طرح: ارزیابی شاخص­های فیزیولوژیک و مولکولی موثر در تحمل به تنش خشکی در ژنوتیپ­های مختلف جو

مجری مسئول طرح:مریم شهبازی

دستآوردها :

• دو مقاله Q1

پروژه: شناسایی ساز وکارهای مورفولوژیک و فیزیولوژیک تحمل به خشکی در ژنوتیپ­های جو دیم

مجری مسئول: بابک ناخدا

تنش خشکی به عنوان یکی از مهمترین تنش​های محیطی غیر زنده نقش مؤثری در کاهش تولید گیاهان زراعی در جهان دارد. به منظور بررسی مکانیزم​های مورفولوژیک و فیزیولوژیک ژنوتیپ​های مختلف جو تحت تنش خشکی، آزمایشی به صورت کرت​های دوبار خرد شده در قالب طرح  بلوک​های کامل تصادفی در 3 تکرار و در دو شرایط دیم و آبیاری روی ژنوتیپ​های حساس، نیمه حساس و متحمل جو در موسسه تحقیقات کشاورزی دیم مراغه به اجرا گذاشته شد.  نتایج نشان داد که کلیه صفات مورد بررسی از جمله شاخص سطح برگ، هدایت روزنه​ای، پایداری غشاء سلولی، پتانسیل اسمزی، میزان پروتئین، میزان کربوهیدرات​ها، محتوای کلروفیل  و کاروتنوئیدها و عدد SPAD، به جز محتوای نسبی آب و دمای کانوپی تحت تاثیر تنش کم آبی قرار گرفته​اند. نتایج همچنین نشان داد که مقادیر هورمون​های گیاهی از جمله اکسین، ایندول استیک اسید، اسید آبسیسیک، اسید آسکوربیک، و اسید جیبرلیک در بافت​های مختلف گیاهی تحت تاثیر تنش کم آبی قرار گرفته​اند. همین وضعیت در مورد کربوهیدرات​های غیر ساختمانی و ساکاروز مشاهده شد. به طور کلی تنش خشکی باعث کاهش کلروفیل و کاروتنوئیدها، کاهش پروتئین، کاهش پایداری غشا، افزایش پتانسیل اسمزی، کاهش سطح برگ، افزایش تجمع کربوهیدرات​ها، MDA، و H₂O₂ در اندام​های گیاهی شد. فعالیت آنزیم​های پراکسیداز و کاتالاز و آلفا توکوفرول تحت تنش خشکی و در ژنوتیپ​های متحمل افزایش معنی داری نشان داد. برگ های ارقام جو بیشترین Methyl linoleate  و Methyl stearate را در شرایط آبیاری و حداکثر Methyl oleate و Methyl palmitate را در شرایط خشکی دارا بودند .این موضوع به حذف رادیکال​های آزاد اکسیژن و کاهش تنش اکسیداتیو در شرایط دشوار محیطی و بهبود عملکرد ژنوتیپ​های متحمل در شرایط تنش کمک می​کند.

پروژه: شناسایی ژن های مرتبط با مقاومت به شوری در جمعیت‌ لاین‌های اینبرد نوترکیب گندم با استفاده از نشانگرهای مولکولی

مجری مسئول: بابک ناخدا

به منظور شناسائی مکان­های کنترل­ کننده صفات کمی (QTLs) مرتبط با عملکرد دانه گندم، 186 لاین اینبرد نوترکیب حاصل از تلاقی دو لاین Roushan × SuperHead#2 در شرایط شاهد و تحت تنش شوری مورد ارزیابی قرار گرفت. نقشه پیوستگی این جمعیت شامل 484 (22 نشانگر SSR و 462نشانگر DArT) روی 20 کروموزوم گندم تهیه شد.  25 QTL روی 13 گروه لینکاژی(10 کروموزوم) برای عملکرد دانه مکان­یابی شدند که 10 QTL مربوط به شرایط نرمال و 15QTL مربوط به شرایط شور بودند. موثرترینQTL­های عملکرد مربوط به کروموزوم‌های 1Aو 3B بود که بترتیب 02/11و3/10 درصد از تغییرات عملکرد را توجیه ­کردند. دو QTL بزرگ‌اثر برای هر یک از صفات وزن هزار دانه و تعداد دانه شناسایی شدند. کروموزوم­های3B  و 2D در شرایط شوری و نرمال بیشترین تعداد QTL را به خود اختصاص دادند و احتمالا نواحی موجود بر روی این دو کروموزوم نقش مهمی در تحمل به شوری گندم ایفا می‌کنند لذا می‌توان در برنامه ­های اصلاحی آتی  QTL های مستقر بر روی این کروموزوم­ها را بیشتر مورد توجه قرار داد.

