دوره 14، شماره 44 - ( زمستان 1401 )
جلد 14 شماره 44 صفحات 155-148 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Saidi A, Hajibarat Z, zeinalabdeini M, Ghaffari M. (2022). Differential Expression of StFtsH5, StFtsH6, and StFtsH10 Genes in Potatoinduced by Cold, Heat, and High Light Stress. jcb. 14(44), 148-155. doi:10.52547/jcb.14.44.148
URL: http://jcb.sanru.ac.ir/article-1-1358-fa.html
URL: http://jcb.sanru.ac.ir/article-1-1358-fa.html
سعیدی عباس، حاجی برات زهرا، زین العابدینی مهرشاد، غفاری محمدرضا. بیان افتراقی ژن های StFtsH5، StFtsH6 و StFtsH10 در سیب زمینی در مواجهه با تنش های سرما، گرما و نور زیاد پژوهشنامه اصلاح گیاهان زراعی 1401; 14 (44) :155-148 10.52547/jcb.14.44.148
دانشکده علوم و فناوری زیستی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
چکیده: (992 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: تنشهای غیرزیستی فاکتورهای مهم در کاهش عملکرد محصولات زراعی هستند. سرما، گرما و نور زیاد ازجمله مهمترین تنش های غیرزیستی در گیاهان به شمار میروند. لذا درک مکانیسم مولکولی ژنهای درگیر در تنش ضروری به نظر میرسد. متالوپروتئاز FtsH یکی از تنظیم کننده های کلیدی در پاسخ به تنش های غیرزیستی است. مطالعات زیادی بر روی FtsH در گیاهان مختلف انجام شده است. اما تحت تنش سرما، گرما و نور زیاد بر روی سیب زمینی گزارشی وجود ندارد.
مواد و روش ها: در این مطالعه، بیان ژن StFtsH5، StFtsH6 و StFtsH10 در سه بافت ریشه، ساقه و برگ در پاسخ به سه تنش سرما، گرما و نور زیاد بررسی شد. ژنوتیپ آگریا تحت شرایط کنترل شده در گلخانه کشت شد. بعد از تیمارهای سرما، گرما و نورزیاد، نمونه برداری از برگ، ساقه و ریشه تحت دو شرایط کنترل و تنش بعد از اعمال تیمار 24 و 48 ساعت انجام شد. بیان نسبی ژنهای انتخاب شده تعیین شد.
یافته ها: ژن StFtsH5 بعد از 24 و 48 ساعت تحت تنش دمای پایین در برگ و ساقه افزایش بیان معنی داری را نسبت به شرایط کنترل نشان داد. همچنین این ژن تحت تنش گرمایی در دو زمان اعمال تنش در ریشه و برگ افزایش میانگین بیان نسبی نسبت به شرایط کنترل داشته است. StFtsH5 در برگ تحت تنش نور زیاد در 24 ساعت بعد از اعمال تنش افزایش بیان نسبی نسبت به شرایط نرمال نشان داد. اما ژن StFtsH6 تحت تنش دمای پایین، گرما و نور زیاد بعد از 48 و24 ساعت بعد از اعمال تنش در برگ، ساقه و ریشه میانگین بیان نسبی بالایی برخوردار نبود. ژن StFtsH10 تحت تنش نور زیاد در ساقه و ریشه در 48 ساعت بعد از تنش افزایش بیان معنی داری را نشان داد. در برگ و ساقه تحت تنش دمای پایین در 48 ساعت بعد از اعمال تیمار میانگین بیان بالایی را به خود اختصاص داد. اما این ژن 24 و 48 ساعت بعد از اعمال تنش گرمایی و نور زیاد به ترتیب افزایش بیان بالایی را در ساقه و ریشه نسبت به شرایط کنترل داشت. نتایج این تحقیق نشان داد که تحت 3 تیمار تنشی (سرما، گرما و نور زیاد) ژنهای StFtsH5 و StFtsH6 در ساقه، برگ و ریشه بیشترین و کمترین میانگین بیان نسبی را نشان داد.
نتیجه گیری: در میان سه ژن، StFtsH5 بالاترین بیان را در سه بافت تحت تنش سرما، گرما و نور زیاد نشان داد. با توجه به یافته های فوق، تغییرات بیشتر بیان ژن StFtsH5 احتمالا می تواند ناشی از نقش موثر این ژن در تنش های غیرزیستی مخصوصا سرما، گرما و نور زیاد باشد.
یافته ها: ژن StFtsH5 بعد از 24 و 48 ساعت تحت تنش دمای پایین در برگ و ساقه افزایش بیان معنی داری را نسبت به شرایط کنترل نشان داد. همچنین این ژن تحت تنش گرمایی در دو زمان اعمال تنش در ریشه و برگ افزایش میانگین بیان نسبی نسبت به شرایط کنترل داشته است. StFtsH5 در برگ تحت تنش نور زیاد در 24 ساعت بعد از اعمال تنش افزایش بیان نسبی نسبت به شرایط نرمال نشان داد. اما ژن StFtsH6 تحت تنش دمای پایین، گرما و نور زیاد بعد از 48 و24 ساعت بعد از اعمال تنش در برگ، ساقه و ریشه میانگین بیان نسبی بالایی برخوردار نبود. ژن StFtsH10 تحت تنش نور زیاد در ساقه و ریشه در 48 ساعت بعد از تنش افزایش بیان معنی داری را نشان داد. در برگ و ساقه تحت تنش دمای پایین در 48 ساعت بعد از اعمال تیمار میانگین بیان بالایی را به خود اختصاص داد. اما این ژن 24 و 48 ساعت بعد از اعمال تنش گرمایی و نور زیاد به ترتیب افزایش بیان بالایی را در ساقه و ریشه نسبت به شرایط کنترل داشت. نتایج این تحقیق نشان داد که تحت 3 تیمار تنشی (سرما، گرما و نور زیاد) ژنهای StFtsH5 و StFtsH6 در ساقه، برگ و ریشه بیشترین و کمترین میانگین بیان نسبی را نشان داد.
نتیجه گیری: در میان سه ژن، StFtsH5 بالاترین بیان را در سه بافت تحت تنش سرما، گرما و نور زیاد نشان داد. با توجه به یافته های فوق، تغییرات بیشتر بیان ژن StFtsH5 احتمالا می تواند ناشی از نقش موثر این ژن در تنش های غیرزیستی مخصوصا سرما، گرما و نور زیاد باشد.
نوع مطالعه: پژوهشي |
موضوع مقاله:
بيوتكنولوژي گياهي
دریافت: 1400/12/18 | ویرایش نهایی: 1401/10/10 | پذیرش: 1401/4/8 | انتشار: 1401/10/11
دریافت: 1400/12/18 | ویرایش نهایی: 1401/10/10 | پذیرش: 1401/4/8 | انتشار: 1401/10/11
فهرست منابع
1. Gill, S.S., N. Tuteja 2010. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant Physiology and Biochemistry, 48: 909-930. [DOI:10.1016/j.plaphy.2010.08.016]
2. Gottesman, S. 1996. Proteases and their targets in Escherichia coli. Annual Review of Genetics, 30: 465-506. [DOI:10.1146/annurev.genet.30.1.465]
3. Gottesman, S., S. Wickner and M.R. Maurizi 1997. Protein quality control: triage by chaperones and proteases. Genes & Development. 11: 815-823. [DOI:10.1101/gad.11.7.815]
4. Hajibarat, Z., A. Saidi and Z. Hajibarat. 2018. Bioinformatics analysis of MADS-box in Brachypodium distachyon. Crop Biotechnology, 8: 1-15 (In Persian).
