Phản ứng morho-physiological và sự biểu hiện gen của cây lúa mì từ amphidiploid Aegilops cylindrica đối với stress mặn

Plant Cell, Tissue and Organ Culture - Tập 144 - Trang 619-639 - 2021
Razieh Kiani1, Ahmad Arzani1, S. A. M. Mirmohammady Maibody1, Mehdi Rahimmalek1,2, Khadijeh Razavi3
1Department of Agronomy and Plant Breeding, College of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
2Department of Horticulture, College of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
3National Institute of Genetic Engineering and Biotechnology (NIGEB), Tehran, Iran

Tóm tắt

Aegilops cylindrica Host là một trong những loài chịu mặn tốt nhất thuộc bộ Triticeae. Các cây amphidiploid được tạo ra từ sự lai ghép giữa ‘Roshan’ × Aegilops cylindrica và ‘Chinese Spring’ × Ae. cylindrica có kiểu gen khác nhau về khả năng chịu mặn đã được đánh giá về các phản ứng morho-physiological cũng như các mẫu biểu hiện của hai gen liên quan đến cân bằng ion dưới 250 mM NaCl. Kết quả cho thấy rằng stress mặn đã gây ra sự giảm đáng kể ở cả các đặc điểm hình thái và nhiệp điệu của chúng. Hơn nữa, stress mặn không chỉ giảm tỷ lệ chlorophyll mà còn cả hàm lượng K trong rễ và thân cũng như tỷ lệ K/Na, trong khi nó dẫn đến sự gia tăng đáng kể ở các đặc điểm còn lại. Tương tự như Ae. cylindrica, các amphidiploids dưới tác động của stress mặn đã thể hiện mức H2O2 cao hơn, hàm lượng K trong rễ và thân cao hơn, và tỷ lệ K/Na trong rễ và thân cũng cao hơn, đi kèm với hàm lượng Na trong rễ và thân và nồng độ MDA thấp hơn khi so với các đặc điểm tương tự ở các cây lúa mì cha mẹ. PCR định lượng thời gian thực cho thấy các mẫu biểu hiện gen HKT1;5, NHX1 và SOS1 khác biệt một cách đáng kể giữa các amphidiploids và các cha mẹ của chúng. Mức bản sao của HKT1;5 được phát hiện là cao hơn ở rễ so với thân cả ở các amphidiploids và Ae. cylindrica, trong khi NHX1 thể hiện sự biểu hiện cao hơn trong mô thân. Tính nhất quán của những dữ liệu này cung cấp hỗ trợ thuyết phục cho giả thuyết rằng việc loại trừ Na tích cực từ rễ và sự co cụm vacuole nâng cao của Na trong lá có thể giải thích mức Na giảm trong thân và rễ của cả amphidiploids và Ae. cylindrica so với các mức đo được ở các cây lúa mì cha mẹ. Kết luận rằng các amphiploids lai ghép là nguồn tài nguyên có giá trị tiềm năng cho việc cải thiện khả năng chịu mặn trong lúa mì bánh thông qua phương pháp lai ngược. Một tương tác hỗ trợ giữa các gen HKT1;5, NHX1 và SOS1 được giả thuyết là có liên quan tích cực và đáng kể đến cân bằng Na+ trong A. cylindrica và các cây amphidiploid chịu stress mặn.

Từ khóa

#Aegilops cylindrica #amphidiploid #khả năng chịu mặn #stress mặn #cân bằng ion #biểu hiện gen

Tài liệu tham khảo

Aebi H (1984) Catalase in vitro. Methods Enzymol 105:121–126

Apse MP, Sottosanto JB, Blumwald E (2003) Vacuolar cation/H+ exchange, ion homeostasis, and leaf development are altered in a T-DNA insertional mutant of AtNHX1, the Arabidopsis vacuolar Na+/H+ antiporter. Plant J 36:229–239

Arzani A, Darvey NL (2001) The effect of colchicine on triticale anther-derived plants: Microspore pre-treatment and haploid-plant treatment using a hydroponic recovery system. Euphytica 122:235–241

Demidchik V, Shabala SN, Davies JM (2007) Spatial variation in H2O2 response of Arabidopsis thaliana root epidermal Ca2+ flux and plasma membrane Ca2+ channels. Plant J 49:377–386

Herzog V, Fahimi H (1973) Determination of the activity of peroxidase. Anal Biochem 55:554–562

Lichtenthaler HK, Buschmann C (2001) Chlorophylls and carotenoides: measurement and characterization by UVVIS spectroscopy. Wiley, New York

Ma XL, Zhang Q, Shi HZ, Zhu JK, Zhao YX, Ma CL, Zhang H (2004) Molecular cloning and different expression of a vacuolar Na+/H+ antiporter gene in Suaeda salsa under salt stress. Biol Plant 48:219–225

Pan T, Liu M, Kreslavski VD, Zharmukhamedov SK, Nie C, Yu M, Kuznetsov VV, Allakhverdiev SI, Shabala S (2020) Non-stomatal limitation of photosynthesis by soil salinity. Crit Rev Environ Sci Technol. https://doi.org/10.1080/10643389.2020.1735231

SAS Institute (2011) Base SAS 9.3 procedures guide. SAS Institute Inc., Cary

Shabala L, Zhang J, Pottosin I et al (2016) Cell-type specific H+-ATPase activity enables root K+ retention and mediates acclimation to salinity. Plant Physiol 172:2445–2458

Shi H, Quintero FJ, Pardo JM, Zhu JK (2002) The putative plasma membrane Na+/H+ antiporter SOS1 controls long-distance Na+ transport in plants. Plant Cell 14:465–477

Velikova V, Yordanov I, Edreva A (2000) Oxidative stress and some antioxidant systems in acid rain treated bean plants. Protective role of exogenous polyamines. Plant Sci 151:59–66