پروژه: ارزیابی لاین­های پیشرفته انتخابی حاصل از تلاقی روشن × سوپرهد از نظرتحمل به شوری با استفاده از صفات مرفولوژیک، فیزیولوژیک و زراعی

مجری مسئول: بابک ناخدا

به منظور بررسی تحمل به شوری 100 اینبرد لاین گندم نان حاصل از تلاقی روشن در سوپرهد، آزمایشی در دو منطقه اردکان (شور) و یزد (نرمال) در سال 89-1388 در قالب طرح آلفا لاتیس در دو تکرار اجرا شد. صفات وزن خشک کل، وزن دانه، تعداد دانه، وزن هزار دانه، ارتفاع بوته، وزن ریشه، وزن قسمت های هوایی، امتیاز تحمل به تنش و عملکرد دانه اندازه­گیری شد. نتایج نشان داد که شوری اثر بسیار معنی­داری بر تمامی صفات مورد بررسی داشته است. بیشترین عملکرد دانه در لاین‌های26، 53، 22، 89، 30، 28، 87، 66، 75، 8، 15، 49، 40، 38، 55، 29، 83، 88، 68، 27، 12، 42، 79 و 67 مشاهده شد. نتایج بررسی شاخص­های تحمل به تنش (GMP، STI، TOL، SSI) نشان داد که بهترین شاخص برای ارزیابی تحمل به شوری شاخص­های GMP و STI است که بیشترین میزان این شاخص­ها، در لاین­­های  7، 12، 15، 20، 27، 28، 38، 49، 83، 94، 67، 50، 37، 41 و 29 مشاهده شد بنابراین می­توانند به عنوان لاین­های متحمل به شوری معرفی شوند. در پایان آزمایش 10 لاین برتر 26، 30، 28، 87،  15، 49، 40، 38، 29، 83  از نظر عملکرد و متحمل به شوری به عنوان لاین­های امید بخش جهت انجام آزمایش های بعدی معرفی شدند.

پروژه: بررسی اثر متقابل ژنوتیپ در محیط در تحمل به شوری ژنوتیپ‌های مختلف گندم (انتخابی از PWSN-SALT)

مجری مسئول: بابک ناخدا

به ­منظور ارزیابی اثر متقابل ژنوتیپ در محیط و تعیین پایداری عملکرد دانه، 100 ژنوتیپ کرانه­ای گندم از نظر تحمل به شوری، در قالب طرح آلفا لاتیس 10*10 با دو تکرار در 4 محیط در استان­های یزد و کرمان مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج حاصل از تجزیه مرکب نشان داد که در صفات ارتفاع بوته، تعداد دانه در سنبله و وزن هزار دانه اثر محیط، ژنوتیپ و ژنوتیپ در محیط معنی­دار بود، برای عملکرد دانه اثر محیط و ژنوتیپ در محیط معنی­ دار و اثر ژنوتیپ غیرمعنی­ دار شد. بر اساس میانگین  عملکرد دانه، ژنوتیپ 56 با 91/1 و ژنوتیپ 66 با 5/6 تن در هکتار کمترین و بیش­ترین عملکرد دانه، ژنوتیپ 53 در محیط نرمال کرمان واجد بیشترین عملکرد و ژنوتیپ های 26 ، 69 و 57 در محیط شور کرمان دارای کمترین عملکرد بودند. بر اساس نتایج تجزیه رگرسیونی ژنوتیپ 95 واجد سازگاری عمومی و ژنوتیپ های 97 و 86 واجد سازگاری خصوصی با محیط های مساعد بودند. در مجموع ژنوتیپ های 50 ، 44 ، 95 ، 83 و 55  نسبت به ارقام متحمل ارگ، بم و کویر عملکرد بهتری داشتند که می­توان به منظور گزینش یا ورود به برنامه­ های اصلاحی بعدی و یا توصیه به زارعین معرفی شوند.

پروژه: شناسایی QTLهای کنترل کننده تحمل به شوری در گندم نان رقم روشن در تلاقی با ارقام فلات، سبلان و سوپرهد با استفاده از نشانگر DArT

