برهمکنش‌های فنوتیپی و مولکولی قارچ Parastagonospora nodorum و گندم

کد مقاله : 1746-24IPPC (R3)
نویسندگان
1گروه گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
2گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
چکیده
قارچParastagonospora nodorum عامل بیماری سوختگی خوشه گندم به عنوان یکی از مهم‌ترین عوامل بیماری‌زای گندم در بسیاری از مناطق جهان شایع است. این قارچ با توجه به تولید انواع ترکیبات دخیل در بیماری‌زایی مانند آنزیم‌های خارج سلولی، متابولیت‌های ثانویه و توکسین‌ها، به عنوان مدلی برای مطالعه نحوه بیماری‌زایی بیمارگرهای قارچی مرده خوار (نکروتروف) در نظر گرفته می‌شود. انواع مختلفی از توکسین‌های اختصاصی میزبان معروف به اثرکننده‌های (افکتور) نکروتروفیک (NEs) با نام SnToxN توسط این قارچ تولید می‌شود که تحت الگوی ژن برای ژن معکوس با محصول حاصل از بیان ژن‌های حساسیت در گیاه (SnnN) برهمکنش نشان داده و منجر به حساسیت ناشی از افکتور (ETS)، مرگ سلول‌های میزبان و گسترش بیماری می‌شوند. هدف از این تحقیق، تعیین الگوی بیماری‌زایی جدایه‌های مختلف قارچ P. nodorum روی انواع ارقام داخلی و خارجی گندم و همچنین ردیابی و سنجش فراوانی ژن‌های افکتور نکروتروفیک SnToxA، SnTox1 و SnTox3 در این جدایه‌ها و ژن‌های حساسیت Tsn1 و Snn1 در ژرم‌پلاسم‌های گندم می‌باشد. بدین منظور، آزمون بیماری‌زایی 32 جدایه‌ مختلف از قارچ P. nodorum جمع‌آوری شده از استان‌های فارس، کهگیلویه و بویراحمد، خوزستان و گلستان به همراه جدایه استاندارد SN15 روی 40 رقم گندم از جمله 19 رقم ایرانی تازه معرفی شده و 21 رقم خارجی شامل ارقام افتراقی BG261، Grandin، Chinese spring و BR34 در قالب آزمایش فاکتوریل در طرح بلوک کامل تصادفی (RCBD) انجام و سپس میزان واکنش گیاهان به قارچ، هفت روز بعد از مایه-زنی بر اساس درصد لکه روی برگ ثبت شد. داده‌ها با استفاده از نرم افزار SAS و مقایسه میانگین به روش حداقل اختلاف معنی‌دار (LSD) تجزیه و تحلیل شدند. به منظور ردیابی ژن‌های کدکننده افکتورهای نکروتروفیک و ژن‌های حساسیت، از آغازگرهای اختصاصی در واکنش multiplex PCR استفاده شد و سپس تعداد پنج نماینده جهت اطمینان از صحت ردیابی ژن‌ها توالی‌یابی شدند. ارقام گندم بر اساس شدت واکنش به جدایه‌های قارچی در پنج دسته مقاوم، نیمه مقاوم، نیمه حساس، حساس و بسیار حساس طبقه بندی شدند. بیشترین فراوانی ژن‌های افکتور نکروتروفیک در جدایه‌های قارچی به ترتیب متعلق به ژن‌های SnTox1، SnTox3 و SnToxA بود و ژن حساسیت Snn1 فراوانی بیشتری نسبت به ژن حساسیت Tsn1 در ارقام گندم داشت. همچنین، ارتباط معنی‌داری بین شدت بیماری‌زایی جدایه‌ها و میزان فراوانی ژن-های افکتور نکروتروفیک وجود داشت به طوریکه جدایه‌های با تعداد ژن افکتور بیشتر، بیماری‌زایی شدیدتری نشان دادند. مطالعه حاضر می‌تواند در تبیین دقیق‌تر برهمکنش‌های مولکولی قارچ P. nodorum و میزبان آن گندم در ایران راهگشا باشد.
کلیدواژه ها
 
Title
Phenotypic and molecular interactions of Parastagonospora nodorum and wheat
Authors
Abstract
Parastagonospora nodorum, the causal agent of Septoria nodorum blotch (SNB) disease, as one of the most important pathogens of wheat is widespread around the world. This fungus has emerged as a model for pathogenesis of necrotrophic fungal interaction due to production of various pathogenicity components such as extracellular enzymes, secondary metabolites and toxins. P. nodorum produces several host-specific toxins known as necrotrophic effectors (NEs) named SnToxN which interacts with a wheat susceptibility gene (named SnnN), regarded as inverse gene for gene model, leading to effector-triggered susceptibility (ETS), host cell death and disease development. This study was design to i) determine the virulence pattern of different isolates of P. nodorum on different Iranian and foreign wheat cultivars and ii) to detect the frequency of necrotrophic effector encoding genes SnToxA, SnTox1 and SnTox3 in these isolates and Tsn1 and Snn1 susceptibility genes in wheat germplasms. To do so, pathogenicity test of 32 different isolates of P. nodorum collected from Fars, Kohgiluyeh and Boyer-Ahmad, Khuzestan and Golestan provinces plus standard isolate SN15 was conducted on 40 wheat cultivars including 19 newly introduced Iranian cultivars and 21 foreign cultivars consisting differential lines BG261, Grandin, Chinese spring and BR34. Experiments were conducted in factorial randomized complete block design and the plant reaction to the fungus was evaluated based on leaf spot percentage at seven days post-inoculation (DPI). Disease severity data was analyzed using SAS software and least significant differences (LSD) test. To detect necrotrophic effector and susceptibility genes, specific primes were used in multiplex PCR reaction and then five amplicons were sequenced for validation. Wheat cultivars were categorized into five groups resistant, moderately resistant, moderately susceptible, susceptible and highly susceptible based on their reaction to fungal isolates. Necrotrophic effector genes SnTox1, SnTox3 and SnToxA were more frequent in fungal isolates respectively. Snn1 was also more abundant than Tsn1 in wheat cultivars. Also, there was a significant correlation between disease severity and frequency of necrotrophic effector genes. Fungal isolates with more necrotrophic effector genes were more virulent. The present study can extend our knowledge of molecular basis in P. nodorum-wheat interactions in Iran.
Keywords
Wheat glume blotch, Pathogenesis pattern, Necrotrophic effector, Sensitivity gene, Effector-triggered susceptibility