وثيقة
TRANSCRIPTOME SEQUENCING AND FUNCTIONAL ANALYSIS OF DATE PALM (Phoenix dactylifera L.) GROWN UNDER SALINITY
الناشر
Sultan Qaboos University
ميلادي
2019
اللغة
الأنجليزية
الموضوع
الملخص الإنجليزي
The global agriculture systems are under tremendous pressure of abiotic stresses due to climate change. In order to meet the food demands of the increasing population, there is a need to develop sustainable agriculture by increasing the ability of plants to tolerate stress conditions. In Oman, date palm cultivation is a prime agricultural activity which contributes to over 355 metric tonnes dates annually. However, due to the improper irrigation and agriculture practices, the soil salinity along the coast has increased over the past few years. Date palm is a relative salinity stress-tolerant plant however, soil salinity has affected the productivity, quality and the health of the plants. Therefore, the aim of this project was to study the salinity tolerance traits in date palm using a transcriptomic and functional gene analysis approach. The study was initiated by global transcriptome analysis of salinity stressed and non-stressed leaf and root tissues of the seedlings. The gene expression profiles revealed a pattern of differentially expressed genes under salt stress, it was observed that 2630 and 4687 genes were differentially expressed in leaves and roots tissues, respectively. The transcriptome study also identified the genes and the pathways that are associated with salinity and thus provided a foundation for functional characterization of salt stress-responsive genes in date palm. In order to confirm the gene expression results obtained using the total RNA-sequencing method, quantitative real-time PCR (qPCR) was performed using reference genes that were experimentally identified in this study. Further to functionally identify salinity stress-responsive genes, a whole cDNA library of salinity stressed date palm root was screened using a yeast bio-assay. The yeast functional screening bioassay was able to identify date palm 47 genes that could potentially play a role in salinity tolerance in plants. Two important genes identified from the yeast assay; plasma membrane intrinsic 1;2 (PdPIP1;2) and metallothionein 2A (PdMT2A) were selected for functional characterization in planta using Arabidopsis thaliana as a model plant. The heterologous overexpression of PdPIP1;2 in Arabidopsis improved drought and salinity tolerance by maintaining a balanced K+/Na+ ratio, water content and chlorophyll content in transgenic plants. In addition, PdPIP1;2 also improved the vigor and survival capacity of the recovered drought-stressed transgenic plants. The transgenic plants overexpressing PdMT2A accumulated less Na+ maintained high K+/Na+ ratio, better chlorophyll content, and higher superoxide dismutase (SOD) activity and showed better survival capacity during drought and salinity stress. Finally, the outcomes of this study may open a new direction in producing drought- and salt-tolerant date palm using conventional and unconventional biotechnological tools.
الوصف
Thesis
المجموعة
URL المصدر
الملخص العربي
تتعرض الأنظمة الزراعية في العالم لمشاكل عده بسبب تغير المناخ ومنها ارتفاع درجات الحرارة والملوحة في التربة. ولذلك
ومن أجل تلبية الاحتياجات الغذائية للعدد المتزايد من السكان، دعت الحاجة الى تطوير الزراعة المستدامة عن طريق زيادة