مجری مسئول: بابک ناخدا

به منظور شناساییQTL های کنترل کننده تحمل به شوری و مرتبط با عملکرد، صفات زراعی و صفات فیزیولوژیک تحت تنش شوری در سه جمعیت گندم نان حاصل از تلاقی روشن با ارقام فلات، سبلان، و سوپرهد، 186 لاین اینبرد نوترکیب حاصل از تلاقی روشن در سوپرهد،  272 لاین حاصل از تلاقی روشن در سبلان و 319 لاین حاصل از تلاقی روشن در فلات در دو مرحله رویشی و زایشی مورد ارزیابیهای فنوتیپی و ژنتیکی قرار گرفتند. نقشه پیوستگی این جمعیت ها با استفاده از نشانگرهای SSR و DArT تهیه شد. تجزیه داده های جمعیت روشن در سوپرهد 127 QTL را در محیط های کشت شاهد و شور شناسائی کرد.  برای عملکرد دانه 25 QTL روی 13 گروه لینکاژی(10 کروموزوم) 1A_{1 ،} 2A ،4A ،5A، 7A ،2B₁ ،2B₂،2B₃،3B ،6B₂،6B₁ ،1D ،2D₁  مکان یابی شدند که 10 QTL مربوط به شرایط نرمال و 15 QTL مربوط به شرایط شور بودند. قوی​ترین QTL های عملکرد مربوط به کروموزوم​های 1A₁  و 3B  در فواصلwPt-668205 - wPt-731282 و wPt-666738-wmc505.2 بود که  به ترتیب 02/11و3/10 درصد از تغییرات عملکرد را توجیه می​کردند.کروموزوم​های3B  و 2D1 در شرایط شوری و نرمال بیشترین تعداد QTL را به خود اختصاص دادند. چنین بنظر می رسد که چندین کلاستر QTL برای تنش شوری در نواحی مختلف این کروموزوم ها قرار دارند و احتمالا نواحی موجود بر روی این دو کروموزوم نقش مهمی در تحمل به شوری گندم ایفا می کنند، لذا می​توان در برنامه​های اصلاحی آتی این کروموزوم​ها را بیشتر مورد توجه قرار داد. 164 کیو.تی.ال به روش نقشه​یابی فاصله​ای مرکب برای جمعیت روشن در فلات شناسایی شد که 110 مورد از آن مربوط به کشت مزرعه​ای و 54 عدد مربوط به صفات گیاهچه ای  بوده است. عملکرد دانه با پنج کیو.تی.ال بر روی کروموزوم های 1-B2، 2-D4، 2-B5، B7 و 1-D7 واقع شده​اند که دو کیو.تی.ال مربوط به محیط تنش بود. مهم ترین کیو.تی.ال مربوط به عملکرد دانه روی کروموزوم B7 در حدفاصل نشانگری wPt-6657-wPt-6484 قرار داشت که 99/14 درصد از تغییرات عملکرد دانه را توجیه می کرده است. به منظور شناسایی کیو.تی.ال های با اثرات افزایشی، اپیستازی و اثرات متقابل آنها با محیط، از روش MCMC استفاده شد و در مجموع 44 کیو.تی.ال افزایشی شناسایی شد که 28 مورد از آنها مرتبط با کشت مزرعه بوده اند. از مجموع 44 کیو.تی.ال بدست آمده 29 مورد تنها شامل اثرات افزایشی و 15 کیو.تی.ال هر دو اثرات افزایشی و اثرات متقابل افزایش در محیط را نشان می​دهند. همچنین 24 جفت کیو.تی.ال با اثرات اپیستازی و اثر متقابل اپیستازی در محیط نیز شناسایی شد. نتایج نشان می دهد که کیو.تی.ال های صفات فیزیولوژیک مورد بررسی مانند میزان سدیم اندام هوایی و ریشه (نسبت به صفات مورفولوژیک) در مرحله رشد گیاهچه گندم، با احتمال نسبی بیشتری اثرات محیط (تیمار) در رشد و توسعه گیاه را نشان می دهند. همچنین مسیرهای بیوشیمیایی تجمع یون سدیم و پتاسیم جدا از هم هستند.  در جمعیت روشن در سبلان تجزیه داده ها با استفاده از نرم افزار QTL Cartographer ،142 QTL را در شرایط تنش و نرمال گلخانه و مزرعه شناسایی کرد. قوی​ترین QTL عملکرد دانه در کروموزوم B2 در بازه نشانگری wPt0408-wPt3561 قرار داشت که 2/10 درصد تغییرات عملکرد را توجیه می کرد. در شرایط مزرعه کروموزوم های B2 و A1 در شرایط شوری و نرمال بیشترین تعداد QTL را به خود اختصاص دادند. در ضمن QTLهای بزرگ اثری برای صفات مختلف روی این  دو کروموزوم مشاهده شد. احتمالا مناطق موجود در این دو کروموزوم نقش مهمی در تحمل به شوری گندم ایفا می کنند، لذا می​توان در برنامه​های اصلاحی آینده این کروموزوم ها را بیشتر مورد توجه قرار داد. 29 QTL برای صفت میزان سدیم روی 13 کروموزوم شناسایی شد که 16 QTL مربوط به غلظت سدیم در اندام هوایی و 13 QTL مربوط به غلظت سدیم در ریشه گیاه بود. چند QTL بزرگ اثر بر روی کروموزوم های  1A،  6A، 2B  برای میزان سدیم در اندام هوایی و ریشه مکان یابی شدند که درصد بالایی از تغییرات فنوتیپی صفات را توجیه کردند. برای صفات مختلف در کروموزوم​های مختلف در شرایط گلخانه و مزرعه به ترتیب 17 و 5 کلاستر QTL هم مکان شناسایی شد. نشانگرهای SSR، gwm88، gwm55، gwm526، gwm626، gwm540 بطور معنی داری با QTLهای مختلف همبسته بودند. این نشانگرها می توانند در تحقیقات آینده برای تکنیک انتخاب به کمک نشانگر استفاده شوند.

تنوع هاپلوتایپی و نقشه‌یابی ارتباطی نشانگرهای مولکولی مرتبط با QTLهای کنترل کننده تحمل به شوری در ژنوتیپهای گندم (انتخابی از PWSN-SALT)

