عنوان مقاله :
مهندسي ژنتيك برنج با انتقال ژن‌هاي Deeper Rooting1 و Phosphorus-Starvation Tolerance1
عنوان به زبان ديگر :
Rice genetic engineering using transformation of Deeper Rooting1 and Phosphorus-Starvation Tolerance1 genes
پديد آورندگان :
كاظمي الموتي، مهربانو سازمان تحقيقات، آموزش و ترويج كشاورزي - پژوهشگاه بيوتكنولوژي كشاورزي (ABRII)، كرج، ايران , قربانزاده، زهرا سازمان تحقيقات، آموزش و ترويج كشاورزي - پژوهشگاه بيوتكنولوژي كشاورزي (ABRII)، كرج، ايران , پورهنگ، ليلا سازمان تحقيقات، آموزش و ترويج كشاورزي - پژوهشگاه بيوتكنولوژي كشاورزي (ABRII)، كرج، ايران , موسوي پاكزاد، محمد سازمان تحقيقات، آموزش و ترويج كشاورزي - پژوهشگاه بيوتكنولوژي كشاورزي (ABRII)، كرج، ايران , معتمد، الهه سازمان تحقيقات، آموزش و ترويج كشاورزي - پژوهشگاه بيوتكنولوژي كشاورزي (ABRII)، كرج، ايران , ماپار، مونا سازمان تحقيقات، آموزش و ترويج كشاورزي - پژوهشگاه بيوتكنولوژي كشاورزي (ABRII)، كرج، ايران , عبادي، علي اكبر سازمان تحقيقات، آموزش و ترويج كشاورزي - موسسه تحقيقات برنج كشور، رشت، ايران , غفاري، محمدرضا سازمان تحقيقات، آموزش و ترويج كشاورزي - پژوهشگاه بيوتكنولوژي كشاورزي (ABRII)، كرج، ايران , حسيني سالكده، قاسم سازمان تحقيقات، آموزش و ترويج كشاورزي - پژوهشگاه بيوتكنولوژي كشاورزي (ABRII)، كرج، ايران , قره ياضي، بهزاد سازمان تحقيقات، آموزش و ترويج كشاورزي - پژوهشگاه بيوتكنولوژي كشاورزي (ABRII)، كرج، ايران , محسن پور، مطهره سازمان تحقيقات، آموزش و ترويج كشاورزي - پژوهشگاه بيوتكنولوژي كشاورزي (ABRII)، كرج، ايران
كليدواژه :
انتقال ژن با سازه چند ژني , برنج تراريخته , ژن Deeper Rooting1 , ژن Phosphorus-Starvation Tolerance1
چكيده فارسي :
هدف: اصلاح ساختار ريشه با جذب كارآمد آب و استفاده موثر از مواد مغذي مرتبط است و استقرار بهتر گياه در خاك را فراهم مي‌كند. مهندسي ژنتيك براي بهبود ساختار ريشه مي‌تواند منجر به حفظ عملكرد بالاتر در شرايط خشكي شود. اين پژوهش با هدف اصلاح ساختار ريشه برنج به منظور تحمل به خشكي و بهبود كارايي جذب عناصر غذايي انجام گرفت. براي اين منظور انتقال همزمان ژن‌هاي Deeper Rooting1 يا DRO1 كه در تنظيم زاويه رشد ريشه‌ها براي انطباق با شرايط خشكي نقش دارد و Phosphorus-Starvation Tolerance1 يا PSTOL1 كه در افزايش جذب فسفر و بهبود ساختار ريشه موثر است، به گياه برنج طراحي و اجرا شد.
مواد و روش‌ها: ژن‌هاي DRO1 و PSTOL1 برگرفته از ارقام وحشي برنج طي مراحلي به‌ترتيب تحت پيشبرنده مختص ريشه و پيشبرنده دائمي همسانه‌سازي و در ناحيه T-DNA حامل دوگانه اگروباكتريومي قرار داده شدند. سازه حاصل موسوم به pUhrDroPstol به اگروباكتريوم سويه EHA105 منتقل و براي انتقال ژن به برنج رقم هاشمي مورد استفاده قرار گرفت. پس از انجام مراحل انتقال ژن، گياهان باززاشده حاصل در محيط انتخابي حاوي 50 ميلي‌گرم بر ليتر هيگرومايسين در مراحل مختلف كالوس‌زايي، باززايي و ريشه‌زايي زنده مانده و رشد كرده و به محلول يوشيدا و سپس به گلدان منتقل شدند. گياهان تراريخته احتمالي توسط واكنش زنجيره‌اي پليمراز (PCR) مختص سازه و مختص ژن مورد تاييد قرار گرفتند و رخدادهاي مستقل مشخص شدند.
