ایجاد گیاهان برنج متحمل به تنش خشکی با استفاده از تکنیک های موتاسیون بریدینگ و پروتیومیکس

در این پروژه، از ارقام اصلاحی "فجر" و "خزر" (دارای مقاومت نسبی به تنش خشکی) و ارقام بومی "طارم محلی" و "هاشمی" (حساس به تنش خشکی) به عنوان مواد گیاهی استفاده شد. جهت تعیین دز بهینه پرتوتابی، بذور با دزهای مختلف اشعه گاما (،0 ،‮‭150‬ ،‮‭180‬ ،‮‭200‬ ،‮‭250 230‬ و ‮‭300‬ گری) در گاماسل پرتوتابی شدند‭. LD‬‮‭50‬ زنده مانی گیاهچه ها در دزهای مختلف برای چهار ژنوتیپ محاسبه گردید. سپس جمعیتهای گیاهی نسل M1 بر حسب ژنوتیپ و دز بهینه آن، ایجاد گردیدند. از هر گیاه نسل M1 یک خوشه جمع آوری شد. در جمعیتهای گیاهی نسل M2 تنش آب حدود ‮‭10‬ روز قبل از گلدهی تا 4 روز بعد از گلدهی به مدت دو هفته در مزرعه اعمال شد. آنالیز فنوتیپی گیاهان برنج تحت تنش خشکی براساس سیستمهای ارزیابی استاندارد ‭IRRI ‬انجام شد. صفاتی نظیر تعداد پنجهها، تعداد پنجههای بارور، تعداد کل دانه، تعداد دانه پر، درصد باروری و وزن هزار دانه در جمعیت های نسل M2 ژنوتیپهای طارم محلی و فجر هاشمی و خزر مطالعه شدند. صفات کیفیت پخت و خوراک (میزان آمیلوز‭(AC)‬، استحکام و قوام ژل ‭(GC) ‬و مقیاس درجه حرارت ژلاتینه شدن ‭(GT)) ‬نیز در لاین های موتانت نسل های بعدی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین ‮‭60‬ ژنوتیپ موتانت متحمل و حساس نسل M2 (براساس مقیاس لولهای شدن برگ) به همراه ارقام شاهد طارم محلی، هاشمی، خزر و فجر با استفاده از ‮‭11‬ جفت آغازگر ‭SSR ‬مورد بررسی و آنالیز مولکولی قرار گرفتند. استخراج پروتیین از نمونههای برگی گیاهان انتخابی نیز انجام گردید. بعد از ترسیم پلات استاندارد، غلظت نمونههای پروتیینی در دو تکرار محاسبه و میانگینشان تعیین گردید و سپس، مقدار مورد نیاز پروتیین برای عملیات الکتروفورز دو بعدی در هر نمونه محاسبه شد. پس از انجام عملیات الکتروفورز دو بعدی نمونههای پروتیینی، رنگ آمیزی ژل طبق پروتکل انجام گرفت. تصاویر ژلها وارد نرمافزار ‭Melanie ‬نسخه ‮‭6/2‬ با فاکتور کاهش 3 شدند. با استفاده از نرمافزار ‭Melanie‬، حجم لکه های پروتیینی در تکرارهای مختلف برای هر نمونه محاسبه و همچنین، برای هر نمونه در زمانهای مختلف برآورده شد. لکههای پروتیینی انتخاب شدند که نه تنها بیانشان نسبت به لکههای دیگر بیش از دو برابر بود بلکه همچنین از لحاظ آماری در سطوح 5 و یک درصد معنیدار بود. پس از انجام آزمایشات تعیین دز مشخص شد که ‭LD‬‮‭50‬ بقا گیاهچه ها (دز بهینه پرتوتابی) 3 هفته بعد از کشت بذور در چهار ژنوتیپ مختلف و برای واریتههای بومی طارم محلی و هاشمی، به ترتیب ‮‭230‬ و ‮‭250‬ گری و واریتههای اصلاحی فجر و خزر مشابه (‮‭200‬ گری) بود. پس از یک ماه تنش خشکی در مزرعه آزمایشی، ‮‭30‬ لاین متحمل براساس مقیاس لولهای