مجری مسئول: بابک ناخدا

گندم مهم ترین محصول کشاورزی ایران و جهان و اصلیترین منبع تغذیه و سلامتی انسان است. از طرفی تنش شوری یک عامل محدود کننده بزرگ در تولید این محصول است که اصلاح برای تحمل به شوری میتواند یک روش مؤثر برای بهبود عملکرد و پایداری عملکرد در خاکهای شور باشد. به منظور بررسی تنوع هاپلوتیپیQTL های کنترل کننده تحمل به شوری در گندم، 100 لاین کرانهای گندم نان که شامل ژنوتیپهای حساس و متحمل به شوری گندم نان بودند در قالب طرح لاتیس دوگانه با دو تکرار در شرایط مزرعهای شور (Ece= 10 dsm-1) و نرمال (Ece= 4 dsm-1) در یزد و کرمان ارزیابی شدند. نتایج حاصل از تجزیه مرکب صفات مورد مطالعه اختلاف معنیداری را بین ژنوتیپها نشان داد. در نهایت با توجه به نتایج عملکرد بدست آمده از محیطهای مختلف لاینهای شماره 26،40، 48،51، 49، 54، 55، 59، 60، 66، 67، 69،73، 75، 83، 87، 89 و 94 که دارای عملکرد بیشتری نسبت به شاهدهای پرعملکرد متحمل به تنش ارگ، بم و کویر بودند، به عنوان برترین ژنوتیپها در شرایط مورد مطالعه تعیین شدند و جهت بررسیهای مولکولی، فیزیولوژیک و سازگاری معرفی شدند. در ادامه بررسی، 30 لاین متحمل و حساس بر اساس صفات مورفولوژیک، زراعی، فنولوژیک و شاخصهای تحمل نسبت به شاهدهای پرعملکرد متحمل به تنش مورد مطالعه، جهت بررسی تنوع هاپلوتایپی براساس QTLهای بزرگ اثر شناسائی شده انتخاب شدند. با استفاده از نتایج بدست آمده از بررسی ارتباط نشانگرهای SSR با صفات فنوتیپی مشاهده شد که در هر ناحیه، ارتباط تفرق نشانگرها با صفات مختلفی معنیدار گردیدند، همچنین این نتیجه حاصل شد که در هر ناحیه میتوان از نشانگری که بیشترین رابطه با صفات برای آن معنیدار شدند، در برنامههای انتخاب به کمک نشانگر، جهت بهبود تعداد بیشتری از صفات بهره گرفت. بدین منظور نشانگرهای Xcfa2121 و Xgwm10 در فاصله 56 تا 82 سانتی مورگان و نشانگر Xwmc296 در فاصله 150 تا 7/158 سانتی مورگان واقع در روی کروموزوم 2A و نشانگرهای Xgwm194 و Xgwm624 برای کروموزوم 4D به دلیل داشتن ارتباط معنیدار با بیشتر صفات اندازهگیری شده را میتوان به عنوان نشانگرهای مناسب جهت شناسایی مکانهای ژنی کنترل کننده تحمل به تنش شوری و انتخاب به کمک نشانگر معرفی نمود. وجود چنین رابطههای معنیداری، در نواحی مورد نظر با صفات بیانگر این است که این نواحی کروموزومی در ژنوتیپ­های ایرانی دارای بیشترین احتمال حضور ژنهای مرتبط با تنش شوری میباشند. نتایج ارزیابی هاپلوتیپی نشان داد که ژنوتیپهای مورد مطالعه، بر اساس QTL­های واقع بر روی کروموزومهای 2A، 3B، 4D و 6D در گروههای هاپلوتیپی جداگانه قرار گرفتند. بدین منظور بر اساس مقایسه ترکیب آللی در متحملترین افراد جمعیت و حضور یا عدم حضور آلل نشانگرهای خاص در این افراد میتوان به اهمیت بخشهای مختلف نواحی QTL پی برد. نشانگرهای Xgwm10، Xgwm445، Xbarc353.2 و Xgwm312 برای ناحیه 82-56 سانتی مورگان و نشانگرهای Xgwm515 و Xwmc296 برای ناحیه 7/158-150 سانتی مورگان کروموزوم 2A بعنوان بهترین نشانگرهای مرتبط با تحمل به شوری و آللهای 194، 193،200، 205، 148، 171 و bp 165 بعنوان آللهای سودمند این نواحی کرموزومی گزارش شدند. همچنین نشانگر Xwmc326 با تولید آلل bp 186 برای کروموزوم 3B و Xgpw345 و Xbarc48.4 با تولید آللهای 192 و bp 144 برای کروموزوم 4D و نشانگر Xbarc196 و آلل bp176 برای کروموزوم 6D نشانگرهای سودمندی جهت اصلاح تحمل به شوری در برنامههای انتخاب به کمک نشانگر میباشند.

ارزیابی ارقام و لاین‌های والدینی گندم متحمل به شوری از نظر مکانیزم‌های دخیل در تحمل به شوری در آنها

