SUPERVISOR
احمد ارزانی (استاد مشاور) منصور امیدی (استاد مشاور) بدرالدین ابراهیم سیدطباطبایی (استاد راهنما) سیدعلی محمد میرمحمدی میبدی (استاد راهنما)
STUDENT
Roya Haghighi
رویا حقیقی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393
TITLE
Detection and identification of some flowering induction pathway genes in saffron (Crocus sativus)
Saffron is the world’s highest-valued spice having high production cost due to intensive hand labour to reduce saffron production costs it is necessary to undertake plant production under controlled with expanding the flowering period. Regulating the flowering process and understanding the factors involved in saffron flowering are crucial to further technical improvements. The previous research on saffron lead to an extensive knowledge of the influence of temperature on the flower induction, while the molecular mechanisms controlling flowering induction processes are largely unknown. The present study is the first conducted to isolate and characterize a regulator gene of saffron floral induction the Short Vegetative Phase ( SVP ) gene, which represses the floral initiation genes in the temperature response pathway, which involved in saffron flower induction. The results obtained from both phylogenetic analysis and T-coffee alignment confirms that the isolated sequence belongs to the SVP gene clades of MADS-box gene family. Gene expression analysis in different developmental stages revealed the highest expression of SVP transcript ( CsSVP ) during the dormancy and the vegetative stages, but decrease when flower development initiated and it was the least in late September when flower primordia are developed. Furthermore, its expression increased in the apical bud when corms are storage at 9-10 ?C, thus inhibiting flower induction. Additionally, comparison of the CsSVP transcript in apical buds from big ( 4g) and small ( 4g) corms, differing in their flowering capacity, indicates that the CsSVP transcript is present only in vegetative buds. Taken together, these results suggested inhibitory role of the SVP gene. To consider relationship between the gene involved in the flowering pathway and growth regulators that are the plant's initial response to environmental conditions, Since the SVP gene targets are involved in the hormonal pathway of cytokinins and methyl jasmonate, the effect of BAP phytohormones 5 mg / l and methyl jasmonate with concentrations of 20 and 100 mM in three developmental stage including; Dormancy, vegetative and flowering of saffron were performed and contain of carbohydrates, soluble protein and the antioxidant enzymes activity in roots, corms and leaves and CsSVP gene expression were evaluated. The results showed that BAP treatment during saffron dormancy reduced CsSVP gene expression and starch content, as well as changed in the antioxidant enzymes activity depend on organ and developmental stage. In order tomake clearthe relation between flower mass ratio and a rough content of carbohydrate, starch and protein of plants (able to flower and not-able to flower saffron at flowering stage), affecting on flower development and tofindmass-flowering pattern based on comparison of carbohydrate, and protein content of saffron corms as well as the antioxidant enzyme activities at three developmental stages of complete dormancy, flowering and vegetative growth. The experimentwas conductedin a completely randomized design (CRD) with three replicates. Due to the lower starch content in plants do produce flower than non-blooming saffron plants, itcan beconcluded that the plant may convert the starch in the corm of saffron into sugar, depending on its need at the flowering stage, and exchange these two substances as needed. Among the antioxidant enzymes investigated, it was found that theeroxidaseenzyme usually acts as a multifunctional enzyme and could enhance or inhibit flower induction. Keywords affron, SVP gene, gene identity, Gene expression, Carbohydrate content, Antioxidant enzyme
