آنالیز mirna برگ گندم در پاسخ به تنش کم آبی

ایران در کمربند بیابانی جهان قرار دارد و به عنوان منطقه ای خشک و نیمهخشک منظور می شود. متوسط بارندگی در کشور در حدود 250 میلی متر است که این میزان یکسوم متوسط بارندگی در جهان می باشد. از سوی دیگر از حدود 5/18 میلیون هکتار اراضی کشاورزی، 2/6 میلیون هکتار (5/33 درصد)، به کشت دیم اختصاص دارد. در حدود 2/1 میلیون هکتار از اراضی زیر کشت دیم، بارندگی به میزان بیش از 400 میلی متر دریافت می نمایند. از مجموع حدود 400 میلیارد مترمکعب نزولات جوی سالانه درایران، رقمی در حدود 280 میلیارد مترمکعب آن از طریق تبخیر از سطح آزاد و تعرق گیاهی به هوا بر می گردد و بقیه آن مقدار آبی است که در رودخانه ها جاری و در منابع زیرزمینی ذخیره می شوند و در واقع بخش اعظم آب های ایران به دلایلی مورد بهره برداری در کشاورزی قرار نمی گیرند ( آهنگری، 1386). مناطق خشک و نیمهخشک جهان دارای مساحت تقریبی 7/44 میلیون کیلومترمربع می باشد و حدود 39 درصد (به مساحت 4/17 میلیون کیلومترمربع) از آن را، مناطق نیمهخشک تشکیل می دهد(سایت فائو، 2008). ایران به طور کلی در اقلیم خشک و نیمه خشک قرار دارد که قسمت عمده نزولات در زمستان و اوایل بهار اتفاق می افتد. با توجه به این نوع اقلیم و کمبود منابع آبی قابل دسترس و خشکی محیط، عملکرد دانه به شدت کاهش می یابد. در مناطق خشک و نیمه خشک میزان بارندگی محدود می باشد(معمولاً کم تر از 300 میلی متر). همچنین با توجه به متغیر بودن میزان توزیع بارندگی در سال های مختلف، پیش بینی و توزیع آن بسیار مشکل است. تحت شرایط توزیع غیریکنواخت بارندگی، عملکرد دانه نیز در سال های متوالی نوسانات زیادی را نشان می دهد. اصلاح ارقام گندم، برای سازگاری به مناطق خشک و نیمه خشک کشور، تنها از طریق به گزینی بر اساس عملکرد دانه، چندان موفقیت آمیز نبوده است (اندرزیان، 1379). گندم مهمترین محصول گیاهی رشد یافته است و 17درصد از زمین های زراعی و 55 درصد کربوهیدرات مورد نیاز مردم جهان را به خود اختصاص داده است. تنش های زنده و غیر زنده فاکتورهای محدود کننده ی مهمی برای بازده و کیفیت دانه در محصول گندم بشمار می آید(gill et al., 2004). گندم گیاهی است که در سطح وسیعی از شرایط آب و هوایی جهان رشد کرده و در حقیقت از سازگارترین گونه های غلات بودهاست. این گیاه از نظر تولید و سطح زیر کشت در ایران، از مهم ترین گیاهان زراعی بشمار می رود. امروزه به دلیل اهمیت زیاد این گیاه، به ویژه در تغذیه انسان و همچنین در صنعت پرورش دام و طیور و بسیاری از صنایع دیگر و افزایش میزان تولید اقتصادی، مورد توجه زیادی قرار گرفته است (عبدمیشانی و نجات بوشهری،1376). تنش خشکی از مهمترین و مرسوم ترین تنش های غیرزنده است که تولیدات کشاورزی را با محدودیت روبه رو ساخته و بازده تولید در مناطق نیمه خشک و دیم را کاهش داده است. کرامر تنش خشکی را کمبود نزولات آسمانی در محیط گیاه تعریف می کند که بر اثر آن گیاه آسیب می بیند و میزان این آسیب بستگی به نوع گیاه، ظرفیت نگهداری آب در خاک و شرایط جوی موثر بر تبخیر و تعرق دارد (kramer and boyer, 1995). راجرام و همکاران اظهار داشتند که بالغ بر 32 درصد از سطح زیر کشت گندم در کشورهای در حال توسعه، به نوعی یکی از انواع تنش های خشکی را در مدت فصل رشد و نمو محصول تجربه می کنند (rajaram et al., 1993). طبق گزارش مرکز آمار ایران (1384)، از مجموع 9/14 میلیون هکتار اراضی زیرکشت در ایران 64/6 میلیون هکتار به کشت گندم اختصاص دارد که 43/61 درصد آن را اراضی دیم تشکیل می دهد. در این مناطق میزان بارندگی عمدتاً کم و توزیع سالیانه آن نامنظم بوده و بنابراین تنش خشکی مهمترین محدودیت در تولید آن است. یکی از راه های مقابله با تنش خشکی اصلاح گیاهان متحمل و مقاوم به خشکی است. برای پایداری کشاورزی و محیط زیست، اصلاح گیاهان زراعی برای تحمل به تنش خشکی دارای اهمیت زیادی است(yu et al., 2008). این تنش همزمان بر صفات دیگر نیز تأثیر گذاشته و منجر به کاهش عملکرد می گردد. در طی دوره های پایدار یا موقت خشکی، بازده محصولات کاهش می یابد و آب در دسترس برای کشاورزی محدود می شود. بنابراین به روش ها و مکانیسم های نوین جهت مقابله با خشکی، به منظور بهبود رشد گونه های مختلف زراعی نیاز می باشد .