مجری مسئول: بابک ناخدا

به منظور بررسی ارقام و لاین‌های والدینی گندم  تحت تنش شوری، آزمایشی در دو مکان متفاوت از لحاظ میزان شوری اجرا شد.  مکان اول (شاهد)، مزرعه مرکز ملی تحقیقات شوری واقع در شهر یزد (EC آب و خاک به ترتیب 5/3  و 5/4ds/m) و مکان دوم (تنش شوری)، مزرعه تحقیقاتی میلشبارد واقع در شهرستان اردکان (EC آب و خاک به ترتیب 2/10 و 9/11dS/m) بود. تیمارهای آزمایشی شامل 12 رقم گندم و 8 لاین امیدبخش گندم بودند20 ژنوتیپ گندم نان در سطح کروموزوم 2A با استفاده از نشانگرهای مولکولی ریزماهواره نیز مورد ارزیابی قرار گرفت.  نتایج نشان داد که صفات عملکرد دانه، تعداد دانه در سنبله، وزن هزار دانه، تعداد سنبله و همچنین غلظت یون​های سدیم و پتاسیم به طور معنی​داری تحت تاثیر تنش شوری قرار گرفت. عملکرد دانه ژنوتیپ­های مورد بررسی در هر دو شرایط بطور معنی داری با یکدیگر تفاوت داشتند .ارقام بولانی و ماهوتی بیشترین میزان عملکرد دانه را در شرایط  شاهد به ترتیب معادل 18/6 و 26/5 تن در هکتار و در شرایط شور به ترتیب 04/6 و 07/5 تن در هکتار داشتند.کمترین میزان عملکرد دانه مربوط به رقم حساس به شوری مغان-3 بود که در شرایط شاهد و شور به ترتیب 68/2 و 42/1 تن در هکتار عملکرد داشت. شاخص­های STI، MP،GMP و HM مناسبترین شاخص­ها جهت تعیین میزان تحمل به شوری شناخته شدند. شاخص­های مذکور همبستگی مثبت و بسیار معنی­داری را با عملکرد دانه در شرایط شاهد و شوری داشتند. از میان آن­ها با توجه به این که بر اساس شاخص تحمل به تنش (STI) در مقایسه با شاخص­های دیگر، ژنوتیپ های گروهA از سایر گروه­ها قابل تشخیص هستند، بنابراین طبق گزارشات گذشته، مناسب­ترین شاخص برای گزینش ژنوتیپ­ها در شرایط تنش است. در ارزیابی های ملکولی  محتوای اطلاعات چندشکلی با استفاده از 22 جفت نشانگر ریز ماهواره محاسبه گردید. در مجموع 293 آلل از 22 پرایمر در سطح کروموزوم 2A شناسایی و محتوای اطلاعات چندشکلی برای هر جفت نشانگر محاسبه شد. در این مطالعه دامنه اطلاعات چند شکلی از 59/0 نا 94/0 با میانگین 85/0 برآورد گردید. تعداد آلل ها در جایگاه از 4 تا 19 متغیر بوده و بیشترین تعداد آلل مربوط به نشانگر Xgwm515 و کمترین تعداد آلل را نشانگر Xgwm249 داشت. با استفاده از نرم افزارNTSYS-2.02e  فاصله ژنتیکی ژنوتیپها بر اساس ضریب تشابه دایس و الگوریتم Average Linkage Method محاسبه و ژنوتیپ ها به 5 گروه تقسیم بندی شدند. نتایج نشان داد که نشانگرهای ریزماهواره ابزار مؤثری در ارزیابی تنوع ژنتیکی در ارقام گندم ایرانی هستند. نتایج این تحقیق میتواند در مدیریت ژرم پلاسم کلکسیون گندم مفید باشد.

ارزیابی مقدماتی لاین‌های خالص گندم حاصل از تلاقی روشن در سوپرهد-2 در شرایط شور و غیرشور در دو منطقه یزد و کرمان

مجری مسئول: بابک ناخدا

به منظور بررسی تحمل به شوری 373 اینبرد لاین حاصل از تلاقی روشن در سوپرهد  به همراه سه رقم شاهد (ارگ، بم و کویر) در سال زراعی 89-1388 در مزرعه تحقیقاتی در استان یزد و استان کرمان مورد ارزیابی قرار گرفتند. در زمان برداشت از صفات مختلف شامل ارتفاع بوته، طول سنبله، طول آخرین میانگره، طول ریشک و عملکرد دانه یادداشت برداری به عمل آمد و همچنین غلظت یون​های سدیم و پتاسیم در آزمایشگاه اندازه​گیری شد. نتایج تجزیه واریانس صفات برای ژنوتیپ های گندم و سه رقم شاهد نشان داد که اکثر صفات اختلاف معنی داری با یکدیگر داشتند و تنش شوری باعث کاهش معنی​دار اکثر صفات مورد بررسی در هر دو محیط شده است. بیشترین طول ریشک و عملکرد دانه به رقم ارگ تعلق داشت. بررسی شاخص­های تحمل به تنش در شاهدها نشان داد که بیشترین GMP و STI  مربوط به رقم ارگ و کمترین آن به مربوط به رقم کویر بود. بررسی شاخص­های تحمل به تنش در اینبردلاین­های گندم نشان داد لاین های 10، 74، 32، 86، 92، 98، 114، 188،191،297، 300، 326 دارای بیشتریGMP ،  STI و بیشترین میزان عملکرد در شرایط نرمال و تنش بودند. بنابراین می­توان این لاین­ها را به عنوان متحمل ترین به شوری معرفی کرد. بای پلات حاصله نیز تاییدی بر نتایج فوق می­باشد.

بررسی تاثیر تنش خشکی بر تنظیم کننده های رشد در دانه ارقام گندم نان طی مرحله پر شدن دانه

