نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• آیلار سادات ستارزاده ¹
• حسین شهبازی ²
• ورهرام رشیدی ³
• علیرضا احمد زاده ³
• فرهاد فرح وش ³

¹ دانشجوی دکترای اصلاح نباتات دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تبریز، تبریز، ایران

² گروه اصلاح نباتات، واحد اردبیل، دانشگاه آزاد اسلامی، اردبیل، ایران.

³ گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تبریز، تبریز، ایران

چکیده

مقدمه: معماری سیستم ریشه­‌ای، یکی از ویژگی‌های اساسی ارقام جو در تحمل خشکی است. بطوریکه ژنوتیپ­‌های دارای ریشه عمودی‌­تر، از مقاومت به خشکی بیشتری برخوردار هستند. به همین منظور، آزمایشی برای بررسی تاثیر بیان ژن HvDRO1 بر معماری سسیستم ریشه­‌ای ارقام جو تحت تنش کم آبی با استفاده از ریزوترون­ شیشه‌­ای انجام گرفت.
روش‌شناسی پژوهش: آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک­‌های کامل تصادفی اجرا گردید که در آن فاکتور اول شامل 10 رقم جو دیم و فاکتور دوم شامل 3 سطح تنش خشکی (بدون تنش (شاهد)، 75% ظرفیت زراعی و 50% ظرفیت زراعی) بود. آزمایش در سال1400 در مرکز تحقیقات زیست فناوری کشاورزی دانشگاه آزاد اسلامی واحد اردبیل انجام شد. پس از رشد بوته­ها و رسیدن ریشه­ها به انتهای ریزوترون، تعداد انشعابات ریشه، طول بلندترین ریشه و زاویه رشد ریشه اندازه‌­گیری شد. سپس میزان بیان ژن HvDRO1 از طریق Real Time PCR اندازه­‌گیری شد.
یافته‌های پژوهش: نتایج تجزیه واریانس نشان داد که در تمام صفات در بین ارقام اختلاف معنی‌داری وجود دارد که حاکی از وجود تنوع ژنتیکی در بین ارقام مورد آزمایش بود. اثر تنش خشکی بر روی تمام صفات معنی­‌دار بود. بطوری که باعث افزایش طول ریشه و بیان ژن  HvDRO1در هر دو سطح تنش خشکی، کاهش تعداد ریشه و افزایش زاویه رشد ریشه تحت تنش 50% ظرفیت زراعی شد. نتایج مقایسات میانگین نشان داد که طول ریشه از 22/4 تا 30/8 سانتی­متر متغیر بود به طوریکه رقم آرتان دارای بیشترین طول ریشه بود، 8 رقم دیگر (قافلان، آبیدر، نادر، انصار، سرارود 1، دوبرینیا، سهند و فصیح) در رتبه­های بعدی قرار گرفتند. تعداد ریشه بذری ارقام از 39/3 تا 33/4 متغیر بود که ارقام دوبرینیا، رادیکال، سهند، نادر و آبیدر دارای بیشترین تعداد ریشه بودند. زاویه رشد ریشه از 69/4 تا 76/8 درجه متغیر بود که ارقام سرارود، آرتان، آبیدر، سهند، فصیح و قافلان دارای عمودی ترین ریشه بودند. از لحاظ بیان ژن HvDRO1 در تنش 75% ظرفیت زراعی، ارقام آرتان، قافلان، نادر و سهند و در تنش50% ظرفیت زراعی رقم قافلان دارای بیشترین میزان بیان ژن بود. نتایج همبستگی نشان داد که میزان بیان ژن HvDRO1 در تنش 75% ظرفیت زراعی با طول ریشه همبستگی مثبت و معنی دار نشان داد (r= 0.74^*). در تنش50% ظرفیت زراعی، میزان بیان ژن HvDRO1 با طول ریشه غیر معنی­دار ولی با زاویه رشد ریشه همبستگی مثبت و معنی­دار نشان داد (r= 0.85**). نتایج رگرسیون به روش گام به گام نشان داد که در شرایط تنش 75% ظرفیت زراعی بیان این ژن 6/55 درصد از تغییرات طول ریشه  را توجیه نمود. در تنش 50% ظرفیت زراعی بیان این ژن 74/6 درصد از تغییرات زاویه رشد ریشه را توجیه نمود. نتایج این آزمایش امکان استفاده از بیان ژن HvDRO1 را برای گزینش زاویه رشد ریشه در جو را مطرح می‌­سازد.

