توصيفگر ها :
گندم نان , كادميوم , فاكتورهاي رونويسي , بيان ژن , كاتالاز , پراكسيداز
چكيده فارسي :
كادميوم (Cd) يك فلز سنگين سمي است كه خطرات قابل توجهي براي بهرهوري كشاورزي و ايمني مواد غذايي بهويژه در گندم نان (Triticum aestivum L.) ايجاد مي¬كند. گندم نان محصول اصلي بيش از 60 درصد از جمعيت جهان است. با توجه به اهميت اين محصول و خطرات ناشي از كاديموم بر سلامت انسان، اين مطالعه با تمركز بر فاكتورهاي مولكولي موثر بر جذب و تجمع كادميم از طريق بررسي سطوح بيان ژنهاي كليدي ناقل روي (ZIP1، ZIP7 وZIP9 ) و فعاليت آنزيمهاي آنتياكسيداني، به بررسي نقش اين ژن¬ها در تجمع كادميوم در ارقام مختلف گندم نان تحت تنش كادميوم مي¬پردازد. براي اين منظور در ابتدا نمونههاي خاك پس از تيمار كادميوم در سه سطح غلظت 0، 5 و 10 ميليگرم بر كيلوگرم، مورد ارزيابي قرار گرفت تا ميزان قابل دسترس بودن كادميوم براي جذب گياه مشخص شود. نتايج نشان داد كه تقريباً 80 درصد كادميوم افزوده شده در دسترس گندم بود. سپس استخراج RNA با موفقيت از بافتهاي مختلف گندم كه شامل پهنك برگ، غلاف برگ و ريشه در سه مرحله رشدي پنجه دهي (38 روز پس از كشت)، پر شدن غلاف برگ پرچم و سنبله دهي (67 روز پس از كشت)، انجام شد. كيفيت RNA استخراج شده از طريق الكتروفورز ژل آگارز و تجزيه و تحليل اسپكتروفتومتري تاييد و از عدم وجود آلودگي پروتئين و كربوهيدرات اطمينان حاصل شد. سپس بيان ژن¬هاي ZIP1، ZIP7 و ZIP9 در ارقام مختلف گندم و مراحل رشدي مختلف توسط تجزيه و تحليل كمي واكنش زنجيره پلي مراز انجام شد. ZIP1 بالاترين بيان را در بافتهاي ريشه نشان داد و بر نقش حياتي آن در تنظيم جذب كادميوم تأكيد كرد. سطح بيان ZIP7 و ZIP9 نيز به طور قابل توجهي متفاوت بود. ZIP7 بالاترين سطوح بيان را علاوه بر بافت ريشه در مرحله بوت شدن (پر شدن غلاف برگ پرچم) و در بافت برگ نيز نسبت به ساير ژن هاي مورد بررسي در پاسخ به غلظتهاي كادميوم نشان داد كه نشاندهنده نقش حياتي آن در تنظيم جذب و انتقال كادميوم به اندام هاي هوايي است. برعكس، ZIP9 در مرحله گلدهي سطوح بيان كمتري را در تيغه هاي برگ نشان داد كه نشان دهنده نقش محدودتري در پاسخ گياه به تنش كادميوم در مقايسه با ZIP7 است. علاوه بر اين، فعاليت آنزيم هاي آنتي اكسيداني، از جمله كاتالاز و پراكسيداز، براي ارزيابي پاسخ استرس اكسيداتيو در گندم تحت تنش كادميوم مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشاندهنده افزايش قابلتوجهي در فعاليت كاتالاز در گياهان تيمار شده با كادميوم در مقايسه با شاهد بود كه نشاندهنده يك پاسخ تطبيقي براي كاهش آسيب اكسيداتيو است. در مقابل، رقم متحمل تر (برات) فعاليت پراكسيداز بالاتري را نشان داد كه پتانسيل آن را براي افزايش تحمل كادميوم برجسته ميكند. اين مطالعه بينشهاي ارزشمندي را در مورد مكانيسمهاي جذب و تحمل كادميوم در گندم ارائه ميكند، كه براي توسعه استراتژيهايي براي رسيدگي به آلودگي فلزات سنگين در سيستمهاي كشاورزي ضروري است.
چكيده انگليسي :
Cadmium (Cd) is a toxic heavy metal that poses significant risks to agricultural productivity and food safety, particularly in wheat (Triticum aestivum L.), a staple crop for over 60% of the global population. This study investigates the effects of cadmium exposure on wheat by evaluating the expression levels of key zinc transporter genes (ZIP1, ZIP7, and ZIP9) and assessing antioxidant enzyme activity. Soil samples were collected after cadmium treatment at three concentration levels: 0, 5, and 10 mg/kg, to determine the availability of cadmium for plant uptake. The results revealed that approximately 80% of the added cadmium was accessible to wheat. RNA was successfully extracted from various wheat tissues, specifically leaf blades, leaf sheaths, and roots, at three critical growth stages: tillering, booting, and flowering. The quality of the extracted RNA was confirmed through agarose gel electrophoresis and spectrophotometric analysis, ensuring the absence of protein and carbohydrate contamination. Subsequent quantitative PCR analysis demonstrated differential expression of ZIP1, ZIP7, and ZIP9 across different wheat cultivars and growth stages. Notably, ZIP1 exhibited the highest expression in root tissues, underscoring its critical role in regulating cadmium uptake. The expression levels of ZIP7 and ZIP9 also varied significantly. ZIP7 exhibited the highest expression levels in root tissues during the booting stage in response to elevated cadmium concentrations, indicating its critical role in cadmium uptake regulation. Conversely, ZIP9 showed lower expression levels in leaf blades at the flowering stage, suggesting a more limited role in the plant's response to cadmium stress compared to ZIP7. Furthermore, the activity of antioxidant enzymes, including catalase and peroxidase, was assessed to evaluate the oxidative stress response in wheat under cadmium stress. The results indicated a significant increase in catalase activity in cadmium-treated plants compared to controls, suggesting an adaptive response to mitigate oxidative damage. Conversely, the more tolerant cultivar (barat) exhibited higher peroxidase activity, highlighting its potential for enhanced cadmium tolerance. This study provides valuable insights into the mechanisms of cadmium uptake and tolerance in wheat, which are essential for developing strategies to address heavy metal contamination in agricultural systems.
