Thesis (M.Sc)-Cairo University, 2025.

Bibliography: pages 76-110.

Chickpea (Cicer arietinum), a staple crop in the arid regions of North Africa and West Asia, is a crucial source of nutrition for millions. Climate change is escalating the severity and frequency of droughts, posing a critical threat to chickpea production. Drought stress causes serious effects on growth and limits production in chickpeas. Sal1 is a gene that affects plants respond to and withstand drought stress. Mutating the Sal1 gene was used to enhance the drought tolerance for improving the productivity of the crops in arid environments. This study aimed to enhance chickpea drought tolerance by targeting the CaSal1 gene, a key regulator of stress responses in plants. We utilized Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR/Cas9) gene editing stratrgy to introduce precise de novo premature stop mutations in the CaSal1 gene within chickpea plants. To streamline this process, designed sgRNA was cloned into the expression vector, pDW3873 harbor nCas9 D10A, fused to the PmCDA1 cytosine deaminase at the C-terminal. We employed Agrobacterium rhizogenes-mediated hairy root transformation, due to the limitations of the gene delivery systems in many crops and costly tissue culture process. We used the efficient cut-dip-budding (CDB) method, which bypasses the need for sterile conditions and tissue culture. Our results demonstrated a high success rate in generating CaSal1 mutants, showcasing the efficacy of the CDB system for genetic modification in chickpeas. The transgenic chickpea plants were subjected to drought stress conditions to evaluate their tolerance. Our findings revealed that CaSal1 mutations significantly improved drought tolerance in 8 transgenic roots per 50 explants, as evidenced by enhanced root growth and reduced water loss. This research demonstrates that gene editing can help create chickpea varieties that can withstand drought, which is crucial for ensuring food availability in areas affected by climate change.

الحمص (Cicer arietinum)، محصول أساسي في المناطق القاحلة في شمال أفريقيا وغرب آسيا، و هو مصدر حيوي للتغذية لملايين البشر. ومع ذلك فإن التكرار المتزايد للإجهاد الناجم عن الجفاف بسبب تغير المناخ يشكل تهديدًا كبيرًا لإنتاجه. فقد يسبب الإجهاد الناجم عن الجفاف تأثيرات خطيرة على النمو ويحد من الإنتاج في الحمص. Sal1 هو جين يشارك في تنظيم استجابات الإجهاد في النباتات وخاصة في ظل ظروف الجفاف. تم استخدام جين Sal1 المتحور لتعزيز تحمل الجفاف لتحسين إنتاجية المحاصيل في البيئات القاحلة. تهدف هذه الدراسة إلى تعزيز تحمل الحمص للجفاف من خلال استهداف جين CaSal1، وهو منظم رئيسي لاستجابات الإجهاد في النباتات. تم استخدام أداة التعديل الوراثي CRISPR/Cas9 لاستحداث طفرات توقف مبكرة دقيقة جديدة في جين CaSal1 داخل نباتات الحمص. لتبسيط هذه العملية، تم تصميم و إدخال sgRNA في الناقل pDW3873 الذي يحمل nCas9 D10A، المندمج مع الإنزيم PmCDA1 الذي يقوم بإزالة مجموعة أمين للسيتوزين عند الطرف C. لقد استخدمنا نظام التحويل عن طريق بكتريا ال Agrobacterium rhizogenes المحفزة لنمو الجذور الشعرية و ذلك نظرًا لقيود أنظمة توصيل الجينات في العديد من المحاصيل وعملية زراعة الأنسجة الطويلة والمكلفة. لقد استخدمنا طريقة القطع والغمس والبرعمة (CDB) الفعالة، والتي تتجاوز الحاجة إلى الظروف المعقمة وزراعة الأنسجة. أظهرت نتائجنا معدل نجاح مرتفع في استحداث طفرات في الجين CaSal1، مما يوضح فعالية نظام CDB للتعديل الوراثي في الحمص. تم إخضاع نباتات الحمص المعدلة وراثيًا لظروف الإجهاد بالجفاف لتقييم تحملها. و قد أظهرت النتائج أن الطفرات المستحدثة في الجين CaSal1 حسنت بشكل كبير من تحمل الجفاف، كما يتضح من نمو الجذور المعزز وتقليل فقدان المياه. تؤكد هذه النتائج على إمكانات تحرير الجينات لتطوير أصناف الحمص الأكثر قدرة على الصمود في مواجهة تغير المناخ، مما يضمن الأمن الغذائي في المناطق المعرضة للخطر.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.