ورود کاربران دانشگاهی
ثبت نام(مطالعه آنلاین پایان نامه ها)
کاربر مهمان
سپندا
پنجشنبه 9 فرودرین 1403
|
34.203.221.104
:Your IP
س
امانه
پ
ایان
ن
امه های
د
انشگاه
ا
صفهان (
سپندا
)
صفحه اول(جستجو)
مرور موضوعی
پرسش های متداول و راهنما
سامانه تطبیق پایان نامه با شیوه نامه
تماس با ما
(0)
عنوان :
نقش آکواپورین NtAQP1 درهدایت آبی ریشه گیاه توتون در شرایط تنش خشکی وفقر فسفر
انتشارات :
دانشگاه اصفهان
سال :
1387
زبان :
Persian
شماره سند :
5818
موضوع :
پژوهشگر :
مجید مهدیه نجف آبادی
توصیفگر لاتین :
??????? ?? Plant physiology , Aquaporin , Antisedse , Oosyte , Drought stress , Transpiration , Nicotiana tabacum , Protoplast , Water potential
توصیفگر فارسی :
فیزیولوژی گیاهی ? 1387 ? آکواپورین ? آنتی سنس ? اووسیت ? تنش خشکی ? تعرق ? توتون ? پروتوپلات
دانشکده :
دانشکده علوم، گروه زیست شناسی
مقطع :
دکتری زیست شناسی گرایش فیزیولوژی گیاهی
استاد راهنما :
دکتر اکبر مستاجران
استاد مشاور :
سال دفاع :
1387
شماره رکورد :
5818
شماره راهنما :
BIO3 16
فهرست :
فهرست مطالبعنوان صفحهفصل اول: کلیات و اهداف1-1- جذب و حرکت آب در گیاهان عالی....................................................................................................................... 11-2- روابط آبی سلول و گیاه...............................................................................................................................................21-2-1- پتانسیل آب سلول و اجزاء آن..............................................................................................................................21-2-2- روابط آبی خاک-گیاه-اتمسفر..............................................................................................................................41-2-3- مقادیر پتانسیل آب در مسیر حرکت..................................................................................................................41-3- مفهوم هدایت آبی.........................................................................................................................................................61-4- مسیر جریان آب در ریشه و نیروهای محرک.........................................................................................................91-4-1- جزء محوری جریان آب..........................................................................................................................................91-4-2- جزء شعاعی جریان آب........................................................................................................................................101-5- مدل انتقال مرکب......................................................................................................................................................131-6- انتقال آب از عرض غشاءها.......................................................................................................................................141-6-1- ساختار غشاء...........................................................................................................................................................151-6-2- خصوصیات انتقال آب از خلال آکواپورینها....................................................................................................151-7- تاریخچه آکواپورینها.................................................................................................................................................171-8- وظیفه آکواپورینها.....................................................................................................................................................171-9- ساختار آکواپورینها...................................................................................................................................................181-10- تنوع و پراکندگی آکواپورینهای گیاهی............................................................................................................201-11- گسترة وسیعی از انتقال انتخابی..........................................................................................................................211-12- سطوح تنظیم آکواپورینها....................................................................................................................................231-12-1- تنظیم در سطح رونویسی و ترجمه................................................................................................................231-12-2- تنظیم فراوانی آکواپورینها..............................................................................................................................241-12-3- تنظیم در سطح پس از ترجمه........................................................................................................................261-12-3-1- فسفریلاسون...................................................................................................................................................261-12-3-2- هترومریزاسیون..............................................................................................................................................281-12-3-3- تنظیم توسط pH و Ca2+ ........................................................................................................................291-12-3-4- باز و بسته شدن در اثر غلظت بالای ماده محلول و شوکهای فشار................................................30عنوان صفحه 1-12-3-5- تنظیم توسط انتقال غشایی........................................................................................................................311-13- نقش آکواپورینها در روابط آبی گیاهان............................................................................................................331-14- تنش خشکی و نقش ریشه ..................................................................................................................................341-14-1- انطباق هدایت آبی ریشه با خشکی.............................................................................................................351-14-2- تنظیم آکواپورینها در شرایط تنش خشکی................................................................................................36 1-15- فقر فسفر و اثر آن بر روابط آبی گیاهان............................................................................................................371-15-1- اثر فقر فسفر بر هدایت آبی ریشه..................................................................................................................381-15-2- اثر فقر فسفر بر رشد ریشه..............................................................................................................................391-16- مشخصات گیاه توتون ...........................................................................................................................................391-17- مزیت گیاه توتون در مطالعه نقش آکواپورینها در گیاهان...........................................................................401-18- اهداف این تحقیق...................................................................................................................................................41فصل دوم : اثر تنش خشکی بر روابط آبی برگ در گیاه توتون2-1- مقدمه...........................................................................................................................................................................422-2- مواد و روشها.............................................................................................................................................................47 2-2-1- تهیه گیاه و طرح آزمایش...................................................................................................................................472-2-2- اندازهگیری پارامترهای روابط آبی برگ...........................................................................................................48 2-2-2-1- هدایت آبی روزنه (Gs) و تعرق (Tr)........................................................................................................482-2-2-2- پتانسیل آب برگ (L?).................................................................................................................................492-2-2-3- فشار اسمزی (?) و فشار تورگر (P) برگ..................................................................................................502-2-2-4- محتوی آب نسبی (RWC).........................................................................................................................512-2-3- آنالیزهای آماری.....................................................................................................................................................512-3- نتایج..............................................................................................................................................................................512-3-1- اثر تنش خشکی بر پارامترهای روابط آبی برگ و میزان بازیافت آنها.......................................................512-3-1-1- هدایت آبی روزنه و سرعت تعرق..................................................................................................................522-3-1-2- پتانسیل آب برگ و اجزاء آن .......................................................................................................................532-3-1-3- محتوی آب نسبی ...........................................................................................................................................552-4- بحث..............................................................................................................................................................................55عنوان صفحه2-4-1- اثر تنش خشکی بر پارامترهای روابط آبی برگ گیاه توتون........................................................................562-4-2- اثر تنش خشکی بر پتانسیل آب برگ و اجزاء آن در گیاه توتون...............................................................572-4-3- اثر تنش خشکی بر محتوی آب نسبی برگ در گیاه توتون.........................................................................58فصل سوم : اثر تنش خشکی بر هدایت آبی ریشه در گیاه توتون3-1- مقدمه..........................................................................................................................................................................603-2- مواد و روشها.............................................................................................................................................................65 3-2-1- تهیه گیاه و طرح آزمایش...................................................................................................................................653-2-2- اندازهگیری سرعت جریان شیره خام (Jv) و هدایت آبی اسموتیک ریشه (Lpr-o)..............................66 3-2-3- آنالیزهای آماری....................................................................................................................................................663-3- نتایج.............................................................................................................................................................................673-3-1- اثر تنش خشکی بر سرعت جریان شیره خام و هدایت آبی اسموتیک و میزان بازیافت آنها...............673-3-2- اثر تنش خشکی بر نیروی محرکه اسمزی در ریشه.....................................................................................683-4- بحث.............................................................................................................................................................................69فصل چهارم : الگوی بیان آکواپورین NtAQP1 در ریشه و نقش آن در هدایت آبی ریشه گیاه توتون تحت تنش خشکی4-1- مقدمه...........................................................................................................................................................................734-2- مواد و روشها.............................................................................................................................................................774-2-1- تهیه گیاه و طرح آزمایش...................................................................................................................................774-2-2- طراحی و آزمون پرایمر برای آنالیز بیان ژن توسط PCR Real–time...............................................78 4-2-3- تهیة استاندارد.......................................................................................................................................................804-2-3-1- RT-PCR ناحیه 3' UTR و کلون سازی آن.......................................................................................804-2-3-2- انتقال وکتور به باکتری E. coli سوش One Shot TOP 10 .....................................................834-2-3-3- جداسازی وکتور TOPO حامل ناحیه تکثیر شده 3'UTR از باکتری E. coli و تعیین ترادف آن..............................................................................................................................................................................................85 عنوان صفحه 4-2-3-4- سنتز cRNA در شرایط in vitro از ناحیه 3' UTR ........................................................................864-2-4- استخراج RNA از گیاهان شاهد و تیمار شده و سنتز DNA تک رشته از آن.....................................884-2-5- انجام Real-time PCR کمی........................................................................................................................904-3- نتایج..............................................................................................................................................................................904-3-1- کلون کردن ناحیه 3'UTR ژن آکواپورین......................................................................................................90 