شناسایی و تحلیل برخی ژن‌های درگیر در مسیر دفاعی ‏ETI‏ در بنه‌های زعفران آلوده به بیماری ‏پوسیدگی بنه (Fusarium oxysporum)

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران.

2 استاد، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران.

3 استادیار، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران

10.30473/cb.2025.72010.1981

چکیده

زعفران (Crocus sativus L.)، گیاهی چندساله از خانواده زنبقیان است که عمدتا در ایران کشت می-شود. علیرغم ارزش اقتصادی بالای زعفران در ایران و جهان به عنوان یک ادویه گران‌بها، عوامل بیماری‌زا متعددی تهدیدی برای گیاه زعفران بوده و باعث کاهش عملکرد و کیفیت آن می‌شود. ژن‌های مقاومت (R-genes)، پروتئین‌های Rرا کد می‌کنند که مقاومت گیاهان علیه بیمارگر‌ها را فعال می‌کنند. ژن‌های NBS-LRR، خانواده‌ای از ژن‌های R درون سلولی هستند که مقاومت به گیاهان را از طریق ایجاد ایمنی تحریک شونده ETI القا می‌کنند. در این مطالعه ترنسکریپتوم بنه زعفران آلوده به بیمارگرFusarium oxysporum به منظور شناسایی ژن‌های NBS-LRR در دو بازه زمانی 48 و 72 ساعت بعد از تلقیح با کمک نرم افزار‌های بیوانفورماتیک به صورت in silico آنالیز شدند. از توالی‌های ژنی NBS-LRR آرابیدوپسیس، برای شناسایی اعضای NBS-LRR در ترانسکریپتوم زعفران استفاده شد. سپس، پروفایل بیانی ژن‌های کاندید NBS-LRR مورد مطالعه قرار گرفت. بر اساس نتایج الگوریتم Blastx، تعداد 63326 رونوشت مستندسازی شدند. نتایج این مطالعه نشان داد که ترنسکریپتوم زعفران حاوی تعداد 30 رونوشت از ژن‌های NBS-LRR است. تجزیه و تحلیل بیان ژن‌های انتخابی NBS-LRR نشان داد که بیان آن‌ها در 72 ساعت پس از تلیقح در مقایسه با 48 ساعت پس از تلقیح بیشتر بود. ژن LRR1 در 48 و 72 ساعت پس از تلقیح سطح بیان بالاتری نسبت به ژن LRR2 داشت. علاوه بر این، نتایج این مطالعه نشان داد که ژن‌های NBS-LRR تقریباً در تمام بافت‌های زعفران بیان می‌شوند و همچنین در پاسخ زعفران علیه بیمارگر قارچی نقش دارند که می‌توان از آنها در برنامه‌های آینده بهنژادی زعفران استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Identification and expression analysis of genes involved in the ETI defense pathway in saffron corms infected with corm rot disease (Fusarium oxysporum)

نویسندگان [English]

  • Nasrin Hematpour 1
  • Farhad Nazarian-Firouzabadi 2
  • Seyed Sajad Sohrabi 3
  • Mitra Khademi 3
1 M.Sc. Student, Production Engineering and Plant Genetics Department, Faculty of Agriculture, Lorestan University, Khorramabad, Iran
2 Professor, Production Engineering and Plant Genetics Department, Faculty of Agriculture, Lorestan University, Khorramabad, Iran.
3 Assistant Professor, Production Engineering and Plant Genetics Department, Faculty of Agriculture, Lorestan University, Khorramabad, Iran
چکیده [English]