مجری مسئول: فواد مرادی

به منظور بررسی تاثیر تنش خشکی و تنظیم کننده های رشد در ارقام مختلف گندم این پژوهش در دو مرحله متفاوت انجام شد. در مرحله اول پژوهش  در راستای شناسایی رفتار رشدی و عملکرد ارقام مختلف گندم و انتخاب مناسبترین ارقام جهت آزمایشات دقیق تر، هشت رقم و ژنوتیپ گندم انتخاب شد.  این ارقام شامل آذر 2 (متحمل-دیم)، پیشتاز (متحمل-آبی)، پیشگام (نیمه متحمل آبی)، سرداری (متحمل-دیم)، شهریار (نیمه متحمل-آبی)، کرج 3 (حساس-آبی)، گاسپارد (حساس-آبی)، مرودشت (نیمه حساس-آبی و لاین MV17 (حساس-آبی) بودند.  این ارقام دو تیمار شاهد (آبیاری کامل) و تنش خشکی بعد از گلدهی (تیمار قطع آب از مرحله آبستنی تا زمان رسیدگی فیزیولوژیکی) در سال زراعی 1389-1390 در مزرعه به نژادی بخش تحقیقات غلات موسسه اصلاح و تهیه نهال و بذر کشت شدند.  طرح آزمایشی به صورت کرت های خرد شده دو عاملی بر مبنای طرح پایه بلوک های کامل تصادفی و در سه تکرار اجرا گردید. همچنین  به  منظور بررسی دقیق تر تنش خشکی و تنظیم کننده های رشد در مرحله زایشی در ارقام مختلف گندم، آزمایش دوم به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با سه تکرار و در دو شرایط تنش وعدم تنش رطوبتی درگلخانۀ پژوهشکده  بیوتکنولوژی کشاورزی ایران (کرج) اجرا شد. تیمارها عبارت بودند از: رقم (پیشتاز و کرج3)، تیمار رطوبتی (دو سطح) و تنظیم کننده ­های رشد گیاهی (5 سطح). تنش خشکی ازمرحله بعد از گل­شکفتگی با وزن کردن روزانه گلدان­ها اعمال شد. بنزیل آمینو پورین((BAP واسیدآبسیزیک (ABA) در دو مرحله 1- مرحله تقسیم سلولی (دو روز بعد ازگل­شکفتگی،T1) و 2- ابتدای پرشدن دانه (11روز بعداز گل­شکفتگی،T2) مصرف شدند. نتایج این تحقیق در آزمایش مزرعه ای نشان داد که بین ارقام منتخب تفاوت های ژنتیکی آشکاری وجود دارد. ارقام کرج3 و پیشتاز هم در شرایط مزرعه و هم گلخانه واکنش مشابهی به خشکی نشان دادند. مشخص شد که از نظر میزان توان ذخیره کربوهیدرات در دانه تحت شرایط تنش، رقم پیشتاز کاملا  برتری داشته و می تواند مواد فتوسنتزی خود را به دانه منتقل نماید. این بررسی نشان داد که سطح هورمونهای ایندول استیک اسید و آبسیزیک اسید در رقم پیشتاز در شرایط تنش بالاتر از رقم حساس کرج بوده است. همچنین مشخص شد که استفاده از BAP در مرحله گرده افشانی میزان IAA داخلی دانه ها را بطور معنی داری افزایش می دهد در حالیکه از میزان ABA دانه ها می کاهد. همچنین معلوم شد که کاربرد ABA در مرحله گرده افشانی بطور معنی داری از میزان IAA دانه ها می کاهد در حالیکه سطح داخلیABA  را افزایش می دهد.  بنظر می رسدکاهش سطح داخلی   IAAتاثیر بسیار منفی بر روی قدرت مخزن (دانه ها)  از طریق کاهش اندازه سلول های آندوسپرمی وتعداد آنها داشته است. همین امر باعث کاهش وزن دانه ها و نهایتا عملکرد دانه داشته است. افزایش سطح داخلی IAA دانه ها  تحت تاثیر BAP در مرحله گرده افشانی برخلاف ABA سبب افزایش اندازه و تعداد سلول های اندوسپرمی شده است سبب افزایش وزن هزاردانه می شود.  بنابراین پیشنهاد می شود که در برنامه های بهنژادی گندم والدینی انتخاب شوند که در زمان گرده افشانی توان تولید سایتوکاینین بالایی داشته باشند و با شروع پر شدن دانه (بطور معمول 14 بعد از گرده افشانی) بتوانند سطح تولید ABA خود را بالا ببرند. تحقق این امر سبب افزایش قدرت ذخیره سازی مواد اسمیلاته در دانه ها و افزایش انتقال مجدد کربوهیدات های محلول در زمان پرشدن دانه های می شود.

بررسی چگونگی انتقال مجدد کربوهیدارت های محلول در ژنوتیپ های متحمل و حساس گندم به تنش خشکی آخر فصل

