پاسخ های متابولیکی ارقام مقاوم و حساس گندم علیه ویروس موزائیک رگه ای گندم
کد مقاله : 1605-23IPPC
نویسندگان
فریده فرح بخش 1 ، امیر مساح2 ، حبیب اله حمزه زرقانی3 ، محسن یاسایی4 ، ویکتور رودریگز5 ، پابلو ولاسکو6
1خیابان شهید رجایی.کوچه شهید فرح بخش.پلاک 136
2استادیار بیماری شناسی گیاهی،گروه گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
3دانشیار بیماری شناسی گیاهی، بخش گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
4استادیار پژوهش بیماری شناسی گیاهی، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی فارس، شیراز
5استادیار گروه ژنتیک، اصلاح و بیوشیمی برسیکا، موسسه زیست شناسی گالیسیا، مرکز تحقیقات ملی اسپانیا، پونته ودرا، اسپانیا
6استاد گروه ژنتیک، اصلاح و بیوشیمی برسیکا، موسسه زیست شناسی گالیسیا، مرکز تحقیقات ملی اسپانیا، پونته ودرا
چکیده
ویروس موزائیک رگه ای گندم (Wheat streak mosaic virus) عامل بیماری موزائیک رگه ای گندم، یک بیماری به طور بالقوه مخرب گندم در کشورهای مهم تولید کننده گندم می باشد. علیرغم تاثیر اقتصادی آن، کمتر در مورد بیماریزایی و مکانیسم های دفاعی گندم علیه این ویروس پرداخته شده است. فهم مکانیسم های بیوشیمیایی در طول بیماریزایی، برای کشف فرایندهای فیزیولوژیکی در برهمکنش ویروس موزائیک رگه ای گندم-گندم ، ضروری است. برای ارزیابی مقاومت گندم، متابولوم ارقام گندم مقاوم (کراس عدل) و حساس (مرودشت) نسبت به جدایه مرودشت WSMV در سه زمان 24، 48 و 72 ساعت پس از آلودگی (hpi)، با استفاده از LC-ESI-QTOF آنالیز شد. در مجموع، 581 و 79 متابولیت به ترتیب در دو مد (mode) یونیزاسیون مثبت و منفی در آنالیز چند متغیره استفاده شدند. مدلPLSDA با استفاده از اعداد اولین مولفه اصلیVIP ( اهمیت متغیر در پیش آمدگی) در ترکیب با t-test(P˂0.05) برای یافتن متابولیت ها با بیان متمایز استفاده شد. با محاسبه Fold change(FC) برای هر متابولیت(1˃(کنترل/مایه زنی شده) FC) و بر اساس VIP˃2 ، متابولیت های مرتبط با مقاومت و دفاع گیاه مشخص شدند. در 24 و 48 hpi، مهم ترین متابولیت ها با FC بالاتر در رقم مقاوم شامل ترکیبات فنولی از قبیل کومارین ها، تعداد محدودی از لیپیدها از جمله الکل های چرب و تعدادی ترکیبات ناشناخته بودند، در حالیکه در 72 hpi ، علاوه بر کومارین ها و الکالوئیدها، تعدادی آمینواسیدها نیز افزایش نشان دادند. اکثر این متابولیت ها در رقم حساس در زمان های دیرتر افزایش یافتند که نشان دهنده فعال سازی تاخیری پاسخ دفاعی در ارقام حساس می باشد. از طرف دیگر، پس از توسعه آلودگی، افزایش تدریجی در FC بسیاری از متابولیت های معنی دار بخصوص در 48 hpi مشاهده شد، در حالی که در 72 hpi، مقادیرشان بتدریج کاهش یافت. به طور جالبی، تعدادی از متابولیت های مرتبط با مقاومت که FC بسیار بالاتری در رقم مقاوم در مقایسه با حساس در 24hpi نشان دادند، در زمان های 48 و 72 hpi، بتدریج فراوانی شان کاهش یافت، در صورتی که در رقم حساس، در مقایسه با 24 hpi، در روزهای بعد دارای FC بالاتری بودند. فعال سازی قوی پاسخ دفاعی می تواند مرتبط با بلوکه شدن سریع آلودگی ویروس و مقاومت گیاه باشد. به عنوان نمونه، اسیدهای چرب و لیپیدها که استحکامات ساختاری سلول های گیاهی هستند، یکپارچگی ساختاری و انرژی برای فرایندهای متابولیکی مختلف را فراهم کرده و همچنین به عنوان پیش سازهای اجزاء انتقال سیگنال شرکت می کنند. این مطالعه، رابطه بین متابولیسم ثانویه و آلودگی ویروس در گیاهان مقاوم و حساس را گزارش می کند و چشم انداز جدیدی به سوی جنبه های برهمکنش پاتوژن- گیاه و نیز مکانیسم های مقاومت در سطح متابولیت ها را فراهم می سازد.
کلیدواژه ها
موضوعات
Title
Metabolic responses of resistant and susceptible wheat cultivars against wheat streak mosaic virus
Authors
Farideh Farahbakhsh, Amir Massah, Habiballah Hamzehzarghani, mohsen yassayee, victor Rodriguez, pablo velasco
Abstract
Wheat streak mosaic virus, the cause of wheat streak mosaic disease, is considered a potentially destructive disease of wheat (Triticum aestivum L.) in important wheat-producing countries. Despite its economic impact, little is known about the pathogenesis and wheat defense mechanisms against this virus. Understanding the biological mechanisms occurring during pathogenesis is essential for undeciphering physiological processes in wheat-WSMV interaction. To evaluate wheat resistance, we analyzed the metabolome of wheat resistant (Adl-cross) and susceptible (Marvdasht) cultivars against WSMV Marvdasht isolate at three time points 24, 48 and 72 hours post infection (hpi) using LC-ESI-QTOF. Collectively, 581 and 79 metabolites in both positive and negative ionization modes, were respectively used in multivariate analysis. The PLSDA model using first principal component of VIP (variable importance in projection) values combined with T-test (P˂0.0.05) to find differentially expressed metabolites. By calculation of fold change (FC) for each metabolites (FC (inoculated /mock) ˃1) and based on VIP˃2, metabolites related to resistance and plant defense were distinguished. At 24 and 48 hpi, the most important metabolites having higher FC in R cultivar were phenolic compounds such as coumarins, a limited number of lipids for example fatty alcohols and a number of unknown compounds, while at 72 hpi, in addition to coumarins and alkaloids, several amino acids were increased. Most of these metabolites in S cultivars were accumulated at later times, suggesting delayed activation of defense responses in S cultivars. On the other hand, after development of infection, a gradual increase in the FC of significant metabolites was observed especially at 48 hpi, but their amount decreased at 72 hpi. Interestingly, some resistance related metabolites that had dramatically higher FC in R compared to S cultivars at 24 hpi, showed slightly decreased levels in R cultivars at 48 and 72 hpi while they had higher FC in the next days in S cultivars. The strong activation may be correlated with the rapid blocking of the virus infection and plant resistance. For instance, fatty acids and lipids, which are fundamental reinforcements of all plant cells, not only provide structural integrity and energy for different metabolic processes, but also serve as precursors for some important signal transducers. This study reports the relationship between secondary metabolism and virus infection in R and S cultivars and provides new insights into aspects of plant-pathogen interaction and insight into mechanisms of resistance at the metabolite level.
Keywords
virus, resistance, metabolomics, multivariate analysis