تغییرات مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و رونویسی در Crocus sativus L. تحت استرس آب ناشی از پلی اتیلن گلیکول در شرایط آزمایشگاهی

زعفران (Crocus sativus L.)، ژئوفیت چند ساله از خانواده Iridaceae، در پاییز شکوفا می شود و در آب و هوای مدیترانه مانند رشد می کند. در حالی که کشت زعفران به طور کلی به حداقل آب نیاز دارد، آبیاری ناکافی می تواند بر عملکرد آن تأثیر منفی بگذارد. پژوهش حاضر با هدف بررسی اثرات پلی اتیلن گلیکول (PEG) 6000 در غلظت های 0، 5 و 10 درصد در القای تنش خشکی روی اندام هوایی زعفران در شرایط کنترل شده انجام شد. این تحقیق بر ارزیابی تغییرات مورفولوژیکی، فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی و تجزیه و تحلیل بیان ژن‌های پاسخ‌دهنده به خشکی متمرکز است. افزایش غلظت PEG در محیط به طور قابل توجهی بازسازی شاخساره را کاهش داد و منجر به افزایش قهوه ای شدن بافت آپیکال شد. تغییرات قابل توجهی در سطح کلروفیل و کاروتنوئید در شاخساره هایی که در معرض غلظت های بالاتر PEG بودند مشاهده شد. خشکی ناشی از PEG منجر به کاهش رشد گیاه و زیست توده و کاهش محتوای نسبی آب برگها شد. پراکسیداسیون لیپید، آسیب غشاء و محتوای H2O2 افزایش یافت که نشان دهنده افزایش سطح استرس است. غلظت پرولین در گیاهان تحت تیمار 5 و 10 درصد PEG نسبت به شاهد افزایش معنی‌داری داشت. فعالیت آنتی اکسیدانی غیر آنزیمی (فنول ها، فلاونوئیدها، درصد بازدارندگی، قدرت کاهنده کل و فعالیت آنتی اکسیدانی کل) نیز با شدت استرس افزایش یافت. در مقابل، کاهش فعالیت سوپراکسید دیسموتاز (SOD) و پراکسیداز در اندام هوایی تیمار شده با PEG مشاهده شد. تغییرات قابل‌توجهی در بیان ژن‌های مرتبط با خشکی مانند DREB1، DREB2، AREB1، DHN1 (Dehydrin) و SnRK2 در اندام‌های هوایی در معرض 5% و 10% PEG مشاهده شد. در نتیجه، این مطالعه نشان می‌دهد که PEG به عنوان یک محرک تنش خشکی، بر رشد و پاسخ‌های فیزیولوژیکی زعفران در شرایط آزمایشگاهی تأثیر منفی می‌گذارد. همچنین باعث ایجاد تغییرات قابل توجهی در مکانیسم های بیوشیمیایی و مولکولی می شود که نشان دهنده حساسیت گیاه به کمبود آب است.

Saffron (Crocus sativus L.), a perennial geophyte from the Iridaceae family, blooms in autumn and thrives in Mediterranean-like climates. While saffron cultivation generally requires minimal water, insufficient irrigation can negatively impact its yield. The present study aims to investigate the effects of polyethylene glycol (PEG) 6000 at concentrations of 0%, 5%, and 10% in inducing drought stress on saffron shoots under controlled conditions. The research focuses on evaluating morphological, physiological, and biochemical changes and analyzing the expression of drought-responsive genes. Increasing PEG concentrations in the medium significantly reduced shoot regeneration, leading to increased apical tissue browning. Significant chlorophyll and carotenoid level changes were observed in shoots exposed to higher PEG concentrations. PEG-induced drought led to decreased plant growth and biomass and lowered relative water content of leaves. Lipid peroxidation, membrane damage, and H2O2 content increased, indicating heightened stress levels. Proline concentration significantly increased in plants subjected to 5% and 10% PEG compared to controls. Non-enzymatic antioxidant activity (phenolics, flavonoids, % inhibition, total reducing power, and total antioxidant activity) also increased with the severity of stress. In contrast, a decrease in the activity of superoxide dismutase (SOD) and peroxidase was observed in PEG-treated shoots. Significant changes in the expression of drought-related genes, such as DREB1, DREB2, AREB1, DHN1 (Dehydrin), and SnRK2, were observed in shoots exposed to 5% and 10% PEG. In conclusion, the study highlights that PEG, as an inducer of drought stress, negatively impacts saffron’s growth and physiological responses under in vitro conditions. It also triggers significant changes in biochemical and molecular mechanisms, indicating the plant’s susceptibility to water scarcity.