(barnab?s et al., 2008; collins et al., 2008) بنابراین تحمل به خشکی می تواند با شناسایی صفاتی که اثر معنی داری بر عملکرد و عوامل ژنتیکی کنترل کننده آن ها دارد مورد مطالعه قرار گیرد(ceccarelli and grando, 2009). در این رابطه شناخت و درک اینکه هر یک از گیاهان و یا ارقام خاص چگونه با تنش خشکی مقابله می کنند، حائز اهمیت است (royo et al., 2000). چگونگی تنظیم بیان ژن ها در تنش خشکی، از مهمترین راهکارهای شناسایی اساس فیزیولوژیکی مقاومت به تنش به شمار می رود. mirnaها، rnaهای کوچک تنظیمی و غیرکدکننده 24–18 نوکلئوتیدیاند که نقش مهمی را در بیان ژن ها از طریق تجزی? mrnaیا سرکوبی ترجمه ایفا می کنند(jones-rhoades et al., 2006). مولکول های mirna تک رشته ای هستندو طی فرایندی از rnaهایی با ساختار ساقه حلقه ای توسط آنزیم های خانواده دایسر به وجود می آیند(bartel and chen, 2004). اولین بار mirna، توسط لی و همکاران در سال 1993 درنماتد(caenorhabditis elegans) کشف شد و مشخص شد که توالی های آنها در ارتباط با تنظیم ترجمه است(lee et al., 1993; wightman et al., 1993). mirna در گیاهان، ده سال زودتر از جانوران شناسایی و مورد بحث قرار گرفته است. mirnaهای گیاهی در پاسخ به تنش های گوناگون مثل اکسیداتیو، کمبود مواد معدنی مغذی، دهیدراسیون و حتی محرک های مکانیکی پاسخ های پیچیده ای نشان می دهند(lu and huang, 2008; yan et al., 2008). در واقع علاوه بر تنظیمات رشد و توسعه، مهمترین عمل mirnaها در گیاهان، تنظیم فرایند های مختلف سلولی به منظور سازگار کردن گیاهان به تنش های محیطی می باشد(zhou et al., 2010). شناسایی مکانیسم های مولکولی دخیل در پاسخ به تنش خشکی می تواند راه را برای مطالعات مرتبط با تولید گیاهان مقاوم به خشکی فراهم نماید. تنش خشکی باعث تغییر در تنظیم بیان ژن می شود و شناسایی چگونگی این تنظیمات نقش مهمی را در درک هرچه بهتر نحوه پاسخ گیاه به تنش ایفا می کند. با مطالعه رونویسی می توان rnaهای کوچک دخیل در پاسخ به تنش خشکی را شناسایی کرد. بعضی از mirnaها در تنظیم بیان ژن در شرایط تنش نقش داشته و با شناسایی آن ها و ژن های هدف آن ها می توان تغییرات اعمال شده در تنظیم بروز ژن و شبکه های درگیر را شناسایی نمود. از آنجائیکه افزایش تحمل گیاهان در برابر عوامل تنش زا نیازمند تشخیص ژن ها، پروتئین ها و سایر عوامل دخیل در تحمل تنش ها می باشد. امروزه، انجام مطالعات مولکولی با بهره گیری از تکنیک هایپیشرفته نظیر توالی یابی با کارایی بالا امکان مطالعه mirnaها را در سطح وسیع، میسر کرده است. در واقع، با بکارگیری این تکنیک ها می توان الگوی بیان و فعالیت mirnaهارا در بافت ها، ژنوتیپ ها یا شرایط محیطی خاص مورد بررسی قرار داد. با توجه به قرارگیری ایران در مناطق خشک و نیمه خشک و لزوم مقابله با تنش خشکی جهت حصول حداکثر تولید در محصول گندم، درتحقیق حاضر نقش mirnaها در مقابله با تنش خشکی مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور شناسایی نقش mirnaها در پاسخ به تنش خشکی، mirnaهایی که در پاسخ به تنش خشکی نقش دارند با استفاده از توالی یابی با کارایی بالا در گندم شناسایی شد. در این مطالعه، 37 mirnaها از قبل شناخته شده در چهار کتابخانه ی نرمال و تنش خشکی شناسایی شد. به علاوه 437 mirna کاندید شناسایی شد. نتایج روش توالی یابی با کارایی بالا نشان داد که mir1118، mir1120، mir1125، mir1127، mir1135، mir156، mir159a،mir159b ،mir160 ، mir164،mir167a ، mir398 و mir399 در پاسخ به تنش خشکی افزایش بیان داشتند. از میان mirnaهای جدید، 14 mirna، در پاسخ به تنش خشکی نقش داشتند. همچنین ژن های هدف mirnaهای پاسخ دهنده به تنش خشکی، در فرایندهای سلولی در گیاهان نظیر نمو، رونویسی، دفع مسمومیت، مواد مغذی و سازگاری نقش داشتند. در این تحقیق، 13 mirna از قبل شناسایی شده و 14 mirna جدید که در تنش خشکی نقش دارند با استفاده از توالی یابی با کارایی بالای srnaهای گندم شناسایی شد. این یافته ها برای فهمیدن نقش mirnaهای پاسخ دهنده به تنش های غیر زنده مهم است.