بررسی ارتباط انتقال رشد رویشی به زایشی با بیان پروتئین های سرما القایی با استفاده از روش پروتئومیکس در گندم تحت شرایط مزرعه

نویسندگان

1 استادیار دانشگاه مراغه

2 استاد پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

3 دانشیار موسسه تهیه و اصلاح نهال و بذر کرج

4 استادیار پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

چکیده

به منظور درک بهتر تغییرات پروتئین ها در حین انتقال از مرحله رویشی به زایشی آزمایشی با استفاده از روش تجزیه پروتئوم در رقم گندم متحمل به سرما (نورستار) تحت شرایط مزرعه ای در مناطق سرد (فیروزکوه و زنجان) و منطقه معتدل به سرما (کرج) انجام گردید. پروتئین ها از برگ گیاهان در طی 3 مرحله رشدی شامل 1T: مرحله رویشی، زمانی که گیاهان تحمل به انجماد خود را افزایش دادند (3 آذرماه)، 2T: نقطه تامین نیاز بهاره سازی در نورستار و زمانی که این رقم حداکثر تحمل به انجماد را بدست آوردند (30 آذرماه) و 3T: بعد از انتقال گیاهان از مرحله رویشی به زایشی و کاهش تحمل به انجماد (3 اسفندماه) استخراج شدند. تغییرات درسنتز پروتئین ها با استفاده از ژل های بررسی و شناسایی پروتئین ها از طریق روش ESI-MS/MS و MALDI-TOF صورت گرفت. بررسی الگوی بیان لکه ها در کرج نشان داد که بیان 11 لکه در شاهد و T1 روند نسبتاً ثابتی داشته و با رسیدن به مرحله حداکثر تحمل به انجماد (T2) بیانشان افزایش یافته و پس از این مرحله نیز با شروع رشد زایشی بیان آنها بطور معنی داری کاهش یافت. بررسی الگوی بیان پروتئین ها در منطقه فیروزکوه نشان داد که روند بیان 34 لکه مشابه روند تحمل به انجماد در طی تاریخ های نمونه برداری می باشد. بررسی الگوی بیان لکه ها در منطقه زنجان نشان داد که بیان 36 پروتئین با افزایش تحمل به انجماد در مرحله T1 کاهش یافت و با رسیدن به حداکثر تحمل به انجماد بیان این لکه ها به حداقل رسید و با شروع رشد زایشی مجددا افزایش نشان دادند. مقایسه پروتئوم در منطقه زنجان و کرج در زمان شروع عادت دهی به سرما نشان داد که بیان برخی از پروتئین های سرما القایی در منطقه زنجان بیشتر از منطقه کرج می باشد. مقایسه پروتئوم در منطقه فیروزکوه و کرج نیز نشان داد که برخی از پروتئین های بخش روشنایی فتوسنتز و نیز پروتئین های درگیر در مسیر گلیکولیز در منطقه فیروزکوه بیشتر بودند. 22 درصد از کل پروتئین های شناسایی شده در کلروپلاست جای داشتند که این امر بر نقش مهم این اندامک در حین عادت دهی به سرما و انتقال مرحله نموی تأکید دارد. پروتئین های با بیشترین تغییرات عمدتا در مسیرهای فتوسنتز، گلیکولیز، تاخوردگی پروتئین ها، تعادل وضعیت اکسیداسیون و احیاء، نسخه برداری، ترجمه، بیوسنتز اسیدهای آمینه ، تولید ATP و انتقال یون مشارکت داشتند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of Changes of Cold-Induced Proteins during Transition of Vegetative to Reproductive Stages in Winter Wheat under Field Conditions

نویسندگان [English]

  • mohsen jan mohammadi 1
  • reza tavkol afshari 2
  • sirus mahfuzi 3
  • hooshang alizadeh 4
چکیده [English]

Phase transition from vegetative to reproductive growth is an important character for winter wheat under cold conditions because it decreases the ability of wheat plants to maintain frost tolerance. Reproductive development in winter wheat is triggered by fulfillment of vernalization requirements. This study was conducted to determine the inter-relationship between developmental stages and freezing tolerance. Using proteomic analysis, an investigation aimed at a better understanding of the proteins changes during the vegetative/reproductive phase transition was carried out in a hardy (Norstar) wheat cultivar under field conditions in the cold (Zanjan and Firoozkuh) and moderate (Karaj) regions of Iran. Proteins were extracted from the leaves, collected from plants during three different growth stages including T1: vegetative growth when plants increased their frost tolerance (23-Nov), T2: vernalization saturation point when plants acquired to maximum frost tolerance (21-Dec) and T3: after vegetative/reproductive phase transition and reduction in freeze tolerance (21-Feb). Change in protein expression was detected by two dimensional (2-D) gel electrophoresis. Approximately 400 protein spots were reproducibility separated and visualized on CBB-stained 2-D gels. Spot analysis showed that 307 proteins significantly changed during investigated times. Spot identification was performed by MALDI-TOF and ESI-MS/MS. Comparison of proteins changes among different locations exhibited significant variations. Comparing proteoms between Karaj and Zanjan during cold acclimation exhibited higher accumulation of cold-induced proteins in Zanjan. Proteoms comparison between Karaj and Firoozkooh detected higher accumulation of proteins involved in glycolysation. 22% of identified proteins were located in chloroplast which emphasize that this organelle has an important role during the cold acclimation and phase transition. The most changed proteins mainly participate in photosynthesis, glycolysis, protein folding, redox homeostasis, transcription, translation, amino acid biosynthesis, ATP synthesis and ion transport. Expression profile of some identified proteins such as cell division control protein, asparagine synthase, RuBisCO activase, actin, heat shock protein 70, cp31BHv, serpin, fructose-bisphosphate aldolase, MADS-box transcription factor 26 and Ps16 during the investigated stages were similar to LT tolerance trend. These proteins might work cooperatively to establish a new homeostasis under cold stress.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cold acclimation
  • Frost tolerance
  • Proteomics
  • Reproductive stage
  • Vegetative stage
  • Wheat