Saffron (Crocus sativus L.), a perennial plant of the Iridaceae family, is predominantly cultivated in Iran. Despite its ‎high economic value both domestically and globally as a precious spice, its cultivation faces substantial challenges from ‎numerous pathogens which significantly impact both yield and quality. Resistance genes (R-genes) encode R-proteins that ‎play a crucial role in activating plant defense mechanisms against pathogens. Nucleotide-binding site leucine-rich repeat ‎‎(NBS-LRR) genes are a family of intracellular R-genes that confer resistance to plants by initiating Effector-Triggered ‎Immunity (ETI). In this study, an in silico study was conducted on the transcriptome of saffron corms infected with ‎Fusarium oxysporum to identify NBS-LRR genes at 48 and 72 hours after inoculation using bioinformatics software and ‎databases. Arabidopsis NBS-LRR gene sequences were used to identify NBS-LRR members in the saffron corm ‎transcriptome. Then, the expression profile of NBS-LRR candidate genes was studied. Based on the results of BLASTX ‎algorithms, 63326 transcripts were documented. The results of this study revealed the presence of 30 NBS-LRR gene ‎transcripts in the transcriptome of saffron corms. The expression of the selected genes was significantly up-regulated in ‎infected corms compared to healthy control corms. Furthermore, analysis of the selected NBS-LRR genes indicated that their ‎expression levels were higher at 72 hours after inoculation compared to 48 hours. The LRR1 gene had a higher expression ‎level than the LRR2 gene at 48 and 72-hours post-inoculation. Plus, the results of this study revealed that NBS-LRR genes ‎are expressed in almost all saffron tissues, suggesting their involvement in the saffron's response to fungal infections. The ‎findings of this study suggest that NBS-LRR genes hold significant potential for utilization in future saffron breeding ‎programs. ‎

کلیدواژه‌ها [English]

