شماره مدرك
20957
شماره راهنما
2449 دكتري
پديد آورنده
كرم زاده، فرزانه
عنوان
واكنش هاي فيزيولوژيك و رونويسي به تنش خشكي در جو وحشي (Hordeum vulgare ssp-spontaneum) و زراعي (H. vulgare ssp. vulgare)
مقطع تحصيلي
دكتري
گرايش تحصيلي
ژنتيك و به نژادي گياهي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
شانزده، 281ص، مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
تنش خشكي , خويشاوندان جو وحشي , نسل¬هاي حاصل از تلاقي , توالي¬يابي RNA
تاريخ ورود اطلاعات
1404/12/07
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
ژنتيك و توليد گياهي
دانشكده
مهندسي كشاورزي
تاريخ ويرايش اطلاعات
1404/12/09
كد ايرانداك
23210068
چكيده فارسي
خشكي و گرما از مهمترين تنشهاي غيرزيستي هستند كه اغلب همزمان رخ ميدهند و بهطور چشمگيري توليد گياهان زراعي را كاهش ميدهند. اين پژوهش با هدف ارزيابي تحمل به خشكي و گرما القا شده با تاخير در تاريخ كاشت ¬(آبان (معمول) و بهمن (گرما))، بر روي ژنوتيپ¬هاي جو جمع¬آوري شده از نواحي غرب ايران و همچنين لاين¬هاي F4 و BC1F3 حاصل از تلاقي جو وحشي اسپانتانئوم با جو زراعي انجام شد. هدف ديگر مطالعه بررسي اثر خشكي بر بيان ژن¬ها، فرآيندهاي بيولوژيكي و عملكردهاي ژني مرتبط با خشكي در ژنوتيپ متحمل و حساس جو بوده است. بر اين اساس سه مطالعه زير انجام شد. مطالعه اول شامل ارزيابي تحمل به خشكي در تاريخ كشت¬هاي متفاوت در انتهاي مرحله ساقه¬دهي همزمان با ظهور سنبله¬ها در شرايط مزرعه بر روي 31 ژنوتيپ اسپانتانئوم و 5 ژنوتيپ جو زراعي بر اساس صفت زراعي، فيزيولوژيك و بيوشيميايي بود. ارزيابي ژنوتيپ¬ها در طي دو سال زراعي 400-401 و 402-401 در 80 درصد تخليه رطوبتي و دو تاريخ كشت بهنگام و دير هنگام به¬صورت طرح بلوك با 2 تكرار در شرايط مزرعه انجام شد. صفات زراعي، صفات فيزيولوژيك و بيوشيميايي اندازه گيري شد. نتايج اين آزمايش نشان داد كه ژنوتيپ¬هاي جو وحشي اسپانتانئوم در مقايسه با ارقام زراعي، نسبت به تنش¬هاي خشكي، گرما و تركيب گرما و خشكي تحمل¬ بيشتري داشته و از تنوع ژنتيكي قابل توجهي برخوردار بودند. در مطالعه دوم به ارزيابي 86 لاين F4 و 79 لاين BC1F3 حاصل از تلاقي ژنوتيپ جو وحشي اسپانتانئوم با رقم جو مونا (رقم حساس) همراه با والدين و 2 رقم اصلاح شده متحمل به خشكي (يوسف و گوهران) در مزرعه در شرايط معمول و تنش رطوبتي در در دو تاريخ كشت بهنگام و دير هنگام با استفاده از طرح لاتيس 13×13 پرداخته شد. نتايج نشان داد كه وزن هزار دانه و تعداد دانه در سنبله مهم¬ترين اجزاي عملكرد دانه براي غربالگري لاين¬هاي متحمل در برابر تنش در جمعيت¬هاي F4 وBC1F3 بوده است. ارتباط قوي بين محتواي نسبي آب برگ، شاخص پايداري غشاء و شاخص برداشت با عملكرد دانه و شاخص¬هاي STI و GMP در هر دو جمعيت تحت تنش¬هاي مختلف مشاهده شد. در ادامه بر اساس صفات اجزاي عملكرد و شاخص¬هاي STI و GMP 39 ژنوتيپ (20 لاين از جمعيت BC1F3 و 16 لاين از F4 همراه با والدين و رقم گوهران) انتخاب و صفات فيزيولوژيكي و بيوشيميايي آن¬ها براي انتخاب لاين¬ مورد ارزيابي قرار گرفت. در مطالعه سوم، ترانسكريپتوم ژنوتيپ جو وحشي و رقم مونا در شرايط معمول و تنش خشكي از طريق توالي-يابي RNA با پلتفرم Illumina Hiseq 6000 انجام شد و تائيد نتايج ژن¬هاي افتراقي ناشي از تنش خشكي با روش RT-qPCR انجام شد. متوسط خوانش¬هاي اصلاح شده با كيفيت بالا براي ژنوتيپ جو وحشي و رقم مونا به ترتيب 21 و 20 ميليون خوانش در شرايط معمول و 30 و 25 ميليون خوانش در شرايط تنش خشكي بدست آمد. در ژنوتيپ جو وحشي از ميان خوانش¬هاي نقشه¬يابي شده با تفاوت بيان معني¬دار، 1576 ژن در واكنش به تنش خشكي افزايش بيان و 988 ژن كاهش بيان نشان دادند. در مقابل، در رقم مونا تحت شرايط تنش خشكي 870 ژن افزايش بيان و 1293 ژن با كاهش بيان شناسايي شدند. ژن¬هاي كليدي دخيل در پاسخ به تنش خشكي در هر دو نوع جو شناسايي شدند كه عمدتاً به گروه ژن¬هاي دخيل در علامت¬دهي، هورمون¬هاي گياهي، فاكتورهاي رونويسي (TFs)، حذف و تعادل يوني، سميت¬زدايي و پاكسازي گونه¬هاي اكسيژن فعال، تنظيم اسمزي اختصاص داشت. تعداد و سطح بيان اين ژن¬ها در ژنوتيپ متحمل به¬طور قابل توجهي بيشتر از رقم حساس بود كه نشان¬دهنده فعاليت گسترده¬تر ژنها و مكانيسم¬هاي مؤثرتر براي مقابله با تنش خشكي در ژنوتيپ متحمل بوده است. نتايج RT-qPCR پنج ژن كانديد معرفي شده با توالي¬يابي RNA آن¬ها هماهنگي نشان داد.
چكيده انگليسي
