بررسی کمی بیان ژن‌های کاندیدای مقاومت به بیماری سپتوریوز برگی در گندم آلوده با قارچ Mycosphaerella graminicola

نوع مقاله: علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی سابق کارشناسی ارشد، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 استاد، گروه زیست شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

3 استادیار، دانشکده علوم پزشکی دانشگاه آزاد اسلامی شاهرود، شاهرود، ایران

4 استاد، پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

چکیده

بیماری سپتوریوز برگی گندم که بوسیله قارچ Mycosphaerella graminicola ایجاد می‌شود یکی از عوامل مهم کاهش عملکرد گندم در ایران و جهان به شمار می‌رود. با این وجود در حال حاضر مقاومت به تنش زیستی تسهیل شده توسط ژن‌های کاندیدای مقاومت به تنش‌های زیستی یکی از معیارهای انتخاب مهم در برنامه‌های اصلاح گندم است. در این مطالعه پنج ژن متعلق به پنج خانواده ژنی کاندیدای مختلف مقاومت به بیماری مورد بررسی قرار گرفتند. آغازگرهای اختصاصی با استفاده از نرم افزار Molecular Beacon طراحی شدند. بیان افتراقی این ژن‌ها در زمان‌های صفر، سه، شش، دوازده و بیست و چهار ساعت بعد از آلودگی در رقم مقاوم ونگشوبای و حساس فلات با استفاده از واکنش کمی زنجیره پلیمراز (Real Time PCR) بررسی شد. نتایج نشان داد که سطح بیان ژن Bsi inhibitors protease 12 ساعت بعد از آلودگی در گیاه مقاوم در مقایسه با حساس ۲۴ برابر بیشتر بود. همچنین بیان دو ژن (PR-1) protein related–Pathogenesis و (Per) Peroxidase در ساعات اولیه پس از آلودگی و در گیاه مقاوم افزایش یافتند. تفاوت الگوی بیان ژن‌های وابسته به ساز و کار‌های مقاومت در ارقام مقاوم و حساس گندم مهمترین مرحله مطالعاتی جهت گزینش ارقام جدید در سیستم‌های اصلاح سنتی و مدرن می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Quantitative gene expression of Candidate Genes for Septoria tritici blotch (STB) Resistance in Wheat Infected by Mycosphaerella graminicola

نویسندگان [English]

  • Maryam Sadeghi 1
  • Reza Haji-Hosseini 2
  • Ghasem Ataei 3
  • Mohsen Mardi 4
1 Former M.Sc. Student, Payame Noor University, Tehran, Iran
2 Professor, Department of Biology, Faculty of Science, Payame Noor University, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Medical School of Shahroud, Islamic Azad University, Shahroud, Iran
4 Professor, Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
چکیده [English]

Septoria tritici blotch (STB), caused by the fungus Mycosphaerella graminicola is one of the most important factors in reducing wheat yield in Iran and the world. However, biotic stress resistance facilitated by candidate genes is one of important selection criteria in wheat breeding programs. In this study, five different families of resistance to the disease were studied. Specific primers were designed using Molecular Beacon software. The differential expression of these genes was investigated at 0, 3, 6, 12 and 24 hours after inoculation.in resistant (Wangshubai) and sensitive cultivars (Seri 82) using quantitative gene expression analysis. The results showed expression level of inhibitors protease Bsi was 24 times higher in Wangshubai than Seri 82 12 hours after inoculation. Further, the expression of protein-related pathogenesis (PR-1) and peroxidase (Per) increased at early hours after infection in Wangshubai. The difference between the expression pattern of the gene linked to resistance mechanisms is the most important step in study of the selection of new cultivars in traditional and modern breeding strategy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Septoria tritici blotch (STB)
  • Mycosphaerella graminicola
  • inhibitors protease Bsi
  • Peroxidase
  • PR-1
  • Real time PCR
Adhikari TB, Balaji B, Breeden J, Goodwin SB (2007) Resistance of wheat to Mycosphaerella graminicola involves early and late peaks of gene expression. Physiol Mol Plant Pathol. 71: 55-68.

