واكنش فيزيولوژيك و بيان ژن هاي دخيل در تحمل به خشكي در ارقام متحمل و حساس گندم نان

Physiological response and expression of genes involved in drought tolerance in tolerant and susceptible bread wheat cultivars

تنش خشكي يكي از مهمترين تنش­هاي غير زيستي است كه رشد و نمو گياه را تنظيم كرده و توليد گياه را محدود مي­كند. گياهان از طريق تغيير متابوليسم سلولي­شان و مكانيسم­هاي دفاعي مختلف مي­توانند به تنش رطوبتي واكنش نشان داده و سازگار شوند. دستورزي سطوح سيستم دفاعي آنتي اكسيداتيو و تجمع اسموليت­هاي سازگار ممكن است عملكرد را تحت تاثير قرار دهد. بنابراين، هدف از اين مطالعه، پيدا كردن رابطه بين بيان ژن­هاي آنزيم­هاي آنتي­آكسيدانت و پرولين به عنوان تنظيم­كننده­ اسمزي در ارقام گندم تحت تنش بود. بدين منظور يك آزمايش فاكتوريل در قالب طرح بلوك كامل تصادفي با سه تكرار انجام شد. تيمارها شامل دو رقم گندم ايراني (رقم پيشتاز، رقم نيك­نژاد)، سه سطح تنش خشكي بودند. تنش خشكي منجر به كاهش كلروفيل a، كلروفيل b، كل و عملكرد در هر دو رقم شد كه كاهش در رقم متحمل نيك­نژاد كمتر بود. تنش خشكي منجر به افزايش محتواي پرولين و فعاليت آنزيم­هاي CAT، APX و SOD شد. تحمل نسبي رقم متحمل نيك­نژاد به تنش خشكي را مي­توان به افزايش محتواي كلروفيل و پرولين بيشتر كه به­طور نزديكي به سيستم دفاعي اكسيداتيو (شامل آنزيم­هاي CAT، APX و SOD) ارتباط دارند، نسبت داد. همچنين آناليز بيان ژن نشان داد كه سطوح بيان ژن­هاي CAT، APX ، ‌SOD و P5C5 در تنش خشكي افزايش يافت. رقم نيك­نژاد ظرفيت آنتي­اكسيدانتي بالا و القاء بيان ژن‌هاي مرتبط با تنش بهتري تحت تنش خشكي داشت. بنابراين، اين رقم كارايي بهتري در مقايسه با پيشتاز در شرايط تنش دارد. به نظر مي­رسد در بين ­ژن­هاي مورد بررسي، ژن­هاي SOD و P5C5 نقش مهمي در واكنش به شرايط تنش خشكي داشتند.

Water stress is one of the most important environmental factors that regulate plant growth and development, and limit production. Plants can respond and adapt to water stress by altering their cellular metabolism and invoking various defense mechanism. Manipulating the levels of antioxidative defense system may affect yield. Therefore, the aim of this study was to find out the relationship between gene expression of antioxidant enzymes and proline as an osmotic regulator in wheat cultivars under drought stress. For this purpose, a factorial experiment based on randomized complete block design was carried out with three replications. Treatments were two Iranian wheat cultivars (Pishtaz and Niknejad) and three levels of drought stress. Drought stress resulted in a reduction of Chl a, Chl b, total Chl and yield in both cultivars. This reduction was lower in tolerant cultivar Niknejad. Drought stress led to an enhancement in proline content, the activity of CAT (Catalase), APX (Ascorbate Peroxidase) and SOD (Superoxide Dismutase) enzymes. The tolerance of Niknejad cultivar under drought stress is associated with high chlorophyll (Chlorophyll), proline contents which is closely related to its enzymatic antioxidants activity (including CAT, APX and SOD). Gene expression analysis also showed that expression levels of CAT, APX, SOD and P5C5 genes increased under drought stress. Niknejad cultivar had a better antioxidant capacity and had a higher induction of stress-related genes under drought stress. Therefore, this cultivar performs better than the Pishtaz under stress conditions. Among the genes studied, it seems that SOD and P5C5 genes played important roles in response to drought stress conditions.