قدرة النباتات على تحمل حالات الإجهاد الناتجه عن الجفاف و الملوحه. يعتبر نخيل التمر اهم محصول زراعي في سلطنة عُمان حيث يسهم في أكثر من 355 طن متري من الإنتاج السنوي. ولكن أدت ممارسات الري والزراعة غير الملائمة خلال السنوات القليلة الماضية الى ارتفاع ملوحة التربة على طول الساحل العُماني. وبالرغم من أن نبات نخيل التمر من النباتات المقاومة للملوحة نسبيًا، فقد أثرت ملوحة التربة المتزايدة بشكل ملحوظ على إنتاجية الاشجار وكذلك على جودة ثمارها. من اجل ذلك، كان الهدف الرئيسي من هذا المشروع هو دراسة آليات تحمل الملوحة في نخيل التمر من اجل المساعده على انتاج نبات اكثر مقاومه للملوحه و ذلك باستخدام منهج التحليل الشامل لجميع المورثات المُثارة والتي تم نسخها من الحمض النووي وكذلك باستخدام أسلوب التوصيف الوظيفي للمورث في خلايا الخميرة والنبات النموذجي. تناولت هذه الدراسة تحديداً التحليل الشامل لجميع المورثات المُثارة والمنسوخة في أوراق وجذور اشتال نخيل التمر بعد تعرضها للملوحة ومقارنتها بتلك التي تم تعرضها لظروف الطبيعية داخل الحاضنة النباتية. أظهرت النتائج عن وجود تذبذب في التعبير الجيني في 2,630 مورثا مستخلص من الأوراق و 4,687 مورث اً مستخلص من الجذور. الدراسة ذاتها توصلتالى تحديد المورثات المسؤولة عن الاستجابة للملوحة وكذلك تحديد شبكات التفاعل البيولوجي المرتبطة بهذه المورثات. هذاالاكتشاف قد يساهم في توفير ركيزة بحثية يُنطلق من خلالها الى دراسات توصيفيه لكل المورثات من أجل تحديد وظيفتها فيآليات مقاومة الملوحة في النخيل من اجل انتاج أشجار نخيل أكثر مقاومه للملوحة في المستقبل. من خلال هذه الدراسة ايضا،ًتم استخدام تقنية القياس الكمي التفاعلي للبلمرة المتسلسل اللحظي ) quantitative real time PCR ( وكذلك المقارنة معمورثات مرجعية تم تحديدها من أجل ضبط معدلات تذبذب التعبير الجيني التي تم تحديدها سابقا باستخدام تقنية قراءة تسلسلالحمض النووي الرايبوزي ) RNA sequencing method .)اشتملت الدراسة كذلك على عمل اختبار جزيئي ووظيفي كامل للمورثات المثارة في جذور نبات النخيل نتيجة الملوحة وذلكباستخدام تقنية فحص وظائف الخميرة الحيوية والتي تم مسبقا ادخال مكتبة جينيه شامله من سلاسل الحمض النووي التكميلية(cDNA library) والتي تم استخلاصها من تلك الجذور الى خلاياها. أشارت هذه التقنية الى وجود 47 مورث قد يكون له دور فعّال في مقاومة هذا النبات لملوحة التربة. من بين مجموعة هذه المورثات تم فقط التركيز في هذه الدراسة على اثنين منها وهما: plasma membrane intrinsic 1;2 (PdPIP1;2) و metallothionein 2A ( PdMT2A (، حيث تم توصيف الوظائف الحيوية المرتبطة بكل منهما على حده في خلايا الخميرة المعطوبة جينيا و كذلك في النبات النموذجي رشادأذن الفأر) Arabidopsis thaliana .)بالمقارنة مع النباتات الغير معدله وراثيا والتي نمت في نفس الظروف البيئية، أحدثت عملية النقل الجيني بهدف زيادة التعبير الجيني مغاير المنشأ لمورث PdPIP1;2 الى تحسين مقاومة نبات رشاد اذن الفأر للملوحة والجفاف في التربة من خلال قدرته على تحقيق التوازن في نسبة أيونات البوتاسيوم الى الصوديوم وكذلك محتوى الماء والمحتوى الكلوروفيلي في النباتات المعدلة وراثيا. اضافة الى ذلك، تحسنت حيوية النبات وقابليته للنجاة من الجفاف بعد اعادته الى الظروف الملائمة. أما بالنسبةلمورث PdMT2A ، فإن النباتات المعدلة وراثيا،ً اظهرت معدلات تراكم قليلة لأيونات الصوديوم، واحتفظت بمعدلات مرتفعةمن نسبة أيونات البوتاسيوم الى الصوديوم، وتحسن المحتوى الكلوروفيلي وارتفع نشاط الجين ) superoxide dismutase (SO . بالإضافة الى ذلك، تحسنت قابلية هذه النباتات المعدلة وراثيا في النجاة من الجفاف والملوحة التي تعرض لها لفترهمحدودة خلال التجربة. وأخيراً، ان أهم مخرجات هذه الدراسة هو فتح آفاق جديدة لإنتاج نبات نخيل مقاوم للجفاف والملوحةباستخدام أساليب التقنيات الحيوية التقليدية وكذلك أساليب التقنية الحيوية الحديثة.__
ومن أجل تلبية الاحتياجات الغذائية للعدد المتزايد من السكان، دعت الحاجة الى تطوير الزراعة المستدامة عن طريق زيادة