نتايج: در اين پژوهش 12 رخداد احتمالي برنج تراريخته حاصل شد كه 10 رخداد در آناليز PCR حضور هر دو ژن OsDRO1 و OsPSTOL1 را نشان دادند. مقايسه فنوتيپ ريشه با گياه شاهد تفاوت ظاهري در ساختار ريشه نشان داد. گياهان تراريخته حاصل در گلخانه تراريخته پژوهشگاه بيوتكنولوژي كشاورزي بذرگيري شدند و خلوص آنها با آناليز مولكولي در نسل‌هاي T1 و T2 مشخص شد.
نتيجه‌گيري: در اين تحقيق دو ژن كانديد موثر در تغيير ساختار ريشه و تحمل به خشكي با استفاده از مهندسي ژنتيك به برنج رقم هاشمي منتقل شد. تاكنون انتقال همزمان اين دو ژن كانديد گزارش نشده است. گياهان تراريخته حاصل سيستم ريشه‌‌اي بهتري را نسبت به گياه شاهد نشان مي‌دهند. سازه چند ژني حاصل را مي‌توان با هدف تغيير ساختار ريشه و تحمل به خشكي و بهبود كارايي جذب فسفر براي انتقال ژن به ساير گياهان نيز مورد استفاده قرار داد. اميد است توليد برنج تراريخته با بهبود كارايي استفاده از عناصر غذايي و با تغيير ساختار ريشه بتواند تحمل به خشكي و عملكرد را در اين محصول مهم زراعي افزايش و سبب كاهش مصرف آب در كشت برنج شود.
چكيده لاتين :
Objective
Root structure modification is associated with the efficient water uptake and the nutrient utilization. It also provides structural support for the anchoring in soil. Genetic engineering for the improvement of plant root structure may help to maintain higher yields under drought conditions. The aim of this study was to modify the root structure of rice in order to improve drought tolerance and the efficiency of nutrient uptake. For this purpose, simultaneous transformation of Deeper Rooting1 or OsDRO1 gene, which is involved in the regulation of growth angle of the root in order to adapt to drought conditions, and Phosphorus-Starvation Tolerance1 or OsPSTOL1 gene, which is effective in increasing phosphorus uptake and improving root structure, were considered for rice root structure modification.
Materials and methods
The OsDRO1 and OsPSTOL1 genes derived from the wild rice cultivars were cloned together in a single construct under the control of the root specific and the ubiquitin promoters, respectively. The resulting construct, pUhrDroPstol is transformed into the Agrobacterium tumefactions strain EHA105 and used for the gene transformation into Hashemi cultivar. Putative transgenic plants, survived on 50 mg/L Hygromycin during tissue culture steps, are transplanted into the Yoshida solution and then into the pots until they set seeds. Construct specific and gene specific PCR analysis are used to confirm the transgenic plants.
Results
In this study, 12 putative transgenic rice events were obtained, of which 10 showed the presence of both OsDRO1 and OsPSTOL1 genes in the PCR analysis. Transgenic plants show stronger root structure compared to the non-transgenic ones. Molecular analysis in the T1 and T2 generations determined the homozygous events.
Conclusions
In this study, two candidate genes affecting root structure, nutrient uptake and drought tolerance were transferred to the Hashemi rice using genetic engineering. So far, simultaneous transfer of these two candidate genes have not been reported. Transgenic plants present better root system compared to the control plants. The mentioned construct can be used for the transformation of other crops to improve their root structure, nutrient uptake and their drought tolerance. It is hoped that the production of the transgenic rice with modified root structure and efficient phosphorus uptake increases its drought tolerance and reduce water consumption in rice cultivation.
عنوان نشريه :
بيوتكنولوژي كشاورزي