  • bioinformatics
  • Fusarium oxysporum
  • Gene expression
  • NBS-LRR gene

مراجع

Ahmad, T., Bashir, A., Farooq, S., & Riyaz‐Ul‐Hassan, S. (2022). Burkholderia gladioli E39CS3, an endophyte of Crocus sativus Linn., induces host resistance against corm‐rot caused by Fusarium oxysporum. Journal of Applied Microbiology, 132(1), 495-508. Ahmed, R., Dey, K. K., Senthil-Kumar, M., Modi, M. K., Sarmah, B. K., & Bhorali, P. (2024). Comparative transcriptome profiling reveals differential defense responses among Alternaria brassicicola resistant Sinapis alba and susceptible Brassica rapa. Frontiers in Plant Science, 14, 1251349. Alsamman, A. M., Mousa, K. H., Nassar, A. E., Faheem, M. M., Radwan, K. H., Adly, M. H., Elakkad, T. A. (2023). Identification, characterization, and validation of NBS-encoding genes in grass pea. Frontiers in Genetics, 14, 1187597. Chiang, Y.-H., & Coaker, G. (2015). Effector triggered immunity: NLR immune perception and downstream defense responses. The Arabidopsis Book, 13-19. Chisholm, S.T., Coaker, G., Day, B., & Staskawicz, B.J. (2006). Host-microbe interactions: shaping the evolution of the plant immune response. Cell, 124(4), 803-814. Dangl, J.L., & Jones, J.D. (2001). Plant pathogens and integrated defence responses to infection. nature, 411(6839), 826-833. Darvishian, A., Nazarian‐Firouzabadi, F., Darvishnia, M., & Ismaili, A. (2022). Transcriptome analysis of saffron corm in response to the most important fungal infection. ph.D Thesis, Lorestan University. Fallahzadeh, M. V. (2018). Innate immunity in plants. Biology, Environmental Science,343-361. Golmohammadi, F. (2014). Saffron and its farming, economic importance, export, medicinal characteristics, and various uses in South Khorasan Province-East of Iran. International Journal of Farming and Allied Sciences, 3(5), 566-596. Hu, J., Liu, Y., Tang, X., Rao, H., Ren, C., & Chen, Pei, J. (2020). Transcriptome profiling of the flowering transition in saffron (Crocus sativus L.). Scientific reports, 10(1), 9680. Jacob, F., Vernaldi, S., & Maekawa, T. (2013). Evolution and conservation of plant NLR functions. Frontiers in immunology, 4, 297. Keen, N. (1990). Gene-for-gene complementarity in plant-pathogen interactions. Annual review of genetics, 24, 447-463. Khaledi, N. (2020). Evaluation of cell wall degrading enzymes of Fusarium species associated with root and corm of saffron in South Khorasan province. Saffron agronomy and technology, 8(2), 243-259. Livak, K. J., & Schmittgen, T. D. (2001). Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2− ΔΔCT method. methods, 25(4), 402-408. Lolle, S., Stevens, D., & Coaker, G. (2020). Plant NLR-triggered immunity: from receptor activation to downstream signaling. Current opinion in immunology, 62, 99-105. Luo, J., Zhang, A., Tan, K., Yang, S., Ma, X., Bai, X., & Bai, J. (2023). Study on the interaction mechanism between Crocus sativus and Fusarium oxysporum based on dual RNA-seq. Plant Cell Reports, 42(1), 91-106. Mahmoodi, E., Nasrollahnejad, S., Ahmadvand, R., & Tohidfr, M. (2024). We are identifying and predicting the function of long non-coding RNAs in the expression profile of PVY-infected potatoes. Agricultural biotechnology journal. Electronic ISSN: 2228-6500. P118-130. Meyers, B. C., Kozik, A., Griego, A., Kuang, H., & Michelmore, R. W. (2003). Genome-wide analysis of NBS-LRR-encoding genes in Arabidopsis. The Plant Cell, 15(4), 809-834. Priyadarshini, P., Sahu, S., Kalwan, G., Yadava, Y. K., Nagar, R., Rai, V., ... & Jain, P. K. (2023). Unraveling the mechanism of Fusarium wilt resistance in chickpea seedlings using biochemical studies and expression analysis of NBS-LRR and WRKY genes. Physiological and Molecular Plant Pathology, 124, 101958. Qian, L.-H., Zhou, G.-C., Sun, X.-Q., Lei, Z., Zhang, Y.-M., Xue, J.-Y., & Hang, Y.-Y. (2017). Distinct patterns of gene gain and loss: Diverse evolutionary modes of NBS-encoding genes in three Solanaceae crop species. G3: Genes, Genomes, Genetics, 7(5), 1577-1585. Saeedi Rad, M. H., Mahdinia, A., & Neshat, S. Z. (1400). Challenges and solutions to develop the mechanization of saffron cultivation. Razavi Khorasan Agricultural and Natural Resources Research and Education center, 3, 17-24. Shah, Z. A., Mir, R., Matoo, J. M., Dar, M. A., & Beigh, M. (2017). Medicinal importance of saffron: A review. Journal of Pharmacognosy and Phytochemistry, 6(5), 2475-2478. Van Der Biezen, E. A., & Jones, J. D. (1998). Plant disease-resistance proteins and the gene-for-gene concept. Trends in biochemical sciences, 23(12), 454-456. Yue, J. X., Meyers, B. C., Chen, J. Q., Tian, D., & Yang, S. (2012). Tracing the origin and evolutionary history of plant nucleotide‐binding site–leucine‐rich repeat (NBS‐LRR) genes. New Phytologist, 193(4), 1049-1063. Zhang, M., Wu, Y.-H., Lee, M.-K., Liu, Y.-H., Rong, Y., Santos, T. S., ... Zhang, H.-B. (2010). Numbers of genes in the NBS and RLK families vary by more than four-fold within a plant species and are regulated by multiple factors. Nucleic Acids Research, 38(19), 6513-6525. Zhou, T., Wang, Y., Chen, J.-Q., Araki, H., Jing, Z., Jiang, K., & Tian, D. (2004). Genome-wide identification of NBS genes in japonica rice reveals significant expansion of divergent non-TIR NBS-LRR genes. Molecular Genetics and Genomics, 271, 402-415.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار