تأثیر آلودگی قارچ Phoma lingam بر پروفیل متابولیکی کلزا رقم هایولا 401

کد مقاله : 1325-23IPPC
نویسندگان
1دانشجوی دکتری بیماری‌شناسی گیاهی، بخش گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز ، ایران
2دانشیار بیماری شناسی گیاهی، بخش گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
چکیده
در طول دهه‌های گذشته، بیماری ساق سیاه کلزا یا شانکر ساقه فوما با عامل Leptosphaeria maculans (فرم غیرجنسی Phoma lingam) یکی از عوامل محدود کننده تولید کلزا در سراسرجهان بوده است. یکی از قوی‌ترین روش‌های تشخیص مکانیسم‌ها در سطح متابولیکی از جمله مکانیسم بیماریزایی بررسی عمومی پروفیل متابولیت‌ها با استفاده از رهیاف متابولومیکس است. در این مطالعه به منظور شناسائی مسیرهای متابولیکی درگیر در مکانیسم‌های بیماریزایی، تغییرات در پروفیل متابولیکی بخش قطبی حاصل از برهمکنش قارچ P. lingam (جدایه Phkv102) و کلزا رقم حساس هایولا 401 به کمک دستگاه کروماتوگرافی گازی-طیف‌سنج جرمی (GC-MS) مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور در شرایط کاملاً کنترل شده، 14 روز پس از کشت، در مرحله دو لپه‌ای، گیاهان به ترتیب با سوسپانسیون 107 اسپور در میلی‌لیتر و آب (شاهد) به روش قطره-زخم مایه‌زنی شدند. 48 ساعت پس از مایه‌زنی نمونه‌برداری بافت محل مایه‌زنی انجام شد و به سرعت تحت شوک سرمایی قرار گرفت. متابولیت‌ها با حلال متانول استخراج و به کمک دستگاه GC-MS شناسایی و اندازه‌گیری شده و مورد تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که در سطح آماری P ≤0.2، تعداد 26 متابولیت نسبت به شاهد خود تغییرات معنی‌داری نشان دادند که منجر به تغییرات در 13 مسیر متابولیکی در سلول‌های گیاه بود. این مسیرهای متابولیکی مربوط به متابولیسم قندها، اسید آمینه‌ها، اسیدهای آلی، اسیدهای چرب‌ و گلیکوزیدها بودند. آلودگی کلزا رقم هایولا 401 با P. lingam منجر به تغییر در مسیرهای مرتبط با دیواره‌ی سلولی میزبان می‌گردد. در این برهمکنش دو مسیر از مسیرهای دخیل در تقویت دیواره‌ی سلولی (Cellulose biosynthesis و Hemicellulose biosynthesis) تضعیف گردید. همچنین بیان سه مسیر دفاعی مهم شامل Ascorbic acid biosynthesis، Proline biosynthesis و Chitinase biosynthesis در گیاهان کلزا تحت تنش‌ سرکوب گردید. مسیر Glucoside biosynthesis در گیاهان آلوده احتمالاً در جهت پاسخ به افزایش تقاضاهای سلولی برای ترکیب‌ دفاعی D-Glucopyranoside، در گیاه فعال‌ گردید. مسیر Jasmonic acid biosynthesis به شدت سرکوب شد که احتمالاً به دلیل افزایش بیان سنتز سالسیلیک اسید می‌باشد. همچنین فراوانی قندهای گلوکوز، گالاکتوز، فروکتوز، مانوز، میواینوزیتول و ملیبیوز کاهش یافت که این موضوع نقش حیاتی این کربوهیدرات‌ها را در بیماریزایی P. lingam در رقم حساس پیشنهاد می-کند.
کلیدواژه ها
موضوعات
 
Title
Effect of infection by phoma lingam on metabolic profile of canola cultivar Hyola 401
Authors
zahra amjadi, Habiballah Hamzehzarghani
Abstract
Over the past decades, blackleg of canola or phoma stem canker caused by Leptosphaeria maculans (anamorph Phoma lingam) has been one of the limiting factors in the production of canola around the world. The general investigation of metabolic profiles using metabolomics approach is one of the strongest methods for identifying mechanisms at the metabolic level, including mechanisms of pathogenisis. In this study, in order to identify the metabolic pathways involved in pathogenesis, changes in metabolic profiles resulting from the interaction P. lingam (Phkv102 isolate) and the susceptible canola cultivar Hyola 401 were investigated by GC-MS chromatography using the polar fraction. Under completely controlled conditions, 14 days after planting, in the dicotyledonous stage, the plants were inoculated by 107 spores per ml suspensions and water (control) by drop-wound method, respectively. The tissue samples were taken 48 hours after inoculation and were shock frozen immediately. Metabolites were extracted using methanol as solvent, identified and quantified with GC-MS and subjected to statistical analyses. Results indicated that 26 metabolites showed significant difference over their controls at P≤0.2, which is caused by changes in 13 metabolic pathways. These metabolic pathways related to the metabolism of sugars, amino acids, organic acids, fatty acids and glucosides. Infection of canola cultivar Hyola 401 to P. lingam leads to a change in pathways related to the host cell wall. In this interaction, two pathways involved in the reinforcement of the cell wall (Cellulose biosynthesis and Hemicellulose biosynthesis) were suppressed. Three important defence pathways including Ascorbic acid biosynthesis, Proline biosynthesis and Chitinase biosynthesis were also suppressed in canola plants under stress. Glucoside biosynthesis pathway was activated in the infected plants possibly in response to the increased cellular demands for D-Glucopyranoside defense compound. The Jasmonic acid biosynthesis has been severely suppressed, presumably due to increased expression of salicylic acid synthesis. The abundance of glucose, galactose, fructose, mannose, myo-inositol and melbiose were also decreased, suggesting the crucial role of these carbohydrates in pathogenesis by P. lingam in susceptible cultivar.
Keywords
Pathogenesis mechanisms, Susceptible cultivar, metabolomics