4-3-2- بیان آکواپورین NtAQP1 تحت تنش خشکی.............................................................................................924-3-3- نقش آکواپورین NtAQP1 در هدایت آبی اسموتیک ریشه.......................................................................954-3-4- نقش آکواپورین NtAQP1 در تحمل کل گیاه توتون به تنش خشکی...................................................97 4-4- بحث..............................................................................................................................................................................984-4-1- الگوی بیان آکواپورینهای نوع PIP در ریشه توتون تحت تنش خشکی................................................984-4-2- نقش آکواپورین NtAQP1 در گیاه توتون در شرایط تنش خشکی.........................................................101 4-4-3- الگوی بین آکواپورین NtAQP1 در برگ توتون تحت تنش خشکی......................................................103 فصل پنجم : اثر فقر فسفر بر روابط آبی برگ، هدایت آبی ریشه و نفوذ پذیری آبی غشاء سلولی در گیاه توتون5-1- مقدمه.............................................................................................................................................................. .........1055-2- مواد و روشها..............................................................................................................................................................109 5-2-1- تهیه گیاه و طرح آزمایش....................................................................................................................................1095-2-2- اندازه گیری مقادیر هدایت آبی روزنه (Gs) و تعرق (Tr)........................................................................1105-2-3- اندازهگیری سرعت جریان شیره خام (Jv) و هدایت آبی اسموتیک ریشه (Lpr-o)..............................1105-2-4- تعیین ضریب نفوذپذیری آبی سلولهای ریشه توتون به روش سنجش افزایش حجم پروتوپلاست............................................................................................................................................................................1115-2-5- آنالیزهای آماری...................................................................................................................................................1155-3- نتایج............................................................................................................................................................................1155-3-1- اثر فقر فسفر بر هدایت آبی روزنه و سرعت تعرق گیاه توتون...................................................................1155-3-2- اثر فقر فسفر بر سرعت جریان شیره خام و هدایت آبی اسموتیک ریشه و میزان بازیافت آنها پس از حذف فقر فسفر ......................................................................................................................................................116 عنوان صفحه5-3-3- تغییرات مورفولوژیک و وزن ریشه گیاهان توتون در اثر فقر فسفر..........................................................1175-3-4- اثر فقر فسفر بر نفوذ پذیری آبی اسموتیک و هدایت آبی غشاء پلاسمایی پروتوپلاستهای ریشه.......................................................................................................................................................................................1185-4- بحث...........................................................................................................................................................................1205-4-1- اثر فقر فسفر بر هدایت آبی روزنه و سرعت تعرق در گیاه توتون............................................................120 5-4-2- اثر فقر فسفر بر سرعت جریان شیره خام و هدایت آبی اسموتیک در ریشه گیاه توتون....................1215-4-3- اثر فقر فسفر بر ضریب نفوذپذیری آبی اسموتیک و هدایت آبی غشاء پلاسمایی سلولهای ریشه.......................................................................................................................................................................................122 5-4-4- اثر فقر فسفر بر نسبت وزن بخش هوایی به وزن ریشه.............................................................................124فصل ششم : الگوی بیان آکواپورین NtAQP1 در ریشه و نقش آن در هدایت آبی ریشه گیاه توتون تحت تنش فقر فسفر6-1- مقدمه.........................................................................................................................................................................1266-2- مواد و روشها...........................................................................................................................................................1286-2-1: تهیه گیاه و طرح آزمایش...................................................................................................................................1286-2-2- آنالیز بیان ژن توسط Real time PCR....................................................................................................1296-2-3- اندازهگیری سرعت جریان شیره خام، اسمولاریته شیره تراوش شده و مقدار هدایت آبی اسموتیک در ریشه توتون خودرو و آنتیسنس................................................................................................................................1296-2-4- آنالیزهای آماری.................................................................................................................................................1306-3- نتایج...........................................................................................................................................................................130 6-3-1- تغییر الگوی بیان ژن NtAQP1 در ریشه توتون تحت شرایط فقر فسفر...........................................1306-3-2- نقش آکواپورین NtAQP1 در سرعت جریان شیره خام و هدایت آبی اسموتیک ریشه در شرایط فقر فسفر......................................................................................................................................................................................1326-4- بحث...........................................................................................................................................................................1336-4-1- اثر فقر فسفر بر بیان NtAQP1 در ریشههای توتون...............................................................................1336-4-2- نقش آکواپورین NtAQP1 در هدایت آبی ریشه گیاه توتون در شرایط فقر فسفر...........................134 عنوان صفحهفصل هفتم: بررسی انتقال فسفات و قندهای محلول توسط NtAQP1 در مخمر و اووسیت7-1- مقدمه........................................................................................................................................................................1367-2- مواد و روشها..........................................................................................................................................................1397-2-1- کلون سازی NtAQP1...................................................................................................................................139 7-2-2- سنتز cRNA مربوط به NtAQP1 و تزریق آن به اووسیت...............................................................1407-2-2-1- وارد کردنNtAQP1 در وکتور بیانی زنوپوس...................................................................................1407-2-2-2- رونویسی در In Vitro...............................................................................................................................1427-2-3- آزمایشات جذب گلوکز و سوکروز رادیواکتیو در اووسیتها.....................................................................144 7-2-4- بیان NtAQP1 در مخمر موتان سوش PAM2 و آزمون کامل سازی.............................................144 7-2-4-1- وارد کردن ناحیه کد کنندهNtAQP1 در وکتور بیانی pYES2 مخمر......................................1447-2-4-2- انتقال وکتور pYES2 به مخمر موتان سوشPAM2 ....................................................................1467-2-4-3- آزمون کامل سازی با فسفات.....................................................................................................................1477-3- نتایج..........................................................................................................................................................................1487-3-1- نفوذپذیری اووسیتهای بیان کننده NtAQP1 نسبت قندهای محلول گلوکز و سوکروز.............1487-3-2- آزمون کامل سازی در مخمر موتان PAM2............................................................................................1507-4- بحث..........................................................................................................................................................................150 فصل هشتم: بحث، نتیجه گیری نهایی و پیشنهادات8-1- بحث و نتیجه گیری کلی......................................................................................................................................1548-2- پیشنهادات................................................................................................................................................................158پیوستها............................................................................................................................................................................159منابع و مآخذ.....................................................................................................................................................................167
