خانواده ژنی گلوتاتیون ‭S-‬ترانسفراز ‭(GST) ‬در جو: شناسایی اعضا، بررسی الگوی بیان و فعالیت آنزیمی

تحمل به خشکی یک صفت کلیدی در گیاه جو‭(Hordeum vulgare L.) ‬جهت ثبات تولید در مناطق خشک به شمار می آید. شناسایی ژن های دخیل در تحمل به خشکی در گیاه جو منجر به مشخص شدن سازوکارهای تحمل می شود. خانواده گلوتاتیون ‭S-‬ترانسفراز به عنوان عوامل آنتی اکسیدانی، نقش مهمی در پاسخ گویی به تنش خشکی را در گیاهان ایفا می کند. در این پژوهش، اعضای خانواده ‭GST ‬جو (‮‭84‬ ژن) با استفاده از روش های بیوانفورماتیکی مورد شناسایی قرار گرفتند. براساس توالی های پروتیینی و بررسی های فیلوژنتیکی، ‮‭50‬ عضو در دسته ‮‭21 , Tau‬عضو در دسته ‭Phi‬، پنج عضو در دسته ‭Zeta‬، دو عضو در هریک از دسته های ‭DHAR‬، ‭EF‬1‭G ‬و ‭Lambda ‬و یک عضو در هر یک از دسته های ‭TCHQD ‬و ‭Theta ‬قرار گرفتند. فاکتورهای فیزیولوژیکی در سه رقم یوسف (متحمل)، موروکو (حساس) و یک اکوتیپ جو وحشی ‭HS‬1‭(H. vulgare ssp. spontaneum L.) ‬در سه سطح تنش رطوبتی ‮‭70‬ (شاهد)، ‮‭30‬ (تنش ملایم) و ‮‭10‬ درصد (تنش شدید) براساس ظرفیت زراعی مزرعه مورد بررسی قرار گرفت. در تنش شدید خشکی، بیشترین میزان ماده خشک در رقم یوسف (%‮‭70‬) و اکوتیپ وحشی (%‮‭70‬) و کمترین میزان در رقم حساس موروکو (%‮‭45‬) مشاهده شد. در شرایط تنش خشکی شدید بیشترین محتوای نسبی برگ (%‮‭90‬) مربوط به رقم یوسف و کمترین میزان محتوای آب نسبی برگ (%‮‭35‬) مربوط به رقم موروکو می باشد و اکوتیپ وحشی در سطح حدواسط (%‮‭70‬) قرار گرفته است. بیشترین افزایش میزان‭MDA ‬در رقم حساس موروکو تحت تنش شدید حاکی از پراکسیداسیون چربی های غشا و کافی نبودن فعالیت آنزیم های آنتی اکسیدانی بود. کمترین میزان ‭MDA ‬در شرایط مشابه تنش در رقم یوسف مشاهده شده است. میزان ‭MDA ‬در اکوتیپ وحشی نیز در شرایط تنش شدید افزایش یافته است، اما این میزان کمتر از میزان مشاهده شده در رقم حساس می باشد. بیشترین فعالیت آنزیم ‭GST ‬در رقم یوسف مشاهده شد و میزان فعالیت آنزیم مذکور در دو رقم موروکو و اکوتیپ وحشی تقریبا یکسان بوده است. پنج نامزد از ژن های شناسایی شده از خانواده بزرگ ‭GST (HvGSTU‬،1 ‭HvGSTU‬،‮‭32‬ ‭HvGSTF‬،7 ‭HvGSTF‬،‮‭16‬ ‭HvGSTF‬‮‭17‬) و یک ژن از خانواده اکسوستوسین ‭(HvEX‬1) انتخاب شدند و بیان آنها با استفاده از روش ‭real-time PCR ‬مورد بررسی قرار گرفت. ژن های ‭HvEX‬1 ، ‭HvGSTU‬1و ‭HvGSTF‬‮‭13‬ به طور غالب در رقم یوسف و در شرایط تنش شدید بیان شده اند. ژن ‭HvGSTF‬‮‭16‬ در دو رقم یوسف و موروکو با افزایش تنش، روند کاهشی داشته و برعکس در اکوتیپ وحشی افزایش بیان نشان داده است.الگوی بیانی ژن ‭HvGSTF‬7 در دو رقم یوسف و موروکو تقریبا مشابه و در اکوتیپ وحشی بدون تغییر باقی مانده است. بیان ژن ‭HvGSTU‬‮‭32‬ چندان نتایج برجسته و مهمی را برنداشته و بیشترین بیان این ژن مربوط می شود به سطح نرمال در رقم متحمل یوسف. به طور کلی بیشترین بیان ژن های‭GST ‬در رقم یوسف و در سطح رطوبت ‮‭10‬ درصد مشاهده شد. بر اساس نتایج به دست آمده، یکی از مکانیسم های دفاعی رقم یوسف تحت تنش خشکی، حضور فعال آنزیم های‭GST ‬بود که خسارت حاصل از واکنش های اکسیداتیو را کاهش می دهد. بنابر این فعالیت آنتی اکسیدانی و سم زدایی ‭GST‬ها می تواند به عنوان یک عامل موثر در تحمل به خشکی جو برای پژوهش های بعدی در نظر گرفته شود. واژگان کلیدی: تنش خشکی، جو، گلوتاتیون ‭S-‬ترانسفراز، بررسی فیلوژنتیک، بیان ژن، فعالیت آنزیم