جداسازی و واکاوی فرم‌های ناقصِ ژنوم ویروس کوتولگی گندم

کد مقاله : 1475-23IPPC
نویسندگان
1خوزستان، شهرستان باوی، شهر ملاثانی، بلوار شهید چمران، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان
2گروه گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان
چکیده
ویروس کوتولگی گندم (Wheat dwarf virus, WDV) یکی از عوامل ایجاد زردی و کوتولگی در غلاتی نظیر گندم و جو است که سالانه خسارت قابل توجهی را به این محصولات وارد می‌کند. این ویروس در جنس Mastrevirus و تیره Geminiviridae طبقه‌بندی می‌شود و بطور سنتی دارای دو سویه‌ی گندم (WDV-Wheat) و جو (WDV-Barley) است که از لحاظ ترادف نوکلئوتیدی 84-83% شباهت دارند. WDV در طبیعت با زنجرک و به طریقه پایا (گردشی) منتقل می‌شود. ژنوم ویروس دی‌اِن‌اِی تک‌لای حلقوی است که چهار پروتئین شامل دو پروتئین‌ مرتبط با همانندسازی ( RepAو Rep)، پروتئین پوششی (CP) و پروتئین حرکتی (MP) را رمزگذاری می‌کند. علاوه ‌براین، دو ناحیه‌‌ی بین ژنی بزرگ (LIR) و کوچک (SIR) در ژنوم ویروس وجود دارند که در ترانویسی و همانندسازی نقش دارند. ژنوم ویروس با مکانیزم دایره غلطان همانندسازی می‌کند. به منظور جداسازی فرم‌های ناقص ژنومWDV ، نمونه‌‌برداری از گیاهان گندم و جو پاییزه‌ی مزارع شهرستان مسجدسلیمان در استان خوزستان که دارای علایم بیماری بودند، انجام گرفت و آلودگی نمونه‌ها به کمک الایزای غیرمستقیم و با استفاده از آنتی‌بادی چندهمسانه‌ای WDV مورد سنجش انجام گرفت. نمونه‌هایی که واکنش مثبت نشان دادند جهت استخراج دی‌اِن‌اِی کُل انتخاب شدند و سپس با استفاده از فن‌آوری تکثیر دایره غلطان (RCA) ژنوم ویروسی تکثیر گردید. از آنزیم-های برشی HindIII و EcoRI برای رهاسازی قطعات ژنومی ویروس استفاده شد و قطعات با طول کامل ژنوم (7/2~ کیلو جفت‌باز) و کوچک‌تر (7/.-5/. کیلو جفت‌باز) از ژل آگارز استخراج و همسانه‌سازی شدند. تعداد دو همسانه با طول کامل و چهار همسانه با طول ناقص، تعیین ترادف شدند و ترادف‌های حاصل با استفاده از نرم افزار SeqMan Pro (DNASTAR Lasergene v8) مونتاژ شدند. مقایسه ترادف‌های کامل با سایر ترادف‌های موجود در ژن‌بانک، تشابه بالایی (96-97%) را با جدایه‌های ایرانی WDV که قبلاً در ژن‌بانک ثبت شده بودند، نشان داد. واکاوی سازمان ژنی فرم‌های ناقص از ژنوم WDV نشان داد که این فرم‌ها حاوی بخش‌هایی از ژنوم ویروس شامل ترادف‌های کامل، ناقص و یا مضاعف شده از برخی ژن‌های WDV بودند. همچنین بخش‌هایی با خاستگاه غیرویروسی شامل ترادف‌هایی از ژنوم گیاه میزبان (گندم و جو) در فرم‌های ناقص مشاهده گردید. مشخص شد که همه‌ی این‌ فرم‌ها دارای نواحی LIR/SIR هستند چراکه این نواحی برای همانندسازی ضروری هستند. به نظر می‌رسد که این فرم‌های ناقص از ژنوم WDV با تبادل قطعات ژنومی، در تکامل ژنوم گیاهان میزبانشان نقش دارند. با این حال، مطالعات بیشتری برای تعیین نقش احتمالی این فرم‌های ناقص در آلودگی به WDVو بروز علایم لازم است.
کلیدواژه ها
موضوعات
 
Title
Isolation and analysis of defective forms of Wheat dwarf virus genome
Authors
Mohamad Hamed Ghodoum Parizipour, Vahid Keshavarz Tohid
Abstract
Wheat dwarf virus (WDV) is one of the causal agents of yellowing and stunting among wheat and barley cultivations which annually cause economic loss to these crops. The virus is classified into the genus Mastrevirus (family Geminiviridae) and it conventionally has two strains including wheat and barley strains (WDV-Wheat and WDV-Barley, respectively) which share 83-84% nucleotide identity. WDV is naturally transmitted by leafhopper in a persistent circulative manner. The genome of WDV is circular single-stranded DNA which encodes four proteins including two replication-associated proteins (RepA and Rep), coat protein (CP) and movement protein (MP). Additionally, two regulatory regions including large and small intergenic regions (LIR and SIR, respectively) are located on the genome which play role in transcription and replication. The viral genome is replicated by rolling circle mechanism. In order to isolate defective forms of WDV genome, samples were collected from symptomatic winter wheat and barley plants in Masjed Soleinman region, Khuzestan province, and subjected to Indirect-ELISA using polyclonal antibody of WDV. ELISA-positive samples were then subjected to total DNA extraction and viral genome was amplified using rolling circle amplification (RCA) technology. Restriction enzymes including HindIII and EcoRI were used to release full-length (~2.7 kb) and incomplete (0.5-0.7 kb) fragments of the viral genome and they were extracted from the agarose jell and cloned. Two complete fragments and four incomplete fragments were selected for sequencing and the resulting sequences were assembled using SeqMan Pro software (DNASTAR Lasergene v8). Nucleotide comparison of the full-length sequences with other WDV sequences available at GenBank showed that they share high level of identity (96-97%) to Iranian isolates of WDV which had been previously deposited in GenBank. Analysis of defective forms of WDV genome showed that they contain complete, incomplete and/or duplicated coding regions of the parental sequences. Also, non-viral regions with host origins (wheat and barley) were observed in these defective forms. It was found that all defective forms contain LIR/SIR as these regions are required for their replication. It seems that the exchange of genomic fragments by defective forms of WDV genome play a role in genome evolution of their hosts. However, further experiments are necessary to determine the potential role of these defective forms in WDV infection and symptom expression.
Keywords
cereals, nucleotide sequence, rolling circle amplification