چکیده :

آنزیم فنیل آلانین (PAL) یکی از مهمترین آنزیمها در مسیر تولید پروپانوئیدها در گیاهان می باشد که نقش کلیدی در تولید این ترکیبات دارد. بیان ژن PAL در پاسخ به طیف وسیعی از محرک های محیطی شامل اشعه ی فرابنفش، دمای بالا و سایر شرایط تنشی افزایش می یابد. در این مطالعه تغییرات بیان ژن و فعالیت آنزیم PAL در ریشه، ساقه و برگ در نیشکر تحت 3 تیمار تنشی ds/m 5/3-5/2 و 6/3-6 و 1/6-8 ارزیابی شد. بمنظور ارزیابی بیان ژن PAL از روش PCR زمان حقیقی رنگ SyberGreen و روش مقایسه ای ΔΔCt استفاده شد. همچنین ژن GAPDH بعنوان کالیبراتور در نظر گرفته شد. میزان فعالیت آنزیم بر اساس تغییر فنیل آلانین به ترانس سینامیک اسید و با بهره گرفتن از روش اسپکتروفتومتری سنجیده شد.

نتایج این تحقیق نشان داد که با افزایش میزان شوری میزان بیان ژن PAL و فعالیت آن در بافت ریشه افزایش یافت. تغییرات یکسانی در بافت برگ و ساقه در پاسخ به شوری در بیان ژن و فعالیت آنزیم مشاهده گردید. در مجموع نتایج این تحقیق نشان داد که با افزایش میزان شوری میزان بیان ژن PAL و فعالیت آن در بافتهای مختلف نیشکر افزایش می یابد.

واژه های کلیدی: فنیل آلانین آمونیا لیاز، تنش شوری، نیشکر

نیشکر (Saccharum officinarum L.)از گونه Andropogoneae و جزء خانواده گندمیان و جزء گیاهان C4 بطور وسیعی در اطراف زمین در مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری کشت می شود. نیشکر بعنوان منبع شکر و بسیاری فراورده های دیگر دارای اهمیت اقتصادی بالائی است و در مقایسه با سایر محصولات کشاورزی از نقطه نظر راندمان تثبیت انرژی در واحد سطح در درجه اول اهمیت قرار دارد. نیشکر حدود 45 تن وزن خشک و 22 تن شکر در هکتار در سال تولید می کند.

بخش جلگه اى خوزستان به علت دارا بودن شرایط مناسب از جمله: خاكهاى رسوبى(علی رغم وجود املاح شور)آب كافی، آفتاب درخشان روزهاى طولانى تنها منطقه در ایران است که نیشکر در آنجا بصورت انبوه کشت می شود، بنا به گفته بسیارى از مورخین رواج كشت نیشكر در ایران از زمان اشكانیان شروع شده است و اوج اهمیت نیشكر در خوزستان را قبل از اسلام و دوره ساسانیان باید جست.

اجرای طرح توسعه نیشکر در خوزستان آثار اقتصادىازجمله تامین شكر، كاغذ، تخته صنعتى (MDF)، فراهم آوردن امكانات تولید گوشت قرمز با بهره گرفتن از خوراك دام تولیدى، تولید محصولات بیوتكنولوژى ( مانند خمیر مایه، الكل و غیره ) و اشتغال زائی را در پی داشته است.

یکی از مشکلات کشاورزی ایران شوری اراضی است. حدود 10 درصد خاکهای ایران را خاکهای شور و سدیمی تشکیل میدهند.افزایش میزان هدایت الکتریکی خاک به بیش از 2 دسی زیمنس بر متر به عنوان شاخص شوری آب مطرح می باشد. گیاهان مقاوم به شوری در طبیعت به طرق مختلفی نسبت به این مشکل سازگاری یافته اند که شامل دامنه ای از تغییرات ریخت شناسی آناتومیکی و فیزیولوژیک می باشد. غالبا گیاهان باساخت ترکیبات مختلف بویژه ترکیبات پلی فنولی فشار اسمزی را تنظیم و در مقابل شوری مقاومت می کنند (برزگر و همکاران 1379).