مجری مسئول: فواد مرادی

  هدف از تحقیق حاضر، مطالعۀ انتقال مجدد در ژنوتیپ­های گندم تحت شرایط تنش و عدم تنش رطوبتی بود. به منظور شناسایی رفتار رشدی و عملکرد 8 رقم و ژنوتیپ گندم  شامل آذر 2 (متحمل-دیم)، زرین (نیمه متحمل آبی)، پیشگام (متحمل-آبی)، سرداری (متحمل-دیم)، الوند (نیمه متحمل-آبی)، گاسپارد (حساس-آبی)، C-85-D-3 (نیمه حساس-آبی)  و لاین MV17 (حساس-آبی) در دو شرایط شاهد (آبیاری کامل) و تنش خشکی بعد از گلدهی (تیمار قطع آب از مرحله آبستنی تا زمان رسیدگی فیزیولوژیکی) کشت گردیدند. این پژوهش در پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی  و در مزرعه به نژادی بخش تحقیقات غلات موسسه اصلاح و تهیه نهال و بذر کرج انجام شد. در مرحله نخست طرح آزمایشی به صورت کرت های خرد شده دو عاملی بر مبنای طرح پایه بلوک های کامل تصادفی و در سه تکرار انجام شد هر رقم در کرت هایی با سطح 2/7متر مربع (با ابعاد2/1×6 متر) در 15 آبان ماه کاشته شدکه شامل چهار ردیف کاشت با فاصله 30 سانتیمتر بود. آزمایش دوم به منظور انجام مطالعات تکمیلی خصوصا در زمینه آنزیم های دخیل در امر انتقال مجدد، براساس نتایج بدست آمده در آزمایش قبلی از نظر از نظر تحمل به شرایط تنش خشکی، آبی بودن رقم، طول دوره رشد و سایر صفات مورفولوژیک دو رقمMV17  (حساس به تنش) و پیشگام (متحمل به تنش خشکی) انتخاب شدند. نحوه کاشت مانند سال اول آزمایش بود.  نتایج نشان داد که عملکرد و اجزاء عملکرد (مانند تعداد دانه در سنبله، وزن هزاردانه، شاخص برداشت و زیست توده) در ارقام و ژنوتیپ های مورد بررسی نه تنها از نظر ژنتیکی اختلاف معنی داری با هم داشته اند، بلکه تحت تیمار های رطوبتی اختلاف معنی دار آنها بیشتر ومشهودتر شده است. این بررسی نشان داد که ارقام دیم (مانند سرادری و آذر 2) و آبی متحمل به تنش خشکی مانند (پیشگام) از توان بالای ذخیره کربوهیدرات هایی محلول مانند گلوکز، فرکتوز و ساکاروز در میانگره های  خود خصوصا میانگره ماقبل آخر برخوردار هستند و مهمترین قند محلول در انتقال مجدد فرکتوز بوده است که به احتمال زیاد در تولید فروکتان ها بکار گرفته شده است. در ارقام آبی حساس مانند MV17  توان بیشتری در فتوسنتز جاری و تولید کربوهیدارت محلول در برگهای خود داشته و قادرند اسمیلات های تولید شده را بطور مستقیم به دانه ها انتقال دهند. این توان ارقام، بشدت تابعی از فراهم بودن رطوبت است، و کمبود آب در مرحله پر شدن دانه به میزان زیادی توان تولید فتواسمیلات و انتقال آنها به دانه ها را کاهش می دهد.  نتایج آزمایش دوم  که روی دو رقم پیشگام و MV17  انجام شد، نشان داد که مقادیر قابل توجه قند­های محلول در دانۀ رقم حساس MV17 وجود دارد و بنابراین کمبود پیش ساز، محدود کننده سنتز نشاسته در برگ یا دانه ها نیست. پس احتمالا عوامل دیگری نظیر قدرت مخزن و عوامل تنظیم کنندۀ آن نقش مهمی در بهبود عملکرد این رقم داشته اند. در شرایط کنترل، فعالیت اینورتازهای واکوئولی و آپوپلاستی دانه رقم MV17 و در شرایط تنش رطوبتی فعالیت اینورتازهای واکوئولی، آپوپلاستی و سیتوسولی دانه­های رقم  پیشگام بیشتر بود. حداکثر غلظت گلوکز و فروکتوز دانه­ها همزمان با حداکثر فعالیت اینورتاز آپوپلاستی، واکوئولی و سیتوسولی در مرحله تقسیم سلولی مشاهده شد. اگرچه در شرایط کنترل تفاوت معنی­داری بین هر دو رقم از نظر فعالیت ساکارز سنتاز دانه­ها وجود نداشت، اما در شرایط تنش رطوبتی فعالیت این آنزیم در دانه­های رقم پیشگام بیشتر از رقم MV17 بود. ساکارز سنتاز حداکثر فعالیت را در مرحله پرشدن دانه­ها در هر دو رقم داشت. این مطالعه نشان داد که در ارقام متحمل به تنش خشکی، فعالیت آنزیم های دخیل در انتقال مجدد قندها از برگها و میانگره ها به دانه و بطور همزمان سنتز نشاسته در دانه، بسیار کاراتر عمل می کنند. به همین خاطر توصیه می شود که میزان  براساس کربوهیدرات های ذخیره شده در ساقه و برگ، میزان آنزیم های فعالیت آنزیم های دخیل در انتقال مجدد از منبع و ذخیره سازی آنها در دانه به عنوان یکی از گزینه ها به نژادی ارقام گندم در زمان انتخاب ارقام مناسب برای افزایش تحمل به تنش خشکی در نظر گرفته شوند.

عنوان پروژه:آنالیز پروتئوم ریشه برنج تحت تنش شوری

مجری پروژه: پریسا کوباز

همکاران پروژه: منظر حیدری، عبدالله حسینی، قاسم حسینی سالکده

بیان مسئله و اهداف پروژه:

شوری یکی از مشکلات اساسی در کشت گیاهان زراعی است بطوری­که در مقیاس جهانی حدود 20% زمین­های زراعی و در ایران حدود 30%  زمین­های تحت کشت آبیاری تحت تاثیر شوری قرار می­گیرند. هدف کلی این تحقیق شناسایی پروتئین­های متاثر از شوری از طریق مقایسه الگوهای بیان پروتئینی بین تیمار­های نرمال و تحت تنش شوری در خوشه­های جوان برنج در ژنوتیپ­های متحمل (IR651) و حساس (IR29) به شوری است.

اقدامات انجام شده و نتایج:

برنج در مرحله گیاهچه ( Seedling ) حساسیت زیادی نسبت به شوری دارد. پروتئومیکس ابزار قدرتمندی برای بررسی مسیرهای بیوشیمیایی و پاسخ گیاهان به تنش­های محیطی است. اثر تنش شوری بر الگوی بیان پروتئین­های برنج، بذور دو رقم حساس ( IR 29 ) و مقاوم ( FL 478 ) در محیط یوشیدا بررسی شد. نتایج نشان داد در رقم حساس اکثر پروتئین­ها کاهش بیان یافته­اند در حالی که در رقم مقاوم پروتئین­هایی مانند سوپر اکسید دیسموتاز، فردوکسین تیوردوکسین ردوکتاز و پروتئین­های فیبری که می­توانند در تحمل به تنش شوری نقش داشته باشند، افزایش بیان یافته ­اند.

