Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Metabolite profiles of 'KDML 105' and salt-tolerant 'UBN 02123-50R-B-2' rice oryza sativa L. in response to salinity stress

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

เมแทบอไลต์โพรไฟล์ของข้าว Oryza sativa L. พันธุ์ขาวดอกมะลิ 105 และพันธุ์ทนเค็ม UBN 02123-50R-B-2 ในการตอบสนองต่อความเครียดจากความเค็ม

Year (A.D.)

2014

Document Type

Thesis

First Advisor

Supaart Sirikantaramas

Second Advisor

Nuchanat Wutipraditkul

Faculty/College

Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)

Degree Name

Master of Science

Degree Level

Master's Degree

Degree Discipline

Biochemistry

DOI

10.58837/CHULA.THE.2014.916

Abstract

In this research, I studied metabolic responses in the two cultivars of Thai rice, moderately salt sensitive rice ‘KDML 105’ and salt-tolerant rice ‘UBN02123-50R-B-2’ (UBN). I found different physiological appearance in both cultivars when treated with 80 mM NaCl at 12 and 24 h. The metabolite profiles of six replicates of leaves and roots were then investigated using GC-TOF/MS and LC-MS/MS. The results showed that metabolites in glycolysis, energy metabolisms, and amino acid metabolisms were up-accumulated faster in UBN when compared to KDML 105 at 12h under salinity stress. At 24h, those metabolite levels in UBN were declined in contrast to those in KDML 105 that showed higher up-accumulation. To investigate stress-related gene expressions, several candidate genes, e.g. L-galactono-1,4-lactone dehydrogenase, glutamate decarboxylase, pyrroline-5-carboxylate reductase, and riboflavin synthase, were selected. I found that the genes encoding glutamate decarboxylase and pyrroline-5-carboxylate reductase, which involved in the osmoprotectant biosynthesis, were significantly higher expressed during salinity treatment at 24h in UBN than KDML 105. In contrast, the gene encoding riboflavin synthase was significantly lower expressed in KDML 105 than UBN. Secondary metabolite analyses showed the up-accumulation of ferulic acid in roots of the UBN. These results suggest that UBN can response to salinity stress much better than KDML105 through the higher up accumulation of primary metabolites and osmoprotectants, implying the higher salinity tolerance ability in the salt-tolerant rice ‘UBN02123-50R-B-2’.

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

งานวิจัยนี้ได้ทำการศึกษาการตอบสนองทางเมแทบอไลต์ในข้าวสายพันธุ์ไทยสองสายพันธุ์ คือ ข้าวสายพันธุ์ไทยขาวดอกมะลิ 105 (KDML 105) ซึ่งมีคุณสมบัติไม่ทนเค็มระดับปานกลาง และข้าวเจ้าหอมทนดินเค็ม UBN02123-50R-B-2 (UBN) ผู้วิจัยพบความแตกต่างของลักษณะสรีรวิทยาอย่างชัดเจนในข้าวที่อยู่ในด้วยสารละลายโซเดียมคลอไรด์ความเข้มข้น 80 mM เป็นเวลา 12 และ 24 ชั่วโมง เมื่อศึกษาโปรไฟล์เมแทบอไลต์ของใบและรากของข้าวจำนวน 6 ซ้ำภายใต้ภาวะเครียดจากความเค็มด้วยเทคนิค GC-TOF/MS และ LC-MS/MS พบว่า เมแทบอไลต์ในวิถีไกลโคไลซิส วิถีเมแทบอลิซึมสร้างพลังงาน และเมแทบอลิซึมของกรดอะมิโน มีระดับการสะสมเพิ่มสูงขึ้นใน UBN เร็วกว่า KDML 105 ที่เวลา 12 ชั่วโมงภายใต้ภาวะเครียดจากความเค็ม ที่เวลา 24 ชั่วโมง ระดับของเมแทบอไลต์ดังกล่าวมีการลดลงใน UBN ซึ่งให้ผลตรงกันข้ามกับระดับของเมแทบอไลต์ใน KDML 105 ที่มีการสะสมเพิ่มสูงขึ้น เพื่อศึกษาการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับความเครียดจากความเค็ม ได้เลือกยีนตัวแทนคือ แอล-กาแลกโตโน-1,4-แลกโตน ดีไฮโดรจีเนส กลูตาเมทดีคาร์บอกซีเลส ไพโรลีน-5-คาร์บอกซีเลท รีดักเทส และ ไรโบฟลาวินซินเทส พบว่า ยีนที่เข้ารหัสเป็นเอนไซม์กลูตาเมทดีคาร์บอกซีเลสและเอนไซม์ไพโรลีน-5-คาร์บอกซีเลท รีดักเทส ซึ่งมีความเกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์สารป้องกันแรงดันออสโมติก มีการแสดงออกเพิ่มสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญภายใต้ความเครียดจากความเค็มที่เวลา 24 ชั่วโมง ใน UBN เมื่อเทียบกับ KDML 105 ในทางตรงกันข้าม ยีนที่เข้ารหัสเป็นเอนไซม์ไรโบฟลาวินซินเทสมีการแสดงออกลดลงอย่างมีนัยสำคัญใน KDML 105 เทียบกับ UBN การวิเคราะห์รูปแบบของเมแทบอไลต์ทุติยภูมิพบระดับการสะสมที่เพิ่มขึ้นของกรดเฟอรูลิกในรากของ UBN จากผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า UBN สามารถตอบสนองต่อความเครียดจากความเค็มได้ดีกว่า KDML 105 ผ่านการสะสมเพิ่มขึ้นของเมแทบอไลต์ปฐมภูมิ และสารป้องกันแรงดันออสโมติก ซึ่งบ่งบอกถึงความสามารถในการทนทานความเค็มที่สูงกว่าของ UBN เมื่อเปรียบเทียบกับ KDML 105

Link to Full Text

Share

COinS