کاهش آب رودخانه کارون در سالهای اخیر توام با افزایش سطح شوری خاکهای منطقه اثرات زیانباری بر صنعت کشت نیشکر بویژه کاهش تولید داشته است. اثر شوری بر عملکرد نیشکر با تفاوتهای نسبت به واریته های مختلف در مناطق جهان امری قطعی و بدیهی است. در گیاه نیشکر نیز شرایط مشابهی حاکم است. ساخت املاحی چون تری متیل سولفونیو پروپیونات،. فری پولین و برخی ترکیبات فنولیک در برگهای نیشکر تحت تنش اسمزی گزارش شده است. نیشکر در ردیف گیاهان حساس به شوری قرار گرفته و حد آستانه آن ds/m 7/1 است.بین افزایش شوری و رشد و تولید محصول نیشکر ارتباط معکوس وجود دارد. تنش شوری در نیشکر تمایز و طویل شدن میانگره ها و ذخیره قند را در آنها تحت تاثیر قرار می دهد. نتایج تحقیقات اخیر نشان می دهد که به ازا هر واحد افزایش در EC (ds/m) [1]سبب کاهش 9/5 تنی محصول در هکتار می­شود. در تحقیقات انجام شده درهفت تپه ایران مشخص شده است­که درمحدوده شوری بین 4-2 افت شدید عملکرد نیشکر اتفاق می­افتد. با این حال تفاوت گسترده­ای در پاسخ واریته های مختلف به شوری و میزان حساسیت و مقاومت آنها در ایران بدست آمده است (شکوه فر و همکاران، 1388) .

با توجه به اینکه آنزیم[2] pal یک آنزیم تنشی و یکی از مهمترین آنزیم های مهم گیاه در تولید فرآورده های فنولی تنظیم کننده فشار اسمزی هستند. به نظر میرسد شناسایی تغییرات بیان ژن این انزیم در برابر تغییرات شوری بتواند شاخص دقیقی از پاسخ میزبان به این تنش را ایجاد نماید و بتوان بر اساس تغییرات بیان این آنزیم نسبت به شناسایی ارقام مقاوم اقدام نمود.

این مطلب را هم بخوانید :

آنزیم فنیل آلانین آمونیالیاز (PAL, EC4.3.1.5) اولین واکنش درمسیر بیوسنتز فنیل پروپانوئید را کاتالیز می کند و ال- فنیل آلانین را بصورت غیر اکسیداتیو دآمینه می کند. طی آن ترانس سینامیک اسید و یون آمونیم شکل می گیرد که ترانس سینامیک اسید پیش ساز ترکیبات متعددی مانند ترکیبات محافظ اسمزی می باشد.

در گیاهان پیشرفته ترانس سینامیک اسید پیش ساز طیف وسیعی از مشتقات فنیل پروپانوئیدها از قبیل فلاونوئید[3]، استیلبن ها[4]، کومارین ها[5]، چوبها، چوب پنبه ها، سایر ترکیبات فنلی دیواره، استرها و آمیدهای محلول و برخی از آلکالوئیدها می باشد PAL ، سنتز و تجمع این ترکیبات در بافتها و گیاهان مختلف را تنظیم می کند و به این دلیل بطور مستقیم در تنظیم سیستم گردش، تجمع چوب و پاسخ در مقابل تخریب مکانیکی و عوامل بیماری زا دخالت دارد. این آنزیم به عنوان آنزیم اساسی در پدیده چوبی شدن دارای بیشینه مطالعات آنزیمی در ارتباط با متابولیسم ثانویه در گیاهان است و حدود یک درصد از کل پروتئین سلول گیاهی را تشکیل می دهد.

PALدر بسیاری گیاهان به عنوان یک ترکیب تترامر که توسط خانواده ژنی کوچکی با چهار عضو در آرابیدوپسیس (4PAL -1PAL) کد می شود. PAL یکی از اولین ژنهای تدافعی گیاهان تشخیص داده شده است