيز نشان داد كه برخي از پروتيين هاي بخش روشنايي فتوسنتز و نيز پروتيين هاي درگير در مسير گليكوليز در منطقه فيروزكوه بيشتر بودند. 22 درصد از كل پروتيين هاي شناسايي شده در كلروپلاست جاي داشتند كه اين امر بر نقش مهم اين اندامك در حين عادت دهي به سرما و انتقال مرحله نموي تاكيد دارد. پروتيين هاي با بيشترين تغييرات عمدتا در مسيرهاي فتوسنتز، گليكوليز، تاخوردگي پروتيين ها، تعادل وضعيت اكسيداسيون و احيا ، نسخه برداري، ترجمه، بيوسنتز اسيدهاي آمينه ، توليد ATP و انتقال يون مشاركت داشتند.

Phase transition from vegetative to reproductive growth is an important character for winter wheat under cold conditions because it decreases the ability of wheat plants to maintain frost tolerance. Reproductive development in winter wheat is triggered by fulfillment of vernalization requirements. This study was conducted to determine the inter-relationship between developmental stages and freezing tolerance. Using proteomic analysis, an investigation aimed at a better understanding of the proteins changes during the vegetative/reproductive phase transition was carried out in a hardy (Norstar) wheat cultivar under field conditions in the cold (Zanjan and Firoozkuh) and moderate (Karaj) regions of Iran. Proteins were extracted from the leaves, collected from plants during three different growth stages including T1: vegetative growth when plants increased their frost tolerance (23-Nov), T2: vernalization saturation point when plants acquired to maximum frost tolerance (21-Dec) and T3: after vegetative/reproductive phase transition and reduction in freeze tolerance (21-Feb). Change in protein expression was detected by two dimensional (2-D) gel electrophoresis. Approximately 400 protein spots were reproducibility separated and visualized on CBB-stained 2-D gels. Spot analysis showed that 307 proteins significantly changed during investigated times. Spot identification was performed by MALDI-TOF and ESI-MS/MS. Comparison of proteins changes among different locations exhibited significant variations. Comparing proteoms between Karaj and Zanjan during cold acclimation exhibited higher accumulation of cold-induced proteins in Zanjan. Proteoms comparison between Karaj and Firoozkooh detected higher accumulation of proteins involved in glycolysation. 22% of identified proteins were located in chloroplast which emphasize that this organelle has an important role during the cold acclimation and phase transition. The most changed proteins mainly participate in photosynthesis, glycolysis, protein folding, redox homeostasis, transcription, translation, amino acid biosynthesis, ATP synthesis and ion transport. Expression profile of some identified proteins such as cell division control protein, asparagine synthase, RuBisCO activase, actin, heat shock protein 70, cp31BHv, serpin, fructose-bisphosphate aldolase, MADS-box transcription factor 26 and Ps16 during the investigated stages were similar to LT tolerance trend. These proteins might work cooperatively to establish a new homeostasis under cold stress.