تنوع ژنتیکی ارقام آبی و دیم گندم نان و بررسی بیان ژن‌های مقاوم در واکنش به نماتد سیستی غلات

کد مقاله : 1144-23IPPC (R1)
نویسندگان
1خیابان پروین خ معراج خ فجر 2 کوچه 15 خرداد پلاک 39
2ﺑﺨ ﺶ ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت ﮔﯿﺎﻫﭙﺰ ﺷ ﮕ ﯽ، ﻣﺮﮐﺰﺗﺤﻘﯿﻘﺎت و آﻣﻮز ش ﮐﺸﺎورز ی وﻣﻨﺎﺑﻊ ﻃﺒﯿﻌ ﯽ اﺳﺘﺎن اﺻﻔﻬﺎن، ﺳﺎزﻣﺎن ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت، آﻣﻮز ش و ﺗﺮوﯾﺞ ﮐﺸﺎورز ی
3گروه گیاهپزشکی دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه لرستان
4خرم ایاد کیلومتر 12 جاده خرم آباد - اندیمشک، دانشکده کشاورزی دانشگاه لرستان، گروه گیاه پزشکی
چکیده
گندم نان Triticum aestivum L. اولین غله بوده که به طور وسیعی در الگوی مصرف 75 درصد از جمعیت جهان قرار دارد. نماتد سیستی غلات از مهم‌ترین نماتدهای خسارت‌زای گندم بوده که گونه Heterodera filipjevi دارای پراکنش وسیعی در مزارع غلات کشور است. در این تحