بررسی تنوع آللی ژن های کاندیدای تحمل به تنش شوری در ارقام جو : پایان نامه ارشد مهندسی کشاورزی زراعت و اصلاح نباتات

کشور عزیزمان ایران با توجه به تنوع اقلیم ، آب و هوای مطبوع و اراضی وسیعی که در اختیار دارد در صورت مدیریت در عرصه کشاورزی میتواند یکی از قطب های بلامنازع کشاورزی دنیا باشد و با پرورش دانش آموختگان خبره در گرایش های مختلف رشته کشاورزی میتوان به این مهم نایل آمد.دیجی لود در ادامه به معرفی پایان نامه های کارشناسی ارشد رشته کشاورزی میپردازد. پایان نامه حاضر با عنوان” بررسی تنوع آللی ژن های کاندیدای تحمل به تنش شوری در ارقام جو ” با گرایش زراعت و اصلاح نباتات و با فرمت Word (قابل ویرایش) تقدیم شما دانشجویان عزیز میگردد.

چکیده بررسی تنوع آللی ژن های کاندیدای تحمل به تنش شوری در ارقام جو:

اطلاعات زیادی در مورد توالی بسیاری از ژن ها بدون آنکه عملکرد آن ها شناخته شده باشد، وجود دارد. از این رو تحقیقات فراوانی از طریق روش­های معکوس ژنتیکی برای پر کردن شکاف بین ساختار و عملکرد این توالی­ها انجام گرفته است. تحقیق حاضر با هدف تعیین تنوع آللی ژن­های کاندیدای تحمل به تنش شوری در ارقام و ژنوتیپ­های جو در سطح تک نوکلئوتید (SNP)، جستجوی آلل­های جدید، آنالیز روابط فیلوژنی میان ژنوتیپ­های مورد مطالعه با استفاده از تنوع نوکلئوتیدی، و طبقه­بندی ژنوتیپ­های آزمایشی در قالب گروه­های هاپلوتیپی انجام گرفته است.

در این تحقیق از 96 ژنوتیپ جو که در مناطق مختلف شور در جهان از جمله ایران کشت می­گردند، به عنوان مواد گیاهی استفاده گردید. این تحقیق با همکاری مرکز بین­المللی تحقیقات کشاورزی در مناطق خشک  (ICARDA) و پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی ایران- کرج (ABRII) انجام گرفته است. ژن­های مورد مطالعه شامل دو ژن مقاوم به شوری در جو، CBL4 و HKT1، بوده است. از تکنیک اکوتیلینگ به کمک توالی­یابی برای یافتن تنوع آللی در این ژن­ها در سطح تک نوکلئوتید استفاده شده است.

نتایج حاصل از این آزمایش فراوانی نسبی موتاسیون تک نوکلئوتیدی در این ژن­ها را به ترتیب 9/17  SNP/Kb و 137 SNP/Kb در HKT1و CBL4 نشان داده است. مجموع موتاسیون­های مشاهده شده در ژن CBL4 بیش از ژن HKT1 بوده اما تعداد موتاسیون­های هموزیگوت، که دارای اهمیت بسیار زیادی در مطالعات ژنتیکی می­باشند، در ژن HKT1 اندکی بیشتر از ژن CBL4 بوده است. روابط فیلوژنی میان ژنوتیپ­ها در بررسی ژن HKT1 بیانگر وجود قرابت ژنتیکی زیاد میان آن­ها بوده است. در حالی که، مطالعه این روابط در ژن CBL4 وجود درخت­های فیلوژنی مجزا برای هر کانتیگ از این ژن و تفاوت ژنتیکی نسبتاً زیاد بین ژنوتیپ­های مورد مطالعه را نشان داده است. آنالیز هاپلوتیپی ژن­های CBL4 و HKT1، عدم گروه­بندی هاپلوتیپی در ژن HKT1 و وجود سه گروه هاپلوتیپی مجزا در ژن CBL4 را نشان داده است. پنج ژنوتیپ از مجموع هفت ژنوتیپی که در این سه گروه هاپلوتیپی قرار گرفته­­اند متعلق به ایران می­باشند. گروه هاپلوتیپی اول متشکل از سه ژنوتیپ، دو ژنوتیپ ایرانی و دیگری رقم شاهد، می­باشد. رقم شاهد در این تحقیق، رقم کلیپر جو، یک رقم بسیار مقاوم به شوری است.

بنابراین استنباط می­ گردد که این دو رقم ایرانی نیز دارای سطح بالایی از مقاومت به شوری باشند. همچنین طبقه ­بندی ژنوتیپ­های ایرانی در گروه­های مختلف هاپلوتیپی نشان دهنده وجود تنوع ژنتیکی معنی­دار بین ارقام ایرانی است که دارای اهمیت ژنتیکی بسیار زیادی می­باشد. آنالیز هر دو ژن در ژنوتیپ­های مورد آزمایش در این تحقیق وجود رابطه ژنتیکی بسیار نزدیک بین ارقام ایرانی به استثنای چند مورد را نشان داده است. دلیل این امر منشأ ژنتیکی بسیار متفاوت این ارقام ایرانی بوده است.

همچنین، از میان ارقام خارجی، ارقامی که متعلق به کشور لیبی و مقاوم به شوری بوده­اند رابطه ژنتیکی بسیار نزدیکی با ارقام ایرانی نشان داده و در اکثر موارد در یک گروه اصلی و یا حتی در یک زیر گروه با ارقام ایرانی قرار گرفته­اند. بنابراین می­توان استنباط نمود که این ارقام قرابت ژنتیکی زیادی با یکدیگر داشته و از نظر فنوتیپی نیز می­توانند سطوح مشابهی از مقاومت به شوری را نشان دهند.

مقدمه بررسی تنوع آللی ژن های کاندیدای تحمل به تنش شوری در ارقام جو:

افزون بر 20% از اراضی کشاورزی و نزدیک به نیمی از زمین های آبی در دنیا متأثر از مشکل شوری هستند که این، عامل محدود کننده رشد و نمو گیاهان در سراسر جهان و مشکلی جدی برای تولید محصول کشاورزی می­باشد (28). شوری خاک یکی از مهمترین مشکلات محیطی است که تولید محصول زراعی را تحت تاثیر قرار می­دهد (51). لذا، فهم مکانیسم های تحمل به شوری بسیار با اهمیت است (15). عملکرد گیاهان زراعی تحت تأثیر تنش­های زنده و غیر زنده بیش از 50% کاهش می­یابد (146). افزایش شوری خاک یا آب موجب ایجاد اختلال در فرآیندهای فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی گیاه شده و باعث بروز مشکلاتی مانند 1) عدم تعادل یونی 2) کمبود مواد معدنی 3) تنش اسمزی 4) سمَیَت یونی و تنش اکسیداتیو می­گردد (64). این شرایط با اجزای سلولی همانند DNA، لیپیدها و رنگدانه ها اثر متقابل می­یابد (134) و رشد و نموَ اکثر گیاهان زراعی را کاهش می­دهد. تحمل نسبت به شوری صفتی چند ژنی است که شامل الف) تقسیم بندی مقادیر زیاد نمک در داخل گیاه ب) تنظیم اسمزی و ج) تغییرات مورفولوژیکی می­باشد (84).

مطالعاتی که در زمینه تحمل به تنش شوری انجام گرفته است شامل: 1- برنامه های اصلاح کلاسیک که علی رغم برخی موفقیت­ها، به دلیل ماهیت چند ژنی بودن این صفت محدود گردیده است، 2- استفاده از موتاسیون­هایی که منجر به از بین رفتن و حذف عملکرد ژن می­گردند برای شناسائی و مطالعه ژن­های مسئول تنش. برای مثال در آرابیدوپسیس، به دلیل سهولت در دستکاری ژنتیکی این گیاه (6)، تحقیقاتی در این زمینه انجام گرفته است و 3- روش های کشت آزمایشگاهی در گیاهانی مانند یونجه (154)، برنج (77 و 155) و سیب زمینی (93) می­باشد. توسعه گیاهان دارای پتانسیل ژنتیکی بالقوه برای تحمل نسبت به این تنش، به کاهش استفاده از آب نیز کمک می­کند (27). افزایش گیاهان متحمل (124) همراه با مهندسی ژنتیک نتایج خوبی را از نظر احتمال انتقال سریع و دقیق صفات مطلوب به داخل گیاهان مورد نظر، بدون حضور ژن های مضر از خویشاوندان نزدیک گیاه، نشان داده است (111). زیرا در این روش، از انتقال مناطق ناخواسته کروموزومی ممانعت می­گردد (112 و 20). استفاده از ظرفیت داخلی گیاه، تحمل آن نسبت به این تنش را تقویت می­کند و مهندسی ژنتیک مدرن به انتقال صفات مطلوب کمک می­نماید (94).

جو یکی از متحمل­ترین گیاهان زراعی است که طی سال­ها، از روش­های مختلف فیزیولوژیکی برای تعیین تنوع فنوتیپی تحمل به شوری در این گیاه استفاده شده است (149). ذخایر ژنی جوی زراعی در مقایسه با انواع وحشی آن تنوع ژنتیکی محدودی را نشان دادند که این امر بیانگر لزوم توسعه ارقام سازگار می­باشد (105). گزارش شده است که جمعیت هایی که در مناطق تحت تنش شوری رشد می­یابند دارای تنوع ژنتیکی گسترده­تری هستند (88). از نظر میزان محصول دانه در محیط شور، جو یکی از اعضای متحمل به شوری در تیره تریتیاسه است (69). مکانیسم تحمل به شوری در این تیره عموماً شامل تجمع یون سدیم در طول دوره رشد گیاه می­باشد (15 و 138). از نقطه نظر تجمع این یون در تیره تریتیاسه، گیاه جو دارای تنوع ژنتیکی بالایی است.

شوری یکی از موانع اصلی افزایش تولید محصول در جو بوده و تحمل به این تنش در مراحل مختلف رشد گیاه متفاوت است. حساس­ترین مراحل رشد گیاه در مقابل تنش شوری در جو دو مرحله جوانه زنی و گیاهچگی می­باشد و با افزایش سن گیاه میزان تحمل آن نیز افزایش می­­یابد. تأثیر این تنش در مرحله جوانه زنی جو بیشتر مربوط به اثرات یونی است (134)، در حالیکه در مرحله گیاهچگی تنش شوری حاصل اثرات اسمزی می­باشد (74). بین تحمل به شوری در دو مرحله رشدی جوانه­زنی و گیاهچگی هیچ رابطه­ای وجود ندارد (74).

مکانیسم­های تحمل به شوری در جو شامل موارد زیر است: 1- انتقال یون سدیم از برگ­های گیاه جو به داخل واکوئول که موجب کاهش سمَیَت این یون می­شود (38) و 2- توزیع بیشتر یون پتاسیم موجود در برگ­های جو به داخل سلول­های مزوفیل نسبت به توزیع آن­ها در سلول­های اپیدرم که موجب افزایش نسبت یونی پتاسیم به سدیم در سیتوپلاسم سلول­های مزوفیل می­شود و این وضعیت برای ثبات فتوسنتز با اهمیت است (56).

استراتژی­های حفاظت در مقابل آسیب ناشی از شوری در جو عبارت از استراتژی های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی است. تغییر عملکرد ژن راهی موثر برای تغییر این وضعیت است. بنابراین یک مرحله اساسی، درک مکانیسم مولکولی پاسخ به تنش است که در این مرحله، ژن­های کنترل کننده تنش و گیاهان ترانس ژنیک دارای تحمل بالا نسبت به این تنش شناسایی می گردند (65).

فرضیات تحقیق

فرضیات این آزمایش شامل تشخیص آلل­ها جدید و گروه­­بندی هاپلیوتیپی ژنوتیپ­های مورد بررسی با استفاده از تنوع تک نوکلئوتیدی (SNP)، استفاده از تنوع هاپلوتیپی برای طبقه­بندی اکوتیپ­ها و کاهش هزینه، زمان و افزایش دقت نسبت به سایر روش­های مطالعه تنوع تک نوکلئوتیدی بوده است.

نتیجه گیری کلی

آنالیز تنوع تک نوکلئوتیدی در 96 ژنوتیپ مورد مطالعه و در دو ژن کنترل کننده مقاومت به شوری در جو، CBL4 و HKT1، نشان داد علی رغم اینکه همه ژنوتیپ­های مورد آزمایش در مناطق شور کشت شده و با شرایط تنش شوری سازگار شده­اند اما چون متعلق به نقاط متفاوت جغرافیایی در ایران و جهان می­باشند از نظر ژن­های مربوط دارای تنوع نوکلئوتیدی قابل ملاحظه­ای بودند. میزان تنوع مشاهده شده در ژن CBL4 به مراتب بیش از تنوع موجود در ژن HKT1 بوده است. به طوری که در بررسی ژن CBL4 سه گروه هاپلوتیپی هر یک متشکل از 2 رقم آزمایشی تشخیص داده شده که 5 رقم از آن متعلق به ایران بوده است. بنابراین می­توان نتیجه­گیری نمود که ارقام کشت شده در ایران دارای تنوع معنی­داری از نظر ژن CBL4 می­باشند. در گروه هاپلوتیپی اول، دو رقم ایرانی همراه با شاهد طبقه­بندی شده­اند. با توجه به اینکه رقم شاهد در این آزمایش رقم کلیپر (یک رقم مقاوم به شوری) بوده است لذا با اطمینان می­توان گفت که این دو ژنوتیپ (ژنوتیپ­های شماره 23 و 55) دارای سطح بالایی از مقاومت به شوری هستند. همچنین فراوانی نسبی SNP در ژن CBL4 حدوداً 5/7 برابر مقدار آن در ژن HKT1 بوده و به این دلیل میزان تنوع مشاهده شده در ژن CBL4 بسیار بیشتر از HKT1 بوده است. یک نتیجه­گیری بسیار مهم دیگر اینکه اگرچه مقدار تنوع مشاهده شده در ژن CBL4 بیش از ژن HKT1 بوده اما فراوانی موتاسیون هموزیگوت در مناطق اگزونی ژن HKT1 (9/13%) کمی بیشتر از این فراوانی در ژن CBL4 (07/13%) بوده است. این نوع موتاسیون دارای اهمیت زیادی در مطالعات ژنتیکی می­باشد زیرا تقریباً نیمی از این موتاسیون­ها موجب تغییر معنی دار یک اسید امینه به اسیدآمینه دیگر می­گردند. از تنوع نوکلئوتیدی شناخته شده در این ژن­ها می­توان به عنوان مارکرهای SNP برای نقشه­یابی و یا اهداف دیگر استفاده نمود. نکته بسیار جالب توجه در آنالیز درخت فیلوژنی ژن HKT1 این بوده است که هیچ یک از ژنوتیپ­های آزمایشی در این تحقیق از نظر این ژن در گروه کاملاً مستقلی طبقه­بندی نشده­اند بلکه هر گروه اصلی زیر مجموعه­ای از گروه­های اصلی ماقبل خود و یک ژنوتیپ اضافی بوده است. در نتیجه، گروه اصلی انتهای درخت فیلوژنی یک گروه بسیار بزرگ متشکل از کلیه ژنوتیپ­ها بوده است. این نشان دهنده ارتباط ژنتیکی بسیار نزدیک بین این ژنوتیپ­ها می­باشد. در حالی که در ژن CBL4 برای هر کانتیگ یک درخت فیلوژنی مجزا ترسیم شده و مورد بررسی قرار گرفت. از میان ارقام خارجی، ارقامی که متعلق به کشور لیبی و مقاوم به شوری بوده­اند رابطه ژنتیکی بسیار نزدیکی با ارقام ایرانی نشان داده و در اکثر موارد در یک گروه اصلی و یا حتی در یک زیر گروه با ارقام ایرانی قرار گرفته­اند. بنابراین می­توان استنباط نمود که این ارقام قرابت ژنتیکی زیادی با یکدیگر دارند. نقشه برش آنزیمی هر یک از کانتیگ­های دو ژن مورد تحقیق نیز اطلاعات بسیار با ارزشی برای مطالعات بعدی در اختیار قرار داد.

یک نتیجه­گیری بسیار مهم دیگر در این مطالعه، کارآئی بسیار خوب پرایمرهای طراحی شده برای این دو ژن و استفاده از روش توالی­یابی برای جستجوی تنوع تک نوکلئوتیدی بوده است. ژنوتیپ­های آزمایشی به نحو بسیار مطلوبی با رقم شاهد مقایسه شده و ارتباط فیلوژنی و هاپلوتیپی آن­ها کاملاً مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. زیرا همان گونه که در مطالعات قبلی گزارش گردیده، روش توالی­یابی با کیفیت بالا دارای حداکثر دقت برای ارزیابی و آنالیز تنوع نوکلئوتیدی می­باشد. روش اکوتیلینگ از طریق مقایسه تنوع نوکلئوتیدی موجود در ژنوتیپ­های آزمایشی با تنوع شناخته شده در ارقام شاهد برای هر ژن، راهی برای یافتن منابع جدید تنوع نوکلئوتیدی در این ژنوتیپ­ها است. همچنین، اکوتیلینگ بر اساس توالی­یابی یکی از جدیدترین روش­های اکوتیلینگ است که با حداکثر دقت و حداقل هزینه نسبت به سایر روش­های اکوتیلینگ انجام می­گیرد. ضمن آنکه، حجم داده­های حاصل از توالی یابی بسیار زیاد بوده و برای اهداف بسیار متفاوت ژنتیکی و مولکولی قابل استفاده می­باشد. زیرا با بهره­گیری از پیشرفته­ترین ابزار بیوانفورماتیکی، امکان آنالیز داده­های توالی­یابی برای اهداف متنوع ژنتیکی فراهم می­گردد.

راهنمای خرید و دانلود فایل

برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.

بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.

در صورت بروز  هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما  پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا شکایت شما مورد بررسی قرار گیرد.

برای دانلود فابل روی دکمه خرید و دانلود  کلیک نمایید.