چکیده :
چکیده گرچه تبادل ترکیبات مختلف از قسمت هوایی و ریشه گیاه میتواند انجام گیرد لیکن ریشهها معمولا محل ورود آب و املاح به داخل گیاهان عالی میباشند و لذا نقش اساسی در توازن آبی گیاه در شرایط معمول و تنشزا را بر عهده دارند. ظرفیت جذب آب توسط ریشه توسط شاخصی به نام هدایت آبی ریشه تعیین میشود. ریشهها قادرند هدایت آبی خود را با شرایط مختلف تطبیق دهند که این تطبیق از طریق تنظیم فراوانی و یا فعالیت آکواپورینها انجام میشود. آکواپورینها پروتئینهای غشایی متعلق به خانواده پروتئینی اصلی (MIP) بوده که اعضای این خانواده تقریبا در تمامی موجودات زنده یافت میشوند. بر اساس همولوژی توالی، MIP های گیاهی به چهار زیر گروه تقسیم میشوند که تا حدی منعکس کننده مکان درون سلولی آنهاست. PIPs (در غشاء پلاسمایی)، TIPs ( در غشاء واکوئلی)، NIPs (در غشاء پری باکتروئید، غشاء پلاسمایی و غشاء شبکه آندوپلاسمی) و SIPs (غشاء شبکه آندوپلاسمی). آکواپورین NtAQP1 توتون یکی از انواع آکواپورینهای نوع PIP1 در این گیاه است که به وفور در ریشه بیان میشود. به هر حال نقش دقیق آن در روابط آبی گیاه توتون از جمله هدایت آبی ریشه در شرایط تنش خشکی و یا فقر فسفر در رابطه با سایر آکواپورینهای توتون هنوز نامشخص است. به همین منظور طی آزمایشهای جداگانه ابتدا تاثیر تنش خشکی و یا فقر فسفر بر روابط آبی گیاه توتون مطالعه شد. سپس بیان NtAQP1 و همچنین دو آکواپورین دیگر نوع PIP با نام NtPIP1;1 و NtPIP2;1 در ریشه تحت شرایط تنش از طریق آنالیز Real time PCR بررسی شد و در پایان نقش NtAQP1 در روابط آبی گیاه به ویژه هدایت آبی ریشه در شرایط تنش خشکی و یا فقر فسفر با مطالعه گیاه موتان آنتیسنس NtAQP1 توتون مطالعه شد. نتایج نشان داد که تنش خشکی در عرض 24 ساعت (با افزودن پلی اتیلن گلیکول به محلول غذایی) باعث کاهش معنیداری در مقدار هدایت آبی روزنه (15 درصد شاهد) و سرعت تعرق گیاه (16 درصد شاهد) شد. به هر حال پس از خارج شدن گیاه از تنش خشکی مقادیر هدایت آبی روزنه و سرعت تعرق طی 24 ساعت به ترتیب تا 77 و 76 درصد مقدار شاهد بازیافت شدند. بعلاوه تنش خشکی موجب کاهش فاحشی در پتانسیل آب (در حد 70%) و فشار تورگر برگ (در حد 86%) و در مقابل افزایش (67%) فشار اسمزی برگ شد و پس از حذف شرایط تنش خشکی پتانسیل آب برگ تا 93%، فشار تورگر تا 102% مقدار آن در گیاه شاهد افزایش یافت در حالی که فشار اسمزی برگ تا 103% مقدار آن در گیاه شاهد کاهش مییابد. تنش خشکی همچنین موجب کاهش معنیداری در سرعت جریان شیره خام (کاهش 91 درصدی) و مقدار هدایت آبی اسموتیک (کاهش 4/93 درصدی) دریشه گیاه توتون شد. بعد از حذف تنش خشکی سرعت جریان شیره خام و مقدار هدایت آبی ریشه طی 24 ساعت به ترتیب به مقدار 80 و 84 درصد مقادیر آن در گیاه شاهد بازیافت شدند. آنالیز الگوی بیان 3 آکواپورین در ریشه نشان داد که تجمع نسخههای NtPIP1;1 و NtPIP2;1 به طور معنیداری در ریشه تحت تنش خشکی کاهش مییابد در حالی که سطح نسخه NtAQP1 در ریشه افزایش یافت. در برگها بر خلاف ریشه تجمع نسخههای NtAQP1 در اثر خشکی کاهش یافت که با کاهش هدایت آبی روزنه تطابق دارد. این نتایج پیشنهاد میکنند که کاهش بیان آکواپورینهای NtPIP1;1 و NtPIP2;1 در ریشه تحت تنش خشکی احتمالا به منظور جلوگیری از خروج آب از ریشه میباشد. این در حالی است که افزایش بیان آکواپورین NtAQP1 در ریشه تحت این شرایط به جذب آب باقیمانده در محیط اجازه داده و توانایی بازیافت گیاه از تنش خشکی را طی دوره آبیاری مجدد افزایش میدهد. آنالیز گیاهان آنتیسنس به خوبی از نظریه اخیر حمایت میکند. آنالیز لاینهای موتان آنتیسنس NtAQP1 توتون نشان داد که تحمل پائینتری به تنش خشکی نسبت به لاینهای خودرو دارند و در اثر تنش خشکی سریعتر پژمرده میشوند. از طرفی فقر فسفر نیز منجر به کاهش معنیداری در هدایت آبی روزنه و سرعت تعرق در برگهای گیاه توتون در عرض 7 روز شد به طوری که در روز هفتم سرعت تعرق در گیاه تحت فقر فسفر تا 34% افت نمود. در حالی که همزمان با آن هدایت آبی روزنه کاهش شدیدتری در حدود 65% نشان میدهد. همچنین در اثر تیمار فقر فسفر کاهش معنیداری در سرعت جریان شیره خام در زایلم و هدایت آبی اسموتیک ریشهها مشاهده شد به طوری که هدایت آبی اسموتیک ریشه گیاه توتون در اثر فقر فسفر به حدود 32% مقدار آن در گیاه شاهد افت کرد. با افزودن مجدد فسفر به محلول غذایی مشاهده شد که سرعت جریان شیره خام و هدایت آبی اسموتیک ریشه تا حدود 100% بازیافت میشود. به منظور بررسی اثر فقر فسفر بر خواص آبی غشاء پلاسمایی سلولهای ریشه توتون، پروتوپلاستهای ریشه جداسازی شد و ضریب نفوذپذیری آبی اسموتیک و هدایت آبی غشاء از طریق آنالیز انبساط حجم پروتوپلاست تعیین شد. نتایج نشان داد که فقر فسفر، پارامترهای آبی غشاء پلاسمایی یعنی ضریب نفوذپذیری آبی اسموتیک و هدایت آبی غشاء را به طور معنیداری تا حد 57 درصد کاهش داد که با کاهش هدایت آبی اسموتیک ریشه در این شرایط همبستگی دارد. به هر حال سطح نسخههای NtPIP1;1 و NtPIP2;1 در ریشه در اثر فقر فسفر تغییری نکرده و برعکس سطح نسخههای NtAQP1 افزایش مییابد. هیچ هبستگی میان روابط آبی گیاه توتون با سطح نسخههای این سه آکواپورین در ریشه تحت فقر فسفر یافت نشد. به نظر میرسد کاهش هدایت آبی ریشه گیاه توتون در اثر فقر فسفر احتمالا به دلیل کاهش بیان دیگر ژنهای آکواپورین در این گیاه میباشد. شناسایی تمامی این ژنها میتواند تصویر واضحتری از نقش آکواپورینها در هدایت آبی ریشه تحت شرایط فقر فسفر بدهد. نقش آکواپورین NtAQP1 در هدایت آبی ریشه در شرایط فقر فسفر از طریق مطالعه بر روی موتان آنتیسنس توتون بررسی شد. نشان داد که فقدان آکواپورین NtAQP1 در گیاه توتون تنها موجب کاهش 18 درصدی در هدایت آبی اسموتیک ریشه در شرایط معمول (کفایت فسفر) میشود در حالی که در شرایط فقر کامل فسفر در محلول غذایی فقدان NtAQP1 موجب کاهش شدیدتری در هدایت آبی ریشه تا حد 66% میشود. این مطلب به خوبی نشان میدهد که NtAQP1 به تنهایی نقشی در هدایت آب ریشه توتون در شرایط فقر کامل فسفر ندارد و در این شرایط بیان سایر آکواپورینها در گیاه نیز دستخوش تغییرات شدید میشوند. در پایان نقش احتمالی آکواپورینNtAQP1 جدا شده از گیاه توتون در انتقال فسفات و قندهای گلوکز و سوکروز به ترتیب از طریق بیان آکواپورین در مخمر موتان که در ترانسپورترهای با تمایل بالا برای انتقال فسفات نقص دارد و اووسیتهای زنوپوس بررسی شد. نتایج نشان داد که NtAQP1 قادر به جبران کردن رشد مخمر موتان در غلظتهای پائین فسفات محیط کشت نمیباشد و از طرفی فاقد قدرت انتقال قندهای گلوکز و سوکروز به داخل اووسیت است. از آنجا کهNtAQP1 به وفور در سلولهای اطراف آوند آبکش و چوب ریشه بیان میشود لیکن به نظر نمیرسد که نقش مهمی در انتقال قندهای محلول از آوند آبکش به داخل سلولهای اطراف برای تطبیق اسموتیک گیاه تحت تنش خشکی و یا در باز جذب فسفر از آوندهای چوبی تحت شرایط کمبود این عنصر داشته باشد. کلید واژهها: آکواپورین، انبساط حجم، آنتیسنس، اووسیت، تعرق، تنش خشکی، توتون، پروتوپلاست، پتانسیل آب، روابط آبی، زنوپوس، سرعت جریان شیره خام، سوکروز، ضریب نفوذپذیری آبی، فسفات، فشار اسمزی، فشار تورگر، فقر فسفر، گلوکز، مخمر، موتان، هدایت آبی ریشه، هدایت آبی روزنه
چکیده انگلیسی :
Abstract Although different chemical compounds exchange between plant and surrounding environment, roots usually provide water and nutrient in higher plants. Therefore, plant root play an essential role in plant,s water balance under optimum and stress conditions. Plant root hydraulic conductivity (Lpr) is an important index for water efflux and determining the water uptake capability of roots. It has been reported that roots can adjust the Lp under different conditions by regulation of abundance or activities of aquaporins. Aquaporins are membrane proteins that belong to the major intrinsic protein (MIP) family, in which could be found in nearly all living organisms. Based on the sequence homology, plant MIPs divided into four subgroups which to some extent reflect their different subcellular localizations. Members of the two major subgroups, the plasma membrane intrinsic proteins (PIPs) and the tonoplast intrinsic proteins (TIPs), have been initially situated in the plasma membrane and in the tonoplast, respectively. Homologues of NOD26, i.e. Nodulin26-like intrinsic proteins (NIPs), have been identified in endoplasmic reticulum (ER). The small basic intrinsic proteins (SIPs) form the fourth MIP subgroup and their subcellular localization is ER. NtAQP1 aquaporin belong to PIP1 subgroup in tobacco (Nicotiana tabacum cv. Samsun) and express abundantly in roots but its role in water relation of tobacco such as root hydraulic conductivity under drought stress or phosphorous (P) deficiency remains unknown. Thus in this study, the effects of drought stress or P deficiency on water relation of tobacco plants were studied and then the expression pattern of NtAQP1 in relation to NtPIP1;1 and NtPIP2;1 were analyzed by Real time PCR in roots. Finally the role of NtAQP1 in Lpr was determined using an antisense mutant line. Our results indicated that drought stress induced by adding PEG to nutrient solution has led to significant reductions in stomatal conductance (to 15% of control) and transpiration rate (to 16% of control) when 24h drought stress applied. However after removing PEG, these parameters were recovered to 76% and 77% of their original values after 24h recovery period, respectively. Also, drought stress has led to significant reductions in leaf water potential (70%) and turgor pressure (86%) but, in contrast, leaf osmotic pressure was increased (67%). After 24h recovery time these parameters were recovered to 93%, 102% and 103% of their