کلیدواژه‌ها

• بیان ژن
• ریشه دهی عمیق
• معماری سیستم ریشه‌ای
• تنش کم آبی

موضوعات

• ژنتیک مولکولی

عنوان مقاله [English]

The effect of HvDRO1 gene expression on the root system architecture of some barley cultivars under water deficit stress in rhizotron environment

نویسندگان [English]

• Aylar Saadat sattarzadeh ¹
• Hossein Shahbazi ²
• Varahram Rashidi ³
• Alireza Ahmadzadeh ³
• farhad farahvash ³

¹ Department of Agronomy and Plant Breeding, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, IRAN

² Department of plant breeding, Ardabil Branch,Islamic Azad University, Ardabil, Iran.

³ Department of Agronomy and Plant Breeding, Tabriz Branch, Islamic Azad University, Tabriz, IRAN

چکیده [English]

Introduction: The root system architecture is one of the basic characteristics of barley cultivars in drought stress tolerance. So that the genotypes with more vertical roots will have more tolerance to drought. Therefore, root growth angle is a suitable trait to improve drought tolerance in barley. For this purpose, to investigate the effect of HvDRO1 gene expression on root system architecture of barley cultivars under water stress, an experiment was conducted using glass rhizotrons.
Materials & Methods: The experiment was conducted as a factorial design, in which the first factor included 10 barley cultivars and the second factor included drought stress (nonstress, 75% FC and 50% FC). The experiment was carried out in 2022 at Agricultural Biotechnology Research Center of Islamic Azad University, Ardabil. After the root growth, the root numbers, length and angle of the roots were measured. Then, HvDRO1 gene expression was measured by real-time PCR.
Research findings: The results of ANOVA showed that there are significant differences in all the traits which indicates the existence of genetic diversity among the tested cultivars. The effect of drought stress was significant on all traits, so that caused an increase in root length and HvDRO1 gene expression in both stress levels (75% FC and 50% FC), a decrease in the root numbers and an increase in the root angle under the 50% FC. Mean comparisons showed that the root length ranged from 22.4 to 30.8 cm, so that Artan had the longest root and 8 other varieties (Gaflan, Abidar, Nader, Ansar, Sararoud 1, Dobrinia, Sahand and Fasih) were ranked next. The seminal root number of cultivars ranged from 3.39 to 4.33, so that Dobrinia, Radical, Sahand, Nader and Abidar had the highest root numbers. The root growth angle varied from 69.4 to 76.8 degrees, so that cultivars Sararoud, Artan, Abider, Sahand, Fasih and Gafalan had the most vertical roots. In terms of HvDRO1 gene expression, under 75% FC, Artan, Gaflan, Nader and Sahand, and under 50% FC, Gaflan had the highest amount. The results of correlations showed that the expression rate of HvDRO1 gene showed a positive correlation with the root length under 75% FC (r=0.74*). Under 50% FC, the expression rate of HvDRO1 gene had not significant correlation with root length, but showed a positive correlation with the root angle (r=0.85**). Regression analysis showed that under 75% FC, the expression of this gene explained 55.6% of the changes in root length and under 50% FC, it explained 74.6% of the changes in the root angle, suggesting the possibility of using the HvDRO1 gene expression to select the root system architecture in barley.

کلیدواژه‌ها [English]

• Gene expression
• Deeper rooting
• Root system architecture
• water deficit stress