Drought and high temperatures are two major abiotic stresses that frequently co-occur and significantly reduce crop productivity. This study aimed to evaluate drought and heat tolerance induced by planting dates (November (normal) and February (heat)) in wild barley (H. vulgare ssp. spontaneum) genotypes collected from western Iran, as well as in F4 and BC1F3 lines derived from crosses between wild barley and cultivated barley. Another aim is to investigate the impact of drought stress on gene expression, biological processes, and drought-related gene functions in both tolerant and sensitive barley genotypes. Accordingly, three studies were undertaken as follows. In the first experiment, 31 spontaneum genotypes and 5 cultivated barley genotypes were evaluated for drought tolerance at two planting dates under field conditions, based on agronomic, physiological, and biochemical traits. The evaluation was carried out over two cropping seasons (1400–401&401–402) under 80% soil moisture depletion and at two planting dates (normal and delayed), using a Randomized complete block design with two replications in the field. Agronomic, physiological and biochemical traits were evaluated. The results of this experiment revealed that wild barley (spontaneum) genotypes, compared to cultivated genotypes, exhibited greater tolerance to drought, heat, and combined drought–heat stresses, and demonstrated considerable genetic diversity. The second experiment evaluated 86 F4 lines and 79 BC1F3 lines derived from the hybridization between a wild barley genotype and a sensitive cultivar ‘Mona’, along with the parents and two drought-tolerant improved cultivars (Yousef and Goharan). The field trial was conducted under normal and drought stress conditions, each at two planting dates (normal and delayed) using a 13×13 lattice design. The results indicated that thousand-grain weight and the number of grains per spike were the most important yield components for screening stress-tolerant lines in the F4 and BC1F3 populations. A strong association was observed between relative water content, membrane stability index, and harvest index with grain yield and the stress tolerance indices (STI and GMP) across both populations under different stress conditions. In the third experiment, the transcriptomes of the wild barley genotype and the cultivar Mona were analyzed under normal and drought stress conditions using RNA sequencing on the Illumina HiSeq 6000 platform, and the resultant differentially expressed genes (DEGs) were confirmed using RT-qPCR. The average number of high-quality trimmed reads obtained was 21 and 20 million for the wild genotype and Mona, respectively, under normal conditions, and 30 and 25 million reads under drought stress conditions. In the wild barley genotype, among the mapped reads with significant differential expression, 1576 genes were upregulated, and 988 genes were downregulated in response to drought stress. In contrast, in the Mona cultivar under drought stress, 870 genes were upregulated while 1293 genes were downregulated. Key genes involved in the response to drought stress were identified in both barley types, primarily belonging to categories associated with signaling, plant hormones, transcription factors (TFs), ion homeostasis and exclusion, detoxification and scavenging of reactive oxygen species, and osmotic regulation. The number and expression levels of these genes were significantly higher in the tolerant genotype compared to the sensitive cultivar, indicating broader gene activity and more effective mechanisms for coping with drought stress in the tolerant genotype. RT-qPCR results confirmed the five candidate genes identified by RNA sequencing.
استاد راهنما
احمد ارزاني , قدرت اله سعيدي
استاد داور
محمد مهدي مجيدي , ابوذر سورني , خليل عالمي سعيد