control values respectively. Simultaneously, sap flow rate and osmotic hydraulic conductivity in roots showed 91% and 93.4% reductions under drought stress respectively. After 24h recovery time, sap flow rate was approached to 80% and osmotic hydraulic conductivity to 84% of their control values. Interestingly, the accumulation of NtPIP1;1 and NtPIP2;1 transcripts was significantly decreased, but only that of the NtAQP1 transcript was increased under drought stress. In contrast, the NtAQP1 transcripts were significantly decreased in leaves. Our results suggested that NtPIP1;1 and NtPIP2;1 play an important role in water transport in roots, and the expression of NtPIP1;1 and NtPIP2;1 is down-regulated in order to reduce osmotic hydraulic conductance of roots of tobacco plants under drought stress. The up-regulation of NtAQP1 increase plant ability for absorption of residue water and recovery. In support of our data the antisense NtAQP1 tobacco lines showed lower tolerance than wild type and wilted more rapidly under drought stress. In addition phosphorus deficiency also has led to 34% reduction in transpiration rate and 65% in stomatal conductance after 7 days of P-deficiency. Simultaneously, root osmotic hydraulic conductivity was reduced to 32% of control values. After 24h P-resuply, sap flow rate and root osmotic hydraulic conductivity were recovered to 100%. The effects of P-deficiency on hydraulic properties of root cell plasma membrane (i.e. hydraulic conductivity and osmotic water permeability, Pf) were analyzed using swelling assay of root protoplasts. Interestingly, the Pf of root protoplasts showed 57% reduction in P-deficiency treatment in which it has correlated with the reduction of root hydraulic conductivity. However, the expression of NtPIP1;1 and NtPIP2;1 did not change significantly in P-deficient plants compared with controls. In contrast, the copy numbers of NtAQP1 increased significantly in P-deficient plants. We did not find correlation between root hydraulic conductivity and aquaporin expression in transcription level. It is possible that other PIP-type genes may function in water transport and regulation of root hydraulic conductivity and Pf in tobacco plants and therefore it is suggested to analyses the PIP-type genes expression under P-deficiency conditions. The role of NtAQP1 in root hydraulic conductivity under P-deficiency also was determined in antisense mutant plants. The results showed that in absence of NtAQP1, the root hydraulic conductivity was declined by 18% under P-sufficient condition and also reduced by 66% under P-deficiency. It seems NtAQP1 alone dose not involved in adjustment of root hydraulic conductivity under P-deficiency. Finally the contribution of NtAQP1 of Nicotiana tabacum for transport of phosphate or sugars (glucose and sucrose) was investigated in yeast mutant (deficient in high affinity phosphate transporter) and Xenopus oocytes, respectively. NtAQP1 can not complement the growth of mutant on low phosphate concentrations in medium and it seem this aquaporin dose not have any a role in phosphate transport in plants. Also, the analysis of oocytes expressing NtAQP1 in medium containing radioactive sucrose or glucose showed that this aquaporin can not transport these sugars. Since NtAQP1 express in cells rounding xylem and phloem, it seems that NtAQP1 have not a role in P-re absorbsion from xylem under P-deficiency or osmotic adjustment under drought stress in plants. Keywords: Aquaporin, Drought stress, Glucose, Mutant, Nicotiana tabacum, Oocyte, Osmotic potential, Phosphate, Phosphate deficiency, Protoplast, Root hydraulic conductivity, Sap flow rate, Stomatal conductance, Sucrose, Swelling assay, Transpiration, Turgor potential, Water permeability coefficient, Water potential, Water relation, Xenopus, Yeast
کلید واژه ها :
فیزیولوژی گیاهی ? 1387 ? آکواپورین ? آنتی سنس ? اووسیت ? تنش خشکی ? تعرق ? توتون ? پروتوپلات,پتانسیل آب Plant physiology , Aquaporin , Antisedse , Oosyte , Drought stress , Transpiration , Nicotiana tabacum , Protoplast , Water potential
1387
0
صفحه اول :
University of Isfahan Faculty of Science Department of Biology PhD Thesis The Role of NtAQP1 Aquaporin in Root Hydraulic Conductivity of Tobacco (Nicotiana tabacum L.) Plants under Drought Stress and Phosphorus Deficiency Supervisor: Dr. Akbar Mostajeran By: Majid Mahdieh January 2008
فصل اول :
فصل دوم :
فصل سوم :
فصل چهارم :
فصل پنجم :
فصل ششم :