زعفران به عنوان ارزشمندترین ادویه در جهان به لحاظ هزینههای زیاد در تولید و فراوری این گیاه ، شناخته میشود. کاهش هزینههای تولید زعفران نیاز به تولید گیاه در شرایط کنترل شده با افزایش دوره گلدهی دارد. کنترل فرایند گلدهی و شناسایی عوامل دخیل در گلدهی زعفران بسیار حائز اهمیت است. تحقیقات پیشین، پیرامون نقش دما بر القای گلدهی متمرکز بوده است، اما مکانیسمهای مولکولی کنترل فرایندهای القای گل تا حد زیادی ناشناخته است. در مریستم انتهایی بنه تغییر ازدوره رویشی به زایشی از طریق دمای بالا در طی تابستان صورت میگیرد. مطالعه حاضر در این راستا به شناسایی، جداسازی و ارزیابی ژن Short Vegetative Phase ( SVP ) ، که نقش مهارکنندگی را برای ژنهای القاکننده گلدهی در پاسخ به چرخه دمایی ایفا میکند، پرداخته است. برای اولین بار این تحقیق به منظور شناسایی نقش فاکتورهای رونویسی زعفران در فرایندهای مربوط به القا گلدهی صورت گرفته است. نتایج به دست آمده از تجزیه و تحلیل فیلوژنتیک و همترازسازی با برنامه T-coffee alignment تأیید میکند که توالی جدا شده متعلق به گروه ژن SVP-like از خانواده ژن MADS-box است. بررسی بیان ژن در مراحل مختلف رشد نشان داد بیشترین میزان بیان رونوشت CsSVP در طی دوره رکود و رشد رویشی زعفران مشاهده شد، اما زمانی که نمو گلها آغاز شد بیان ژن کاهش یافت به طوری که در هنگام ایجاد آغازه گل که مصادف با شهریورماه است، میزان بیان ژن به حداقل خود رسید. علاوه بر این، بیان ژن CsSVP در جوانه رأسی بنههایی که در دمای9 تا ?C10 قرار گرفتند کاهش یافت و ممانعت از گلدهی صورت گرفت. همچنین مقایسه بیان رونوشت CsSVP در جوانه رأسی بنههای بزرگ (?g 4) و کوچک (g 4) که دارای ظرفیت گلدهی متفاوت هستند نشان میدهد که رونوشت CsSVP تنها در جوانههای رویشی وجود دارد. در مجموع این نتایج تاییدکننده نقش ممانعت از گلدهی در ژن CsSVP بود. به منظور ملاحظه ارتباط ژن درگیر در مسیر گلدهی و تنظیم کنندههای رشد که پاسخ اولیه گیاه به شرایط محیطی هستند و از آنجایی که تعدادی از هدفهای ژن SVP در مسیر هورمونی سیتوکینین و متیل جاسمونات درگیر هستند، بررسی اثر فیتوهورمونهای بنزیل آمینو پورین (BAP) با غلظت mgl -1 5 و متیل جاسمونات با غلظتهای 20و mM 100 در سه دوره رشدی شامل رکود، رویشی و گلدهی زعفران انجام شد و بیان ژن CsSVP در بنه، محتوای کربوهیدرات، پروتئین محلول و میزان فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی در ریشه، بنه و برگ بررسی شد. نتایج نشان دهنده تاثیر تیمار BAP در دوره رکود زعفران بر کاهش بیان ژن CsSVP بود و تاثیر کاهشیاش بر محتوای نشاسته و تغییر در میزان فعالیت آنزیمهای آنتیاکسیدانی به نوع اندام و مرحله رشدی وابسته بود. با هدف روشنشدن رابطه بین میزان شکوفایی گل و محتوای نسبی قند، نشاسته و پروتئین مؤثر بر نمو گل در گیاهان بهگلرفته و گیاهان بهگلنرفته زعفران در مرحله گلدهی و تعیین الگوی شکوفایی گل براساس مقایسه این صفات در مراحل دوره خواب، گلدهی و رشد رویشی آزمایشی در قالب طرح کاملاً تصادفی در سه تکرار، انجام شد. با توجه به وجود نشاسته کمتر در گیاهان بهگلرفته نسبت به گیاهان بهگلنرفته میتوان نتیجه گرفت که احتمالاً گیاه با توجه به نیاز خود در مرحله گلدهی، نشاسته موجود در بنه گیاه زعفران را به قند تبدیل و این دو ماده بر حسب ضرورت در تبادل با هم تغییر میکنند. در بین آنزیمهای آنتیاکسیدانی بررسیشده مشخص شد که آنزیم پراکسیداز معمولاً به صورت یک آنزیم چند منظوره عمل میکند و میتواند گلانگیزی را تقویت و یا مهار کند. کلمات کلیدی: آنزیمهای آنتیاکسیدانی، بیان ژن، زعفران، ژن SVP ، شناسایی ژن ،گلدهی، محتوای کربوهیدرات