مهندسی ژنتیک برنج با انتقال ژن‌های Deeper Rooting1 و Phosphorus-Starvation Tolerance1

نویسندگان
قربانزاده, زهرا ID 1
پورهنگ, لیلا ID 2
موسوی پاکزاد, سید محمد ID 3
غفاری, محمد رضا ID 4
قره یاضی, بهزاد ID 5
کاظمی الموتی, مهربانو ID 6
معتمد, الهه ID 7
ماپار, مونا ID 8
عبادی, علی اکبر ID 9
حسینی سالکده, قاسم ID 10
محسن پور, مطهره ID 11

1 دانشجوی دکتری، همکار طرح، پژوهشگاه پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی (ABRII)، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد، کارشناس پژوهشگاه پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی (ABRII)، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.

3 دانش آموخته کارشناسی، کارشناس پژوهشگاه پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی (ABRII)، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.

4 پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی کرج

5 پژوهشکده بیوتکنولوژی

6 دانش آموخته کارشناسی ارشد، کارشناس پژوهشگاه پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی (ABRII)، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

7 دانش آموخته کارشناسی ارشد، کارشناس پژوهشگاه پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی (ABRII)، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

8 پژوهشگر پسادکتری، پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی (ABRII)، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.

9 استادیار، موسسه تحقیقات برنج کشور (RRII)، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، رشت، ایران

10 پژوهشکده بیوتکنولوژی کرج

11 پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی (ABRII)، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

doi
10.22103/jab.2021.17991.1331
چکیده

هدف: اصلاح ساختار ریشه با جذب کارآمد آب و استفاده موثر از مواد مغذی مرتبط است و استقرار بهتر گیاه در خاک را فراهم می‌کند. مهندسی ژنتیک برای بهبود ساختار ریشه می‌تواند منجر به حفظ عملکرد بالاتر در شرایط خشکی شود. این پژوهش با هدف اصلاح ساختار ریشه برنج به منظور تحمل به خشکی و بهبود کارایی جذب عناصر غذایی انجام گرفت. برای این منظور انتقال همزمان ژن‌های Deeper Rooting1 یا DRO1 که در تنظیم زاویه رشد ریشه‌ها برای انطباق با شرایط خشکی نقش دارد و Phosphorus-Starvation Tolerance1 یا PSTOL1 که در افزایش جذب فسفر و بهبود ساختار ریشه موثر است، به گیاه برنج طراحی و اجرا شد.مواد و روش‌ها: ژن‌های DRO1 و PSTOL1 برگرفته از ارقام وحشی برنج طی مراحلی به‌ترتیب تحت پیشبرنده مختص ریشه و پیشبرنده دائمی همسانه‌سازی و در ناحیه T-DNA حامل دوگانه اگروباکتریومی قرار داده شدند. سازه حاصل موسوم به pUhrDroPstol به اگروباکتریوم سویه EHA105 منتقل و برای انتقال ژن به برنج رقم هاشمی مورد استفاده قرار گرفت. پس از انجام مراحل انتقال ژن، گیاهان باززاشده حاصل در محیط انتخابی حاوی 50 میلی‌گرم بر لیتر هیگرومایسین در مراحل مختلف کالوس‌زایی، باززایی و ریشه‌زایی زنده مانده و رشد کرده و به محلول یوشیدا و سپس به گلدان منتقل شدند. گیاهان تراریخته احتمالی توسط واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) مختص سازه و مختص ژن مورد تایید قرار گرفتند و رخدادهای مستقل مشخص شدند.نتایج: در این پژوهش 12 رخداد احتمالی برنج تراریخته حاصل شد که 10 رخداد در آنالیز PCR حضور هر دو ژن OsDRO1 و OsPSTOL1 را نشان دادند. مقایسه فنوتیپ ریشه با گیاه شاهد تفاوت ظاهری در ساختار ریشه نشان داد. گیاهان تراریخته حاصل در گلخانه تراریخته پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی بذرگیری شدند و خلوص آنها با آنالیز مولکولی در نسل‌های T1 و T2 مشخص شد. نتیجه‌گیری: در این تحقیق دو ژن کاندید موثر در تغییر ساختار ریشه و تحمل به خشکی با استفاده از مهندسی ژنتیک به برنج رقم هاشمی منتقل شد. تاکنون انتقال همزمان این دو ژن کاندید گزارش نشده است. گیاهان تراریخته حاصل سیستم ریشه‌‌ای بهتری را نسبت به گیاه شاهد نشان می‌دهند. سازه چند ژنی حاصل را می‌توان با هدف تغییر ساختار ریشه و تحمل به خشکی و بهبود کارایی جذب فسفر برای انتقال ژن به سایر گیاهان نیز مورد استفاده قرار داد. امید است تولید برنج تراریخته با بهبود کارایی استفاده از عناصر غذایی و با تغییر ساختار ریشه بتواند تحمل به خشکی و عملکرد را در این محصول مهم زراعی افزایش و سبب کاهش مصرف آب در کشت برنج شود.

کلیدواژه‌ها
انتقال ژن با سازه چند ژنی, برنج تراریخته, ژن Deeper Rooting1, ژن Phosphorus-Starvation Tolerance1