عنوان پروژه: شناسایی ژن­های دخیل در تحمل به خشکی در دانه رست‌های گندم با استفاده از راهکار پروتئومیکس

مجری پروژه: پریسا کوباز

همکاران پروژه: منظر حیدری، فواد مرادی، قاسم حسینی سالکده

بیان مسئله و اهداف پروژه:

لنگرتنش خشکی یک علامت پیچیده‌ای است که نه تنها موجب فقدان آب می‌شود بلکه محدودیت مواد غذایی، شوری و تنش اکسیداتیو را نیز به دنبال دارد. میزان نور برای گیاهان رشد یافته در شرایط طبیعی(در آب کافی) برای گیاهان تحت تنش خشکی زیاد بوده و به آنها ضرر می‌زند(Luna et al., 2005). خشکی شایع‌ترین تنش محیطی است که تولید موفقیت‌آمیز محصولات زراعی در ایران را به مخاطره انداخته است. با توجه به اینکه بخش وسیعی از زمین‌های زیر کشت محصولات عمده کشاورزی نظیر گندم و جو در مناطق خشک و نیمه‌خشک ایران قرار گرفته است و این گیاهان در معرض شرایط نا‌مطلوب محیطی قرار دارند، افزایش توان گیاهان جهت تحمل به تنش‌های محیطی ناشی از کمبود آب و حضور املاح اضافی در خاک، از نظر تقلیل افت عملکرد، مهم می‌باشد. بجز تعداد کمی از دانه‌ها تقریبا تمامی گونه‌های گیاهی در محتوای آبی 20% از بین می‌روند. گیاهانی که می‌توانند با 10% محتوای آبی زنده بمانند به عنوان گیاهان متحمل به خشکی طولانی مدت شناخته می‌شوند .(Tweddle et al., 2003)

بررسی روی گیاهچه‌های چهار روزه گندم نشان داده است که آنها می‌توانند خشکی شدید را به خوبی تحمل نموده و با آبیاری مجدد دوباره زندگی خود را ادامه دهند در حالی که این امکان در گیاهان 5 روزه به نصف تقلیل یافته و با ظهور برگ اول و خروج گیاه از مرحله هتروتروفی (وابسته به دانه) به اتوتروف این مقاومت از بین خواهد رفت  (Bodgan, 2009). تحمل شدید به خشکی در برگ‌های گیاه رستاخیزی Sلنگرporobolus stapfianus گزارش شده است. این گیاه از خانواده پوییده(Poaceae) بوده و نزدیکترین گیاه رستاخیزی تک لپه به گندم می‌باشد. این گیاه یک ابزار تحقیقاتی چند بعدی برای تحقیق درباره تحمل به خشکی در بافت‌های رویشی با ویژگیهای مفید ( به دلیل وجود ژن‌های سازگار با خشکی طولانی مدت) است. برخی از ژن‌های ارتولوگ خشکی از این گیاه جدا شده و تا کنون به شکل موفقی برای افزایش تحمل به شوری و خشکی در گیاهان مدل به کار گرفته شده‌اند. مطالعات پروتئومیکس در برگ‌های این گیاه نشان دهنده کاهش و افزایش برخی پروتئین‌ها در افزایش تحمل این گیاه به خشکی می‌باشد(Oliver, 2010)

حضور عوامل تنش‌زا در محیط منجر به بروز پاسخ‌های متعدد گیاهی در سطح مولکولی می‌شود، از این رو افزایش تحمل گیاهان در برابر عوامل تنش‌زا، نیازمند تشخیص ژن‌ها، پروتئین‌ها و مکانیسم‌های فیزیولوژیک دخیل در تحمل به تنش(ها) می‌باشد(عبد میشانی و همکاران، 1376 ).

بررسی نقش پروتئین‌های موثر در برگ و بذر در ایجاد این مقاومت و مقایسه آن با گیاه رستاخیزی نقش موثری در استفاده از این ژن‌ها (بیان در مراحل مختلف رشد) در ایجاد مقاومت به تنش خشکی طولانی مدت در رقم‌های مختلف گندم می‌تواند داشته باشد.

اقدامات انجام شده و نتایج:

تحقیق حاضر به منظور مطالعه فیزیولوژی٬ پروتئوم و بیان ژن‌‌ها و پروتئین‌هایی است که پاسخ به تنش را تنظیم می‌کنند و در آبشارهای پیام رسانی و کنترل نسخه برداری نقش دارند یا به عنوان اسموپروتکتان‌، آنتی‌اکسیدان ‌و خاموش‌کننده‌های گونه‌های‌ فعال ‌اکسیژن در گیاهچه‌های 4 روزه گندم در شرایط تنش خشکی و آبیاری مجدد عمل می‌کنند. نتایج نشان داد اغلب پروتئین‌های مورد بررسی تحت تنش ازجمله پروتئین‌های موثر چرخه کالوین٬ تولید انرژی٬ فتوسنتزی و آنزیم‌های آنتی اکسیدان کاهش بیان نشان دادند و در آبیاری مجدد بیشتر آنها به شرایط شاهد برگشته و حتی بیشتر از شاهد شدند. در برخی نیز افزایش و کاهش بیان همزمان مشاهده شد که به دلیل هگزاپلوییدی بودن گندم است.