شدن برگ و 5 لاین زودرس براساس تاریخ گلدهی از جمعیت نسل M4 طارم محلی انتخاب شدند که از این لاینها، براساس مقیاس باروری خوشهها تنها ‮‭17‬ لاین، متحمل شناخته شدند که میزان باروی خوشه بالایی در قیاس با شاهد نرمال داشتند. لاینهای زودرس (بین ‮‭10‬ تا ‮‭15‬ روز زودرس تر از والد) انتخابی نیز میزان باروی خوشه بالایی در قیاس با شاهد داشتند. همچنین، 5 لاین متحمل براساس مقیاس لولهای شدن برگ از جمعیت نسل M4 ژنوتیپ فجر انتخاب گردیدند. این لاینها براساس مقیاس باروری خوشهها نیز بررسی شدند که تنها 4 لاین متحمل به تنش خشکی شناخته شدند. به علاوه، در ژنوتیپ هاشمی، از ‮‭47‬ لاین موتانت انتخابی، ‮‭24‬ لاین براساس مقیاس باروری خوشهها متحمل شناخته شدند. ‮‭24‬ لاین در قیاس با شاهد شرایط نرمال عملکرد عالی داشتند. همچنین، از ‮‭17‬ لاین موتانت زودرس، 7 لاین عملکرد بسیار خوبی داشتند. در ژنوتیپ خزر نیز، از ‮‭35‬ لاین موتانت انتخابی، ‮‭25‬ لاین براساس مقیاس باروری خوشهها متحمل شناخته شدند. ‮‭25‬ لاین در قیاس با شاهد شرایط نرمال عملکرد عالی داشتند. همچنین، از ‮‭15‬ لاین موتانت زودرس، ‮‭12‬ لاین عملکرد بسیار خوبی داشتند. از این تعداد، ‮‭13‬ لاین موتانت زودرس براساس مقیاس باروری خوشهها، متحمل شناخته شدند. این گیاهان در قیاس با شاهد عملکرد خوبی داشتند. این تحقیق نشان داد که موتاسیون بریدینگ میتواند به عنوان ابزاری کارا در القا تغییراتپذیری ژنتیکی و در ایجاد گیاهان با صفات مطلوب در برنج استفاده شود. آنالیز فیزیولوژیکی نشان داد که درصد ‭RWC ‬و نسبت ‭Na/K ‬گیاهان موتانت مقاوم ژنوتیپ طارم بیشتر از گیاهان موتانت حساس است. این مسیله نشان میدهد که گیاهان موتانت تحت تنش خشکی سعی در حفظ آب موجود در برگهایشان را دارند و بنابراین لولهای شدن برگ رخ نمیدهد. با استناد به نتایج بدست آمده از این تحقیق، احتمال میرود که جفت آغازگرهای ‭RM‬‮‭470‬، ‭RM‬‮‭201‬ و ‭RM‬‮‭205‬، نشانگرهای مرتبط با تحمل به تنش خشکی باشند و میتوان این نشانگرها را برای ارزیابی تحمل به تنش خشکی لاینهای موتانت و سایر ارقام تجاری پیشنهاد نمود. نتایج حاصل از الکتروفورز دو بعدی نمونههای مورد مطالعه و آنالیز داده های مولکولی حاصل از لکههای پروتیین موجود در پروفایل ژل گیاهان انتخابی نشان داد که ‮‭20‬ لکه پروتیینی با شمارههای ،‮‭29‬ ،‮‭30‬ ،‮‭107‬ ،‮‭132‬ ،‮‭311‬ ،‮‭313‬ ،‮‭97‬ ،‮‭112‬ ،‮‭91‬ ،‮‭366‬ ،‮‭466‬ ،‮‭345‬ ،‮‭137‬ ،‮‭405‬ ،‮‭401‬ ،‮‭72‬ ،‮‭305‬ ،‮‭114 143‬ و ‮‭352‬ به عنوان لکههای مرتبط با مقاومت به تنش خشکی شناسایی شدند. ضروری است که بررسیهای بیشتری بر روی این لکهها به منظور شناسایی ژنهای مسیول مقاومت به تنش خشکی و مکانیسم های کنترلکننده مقاومت در برنج انجام شود. واژه های کلیدی: برنج، مقاومت به خشکی، موتاسیون، پروتیومیکس