قدرة النباتات على تحمل حالات الإجهاد الناتجه عن الجفاف و الملوحه. يعتبر نخيل التمر اهم محصول زراعي في سلطنة عُمان حيث يسهم في أكثر من 355 طن متري من الإنتاج السنوي. ولكن أدت ممارسات الري والزراعة غير الملائمة خلال السنوات القليلة الماضية الى ارتفاع ملوحة التربة على طول الساحل العُماني. وبالرغم من أن نبات نخيل التمر من النباتات المقاومة للملوحة نسبيًا، فقد أثرت ملوحة التربة المتزايدة بشكل ملحوظ على إنتاجية الاشجار وكذلك على جودة ثمارها. من اجل ذلك، كان الهدف الرئيسي من هذا المشروع هو دراسة آليات تحمل الملوحة في نخيل التمر من اجل المساعده على انتاج نبات اكثر مقاومه للملوحه و ذلك باستخدام منهج التحليل الشامل لجميع المورثات المُثارة والتي تم نسخها من الحمض النووي وكذلك باستخدام أسلوب التوصيف الوظيفي للمورث في خلايا الخميرة والنبات النموذجي. تناولت هذه الدراسة تحديداً التحليل الشامل لجميع المورثات المُثارة والمنسوخة في أوراق وجذور اشتال نخيل التمر بعد تعرضها للملوحة ومقارنتها بتلك التي تم تعرضها لظروف الطبيعية داخل الحاضنة النباتية. أظهرت النتائج عن وجود تذبذب في التعبير الجيني في 2,630 مورثا مستخلص من الأوراق و 4,687 مورث اً مستخلص من الجذور. الدراسة ذاتها توصلتالى تحديد المورثات المسؤولة عن الاستجابة للملوحة وكذلك تحديد شبكات التفاعل البيولوجي المرتبطة بهذه المورثات. هذاالاكتشاف قد يساهم في توفير ركيزة بحثية يُنطلق من خلالها الى دراسات توصيفيه لكل المورثات من أجل تحديد وظيفتها فيآليات مقاومة الملوحة في النخيل من اجل انتاج أشجار نخيل أكثر مقاومه للملوحة في المستقبل. من خلال هذه الدراسة ايضا،ًتم استخدام تقنية القياس الكمي التفاعلي للبلمرة المتسلسل اللحظي ) quantitative real time PCR ( وكذلك المقارنة معمورثات مرجعية تم تحديدها من أجل ضبط معدلات تذبذب التعبير الجيني التي تم تحديدها سابقا باستخدام تقنية قراءة تسلسلالحمض النووي الرايبوزي ) RNA sequencing method .)اشتملت الدراسة كذلك على عمل اختبار جزيئي ووظيفي كامل للمورثات المثارة في جذور نبات النخيل نتيجة الملوحة وذلكباستخدام تقنية فحص وظائف الخميرة الحيوية والتي تم مسبقا ادخال مكتبة جينيه شامله من سلاسل الحمض النووي التكميلية(cDNA library) والتي تم استخلاصها من تلك الجذور الى خلاياها. أشارت هذه التقنية الى وجود 47 مورث قد يكون له دور فعّال في مقاومة هذا النبات لملوحة التربة. من بين مجموعة هذه المورثات تم فقط التركيز في هذه الدراسة على اثنين منها وهما: plasma membrane intrinsic 1;2 (PdPIP1;2) و metallothionein 2A ( PdMT2A (، حيث تم توصيف الوظائف الحيوية المرتبطة بكل منهما على حده في خلايا الخميرة المعطوبة جينيا و كذلك في النبات النموذجي رشادأذن الفأر) Arabidopsis thaliana .)بالمقارنة مع النباتات الغير معدله وراثيا والتي نمت في نفس الظروف البيئية، أحدثت عملية النقل الجيني بهدف زيادة التعبير الجيني مغاير المنشأ لمورث PdPIP1;2 الى تحسين مقاومة نبات رشاد اذن الفأر للملوحة والجفاف في التربة من خلال قدرته على تحقيق التوازن في نسبة أيونات البوتاسيوم الى الصوديوم وكذلك محتوى الماء والمحتوى الكلوروفيلي في النباتات المعدلة وراثيا. اضافة الى ذلك، تحسنت حيوية النبات وقابليته للنجاة من الجفاف بعد اعادته الى الظروف الملائمة. أما بالنسبةلمورث PdMT2A ، فإن النباتات المعدلة وراثيا،ً اظهرت معدلات تراكم قليلة لأيونات الصوديوم، واحتفظت بمعدلات مرتفعةمن نسبة أيونات البوتاسيوم الى الصوديوم، وتحسن المحتوى الكلوروفيلي وارتفع نشاط الجين ) superoxide dismutase (SO . بالإضافة الى ذلك، تحسنت قابلية هذه النباتات المعدلة وراثيا في النجاة من الجفاف والملوحة التي تعرض لها لفترهمحدودة خلال التجربة. وأخيراً، ان أهم مخرجات هذه الدراسة هو فتح آفاق جديدة لإنتاج نبات نخيل مقاوم للجفاف والملوحةباستخدام أساليب التقنيات الحيوية التقليدية وكذلك أساليب التقنية الحيوية الحديثة.__
قالب العنصر
الرسائل والأطروحات الجامعية
حجم الملف
5 ميغا بايت
1
0