Alexandrov NN, Troukhan ME, Brover VV, Tatarinova T, Flavell RB, Feldmann KA, (2006) Features of Arabidopsis genes and genome discovered using full-length cDNAs. Plant Mol. Biol. 60: 69-85.

Castroagudín VL, Ceresini PC, de Oliveira SC, Reges JT, Maciel JL, Bonato AL, Dorigan AF, McDonald BA (2015) Resistance to QoI fungicides is widespread in Brazilian populations of the wheat blast pathogen Magnaporthe oryzae. Phytopathology. 105: 284-294.

Chassot C, Nawrath C, Métraux JP (2007) Cuticular defects lead to full immunity to a major plant pathogen. The Plant Journal. 49: 972-980.

Cools HJ, Fraaije BA (2008) Are azole fungicides losing ground against Septoria wheat disease? Resistance mechanisms in Mycosphaerella graminicola. Pest Manag. Sci. 64: 681-684.

Cowger C, Hoffer M, Mundt C (2000) Specific adaptation by Mycosphaerella graminicola to a resistant wheat cultivar. Plant Pathology. 49: 445-451.

Cowger C, Mundt CC (2002) Aggressiveness of Mycosphaerella graminicola isolates from susceptible and partially resistant wheat cultivars. Phytopathology. 92: 624-630.

Datta J, Nag S, Banerjee A, Mondai N (2009) Impact of salt stress on five varieties of Wheat (Triticum aestivum L.) cultivars under laboratory condition.  JASEM. 13.

Eyal Z (1981) Integrated control of Septoria diseases of wheat. Plant Dis. 65: 763-768.

Hiraga S, Sasaki K, Ito H, Ohashi Y, Matsui H (2001) A large family of class III plant peroxidases. Plant Cell Physiol. 42: 462-468.

Kogel KH, Langen G (2005) Induced disease resistance and gene expression in cereals. Cell Microbiol. 7: 1555-1564.

Kruse M, Brunke M, Escher A, Szalay AA, Tropschug M, Zimmermann R (1995) Enzyme assembly after de novo synthesis in rabbit reticulocyte lysate involves molecular chaperones and immunophilins. J Biol Chem. 270: 2588-2594.

Kumar P, Yadava R, Gollen B, Kumar S, Verma RK, Yadav S (2011) Nutritional contents and medicinal properties of wheat: a review. Life Sci Med Res. 22: 1-10.

Lawrence PK, Koundal KR (2002) Plant protease inhibitors in control of phytophagous insects.  EJB. 5: 5-6.

Moskovitz J, Poston JM, Berlett BS, Nosworthy NJ, Szczepanowski R, Stadtman ER (2000) Identification and characterization of a putative active site for peptide methionine sulfoxide reductase (MsrA) and its substrate stereospecificity.  J Biol Chem. 275: 14167-14172.

Moud AM, Maghsoudi K (2008) Salt stress effects on respiration and growth of germinated seeds of different wheat (Triticum aestivum L.) cultivars. World J. Agric. Sci. 4: 351-358.

Odjakova M, Hadjiivanova C (2001) The complexity of pathogen defense in plants. Bulg. J. Plant Physiol. 27: 101-109.

Przymusiński R, Rucińska R, Gwóźdź E (2004) Increased accumulation of pathogenesis-related proteins in response of lupine roots to various abiotic stresses. Environ Exp Bot. 52: 53-61.

Ray S, Anderson JM, Urmeev FI, Goodwin SB (2003) Rapid induction of a protein disulfide isomerase and defense-related genes in wheat in response to the hemibiotrophic fungal pathogen Mycosphaerella graminicola. Plant Mol Biol. 53: 741-754.

Reddy RK, Kurek I, Silverstein AM, Chinkers M, Breiman A, Krishna P (1998) High-molecular-weight FK506-binding proteins are components of heat-shock protein 90 heterocomplexes in wheat germ lysate. Plant Physiol. 118: 1395-1401.

Schmid FX (1995) Protein folding: Prolyl isomerases join the fold. Curr Biol. 5: 993-994.

Stintzi A, Heitz T, Prasad V, Wiedemann-Merdinoglu S, Kauffmann S, Geoffroy P, Legrand M, Fritig B (1993) Plant ‘pathogenesis-related’proteins and their role in defense against pathogens. Biochimie. 75: 687-706.