ارزيابي پاسخ هاي فيزيولوژيكي و مولكولي دو رقم برنج به سميت آرسنيك

An evaluation of physiological and molecular responses of two rice cultivars to arsenic toxicity

سميت آرسنيك مي­تواند تهديدي خطرناك براي كشاورزي پايدار و سلامت انسان باشد. به منظور بررسي اثر غلظت­هاي مختلف آرسنيك بر صفت­هاي فيزيولوژيكي و بيان ناقلينهاي درگير در انتقال آرسنيك و آهن در برنج رقم­ هاي طارم هاشمي و فجر، آزمايشي به صورت فاكتوريل در قالب طرح كاملا تصادفي به صورت گلخانه ­اي در سال 1399 در دانشگاه آزاد اسلامي آيت الله آملي شهرستان آمل انجام شد. تيمارهاي آرسنيك شامل صفر، 25 و 50 ميكرومولار بودند. نتايج تحقيق نشان داد تنش آرسنيك با افزايش سطح بيان ژن­هاي Lsi1، Lsi2 و Lsi6 باعث افزايش جذب و تجمع آرسنيك در ريشه و برگ هر دو رقم برنج شد. سميت آرسنيك با تاثير منفي بر بيان ناقلينهاي درگير در انتقال آهن به اندام هوايي، باعث كاهش تجمع آهن در برگ و در نتيجه كاهش رنگيزه­هاي كلروفيل در هر دو رقم برنج شد. تنش آرسنيك با القاي تجمع پراكسيد هيدروژن و كاهش محتواي آسكوربيك اسيد و گلوتاتيون باعث القاي تنش اكسيداتيو و در نتيجه كاهش رشد در هر دو رقم برنج شد. با اينحال، فعاليت بيشتر آنزيم­هاي آنتي اكسيدانت در رقم طارم هاشمي، باعث كاهش سطح پراكسيد هيدروژن و مالون­دي­آلدئيد نسبت به رقم فجر بود. همچنين سطح بالاتر بيان ژن­هاي Lsi1، Lsi2، Lsi6، YSL2 و FRDL1 در ريشه طارم هاشمي باعث جذب كمتر آرسنيك و تجمع بيشتر آهن در برگ نسبت به رقم فجر شد كه در بهبود رشد طارم هاشمي تحت سميت آرسنيك نقش مهمي دارد. يافته ­هاي تحقيق حاضر بيان كرد كه برنج رقم طارم هاشمي با سيستم دفاعي قوي­تر و تنظيم بيان ژن­هاي درگير در جذب و انتقال آرسنيك و آهن، تحمل بيشتري به آرسنيك نسبت به رقم فجر داشت.

Arsenic (As) toxicity can be a hazardous threat to sustainable agriculture as well as human health. In order to investigate the effect of As (0, 25 and 50 μM) on growth, physiological traits and expression of As and Fe transporters in Tarom Hashemi and Fajr rice cultivars, a factorial experiment based on a completely randomized design was conducted in 2020 in greenhouse conditions at Ayatollah Amoli Branch, Islamic Azad University, Amol, Iran. As treatments included 0, 25 and 50 μM. The results showed that As stress enhanced the uptake and accumulation of As in the roots and leaves of both rice cultivars by increasing the expression of Lsi1, Lsi2 and Lsi6 genes. As toxicity downregulated the expression of genes involved in Fe translocation to the shoot, declined the Fe accumulation in the leaves and, consequently, reduced chlorophyll content in both rice cultivars. As stress induced oxidative stress by inducing the accumulation of hydrogen peroxide and reducing the ascorbic acid and glutathione content, resulting in low growth in both rice cultivars. However, higher activity of antioxidant enzymes in T. Hashemi reduced the level of hydrogen peroxide and malondialdehyde compared to Fajr. Higher expression of Lsi1, Lsi2, Lsi6, YSL2 and FRDL1 genes in T. hashemi caused lower As uptake and higher Fe accumulation in leaves than Fajr, which can play an important role in improving T. hashemi growth under As toxicity. Our findings showed that T. hashemi showed more tolerance to As phytotoxicity than Fajr cultivar with a more effective defense system and regulation of the expression of genes involved in the uptake and translocation of As and Fe.