5. Ivashuta, S., Imai, R., Uchiyama, K., M. Gau and Y. Shimamoto. 2002. Changes in chloroplast FtsH-like gene during cold acclimation in alfalfa (Medicago sativa). Journal of plant physiology, 159(10): 85-90. [DOI:10.1078/0176-1617-00661]
6. Johnson, S. M., F.L. Lim, A. Finkler, H. Fromm, A.R. Slabas and M.R. Knight. 2014. Transcriptomic analysis of Sorghum bicolor responding to combined heat and drought stress. BMC genomics, 15(1): 1-19. [DOI:10.1186/1471-2164-15-456]
7. Kapri-Pardes, E., L. Naveh and Z. Adam. 2007.The thylakoid lumen protease Deg1 is involved in the repair of photosystem II from photoinhibition in Arabidopsis. The Plant Cell, 19(3): 1039-1047. [DOI:10.1105/tpc.106.046573]
8. Kato, Y. and W. Sakamoto. 2010. New insights into the types and function of proteases in plastids. International review of cell and molecular biology, 280: 185-218. [DOI:10.1016/S1937-6448(10)80004-8]
9. Kato, Y. and W. Sakamoto. 2018. FtsH protease in the thylakoid membrane: physiological functions and the regulation of protease activity. Frontiers in Plant Science, 9: 855. [DOI:10.3389/fpls.2018.00855]
10. Komayama, K., M. Khatoon, D. Takenaka, J. Horie, A. Yamashita, M. Yoshioka, Y. Nakayama, M. Yoshida, S. Ohira, N. Morita and M. Velitchkova. 2007. Quality control of photosystem II: cleavage and aggregation of heat-damaged D1 protein in spinach thylakoids. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Bioenergetics, 1767(6): 838-846. [DOI:10.1016/j.bbabio.2007.05.001]
11. Li, M., L. Ji, Z. Jia, X. Yang, Q. Meng and S. Guo. 2018. Constitutive expression of CaHSP22. 5 enhance chilling tolerance in transgenic tobacco by promoting the activity of antioxidative enzymes. Functional Plant Biology, 45(5): 575-585. [DOI:10.1071/FP17226]
12. Lindahl, M., C. Spetea, T. Hundal, A.B. Oppenheim, Z. Adam and B. Andersson. 2000. The thylakoid FtsH protease plays a role in the light-induced turnover of the photosystem II D1 protein. The Plant Cell, 12(3): 419-431. [DOI:10.1105/tpc.12.3.419]
13. Lopes, K.L., R.A. Rodrigues, M.C. Silva, W.G. Braga and M.C. Silva-Filho. 2018. The Zinc-finger thylakoid-membrane protein FIP is involved with abiotic stress response in Arabidopsis thaliana. Frontiers in plant science, 9: 504. [DOI:10.3389/fpls.2018.00504]
14. Mishra, L.S. and C. Funk. 2021. The FtsHi Enzymes of Arabidopsis thaliana: Pseudo-Proteases with an Important Function. International Journal of Molecular Sciences, 22(11): 5917. [DOI:10.3390/ijms22115917]
15. Navabpour, S., K. Morris, R. Allen, E. Harrison, S.A.H. Mackerness and V. Buchanan-Wollaston. 2003. Expression of senescence-enhanced genes in response to oxidative stress. Journal of Experimental Botnay, 54(391): 2285-2292. [DOI:10.1093/jxb/erg267]
16. Saidi, A., Z. Hajibarat and Z. Hajibarat. 2021. Phylogeny, gene structure and GATA genes expression in different tissues of solanaceae species. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 35: 102015. [DOI:10.1016/j.bcab.2021.102015]
17. Sakamoto, W. 2003. Leaf-variegated mutations and their responsible genes in Arabidopsis thaliana. Genes & genetic systems, 78(1): 1-9. [DOI:10.1266/ggs.78.1]
18. Sakamoto, W. 2006. Protein degradation machineries in plastids. Annual review of plant biology, 57: 599-622. [DOI:10.1146/annurev.arplant.57.032905.105401]
19. Sakamoto, W., A. Zaltsman, Z. Adam and Y. Takahashi. 2003. Coordinated regulation and complex formation of yellow variegated1 and yellow variegated2, chloroplastic FtsH metalloproteases involved in the repair cycle of photosystem II in Arabidopsis thylakoid membranes. The Plant Cell, 15(12): 2843-2855. [DOI:10.1105/tpc.017319]
20. Sakuraba, Y., S.H. Lee, Y.S. Kim, O.K. Park, S. Hörtensteiner and N.C. Paek. 2014. Delayed degradation of chlorophylls and photosynthetic proteins in Arabidopsis autophagy mutants during stress-induced leaf yellowing. Journal of experimental botany, 65(14): 3915-3925. [DOI:10.1093/jxb/eru008]
21. Sedaghatmehr, M., B. Mueller-Roeber and S. Balazadeh. 2016. The plastid metalloprotease FtsH6 and small heat shock protein HSP21 jointly regulate thermomemory in Arabidopsis. Nature communications, 7(1): 1-14. [DOI:10.1038/ncomms12439]
22. Seo, S., M. Okamoto, T. Iwai, M. Iwano, K. Fukui, A.Isogai, N. Nakajima and Y. Ohashi. 2000. Reduced levels of chloroplast FtsH protein in tobacco mosaic virus-infected tobacco leaves accelerate the hypersensitive reaction. The Plant Cell, 12(6): 917-932. [DOI:10.1105/tpc.12.6.917]
23. Sinvany-Villalobo, G., O. Davydov, G. Ben-Ari, A. Zaltsman, A. Raskind and Z. Adam. 2004. Expression in multigene families. Analysis of chloroplast and mitochondrial proteases. Plant Physiology, 135(3): 1336-1345. [DOI:10.1104/pp.104.043299]
24. Srivastava, V.K., S. Raikwar, R. Tuteja and N. Tuteja. 2016. Ectopic expression of phloem motor protein pea forisome PsSEO-F1 enhances salinity stress tolerance in tobacco. Plant cell reports, 35(5): 1021-1041. [DOI:10.1007/s00299-016-1935-9]
25. Sun, A.Q., S.Y. Yi, J.Y. Yang, C.M. Zhao and J. Liu. 2006. Identification and characterization of a heat-inducible ftsH gene from tomato (Lycopersicon esculentum Mill.). Plant Science, 170(3): 551-562. [DOI:10.1016/j.plantsci.2005.10.010]
26. Wagner, R., H. Aigner and C. Funk. 2012. FtsH proteases located in the plant chloroplast. Physiologia Plantarum, 145(1): 203-214. [DOI:10.1111/j.1399-3054.2011.01548.x]
27. Xiao, J.J., R.X. Zhang, A. Khan, W.X. Gai and Z.H. Gong. 2021. CaFtsH06, A Novel Filamentous Thermosensitive Protease Gene, Is Involved in Heat, Salt, and Drought Stress Tolerance of Pepper (Capsicum annuum L.). International journal of molecular sciences, 22: 6953. [DOI:10.3390/ijms22136953]
28. Xue, G.P., J. Drenth and C.L. McIntyre. 2015. TaHsfA6f is a transcriptional activator that regulates a suite of heat stress protection genes in wheat (Triticum aestivum L.) including previously unknown Hsf targets. Journal of Experimental Botany, 66(3): 1025-1039. [DOI:10.1093/jxb/eru462]
29. Yu, F., S. Park and S.R. Rodermel 2005. Functional redundancy of AtFtsH metalloproteases in thylakoid membrane complexes. Plant Physiology, 138(4): 1957-1966. [DOI:10.1104/pp.105.061234]
30. Yu, F., S. Park and S.R. Rodermel. 2004. The Arabidopsis FtsH metalloprotease gene family: interchangeability of subunits in chloroplast oligomeric complexes. The Plant Journal, 37(6): 864-876. [DOI:10.1111/j.1365-313X.2003.02014.x]
31. Żelisko, A., M. García-Lorenzo, G. Jackowski, S. Jansson and C. Funk. 2005. AtFtsH6 is involved in the degradation of the light-harvesting complex II during high-light acclimation and senescence. Proceedings of the National Academy of Sciences, 102(38): 13699-13704. [DOI:10.1073/pnas.0503472102]
32. Zhang, S., J. Wu, D. Yuan, D. Zhang, Z. Huang, L. Xiao and C. Yang. 2014. Perturbation of auxin homeostasis caused by mitochondrial FtSH4 gene-mediated peroxidase accumulation regulates Arabidopsis architecture. Molecular Plant, 7(5): 856-873. [DOI:10.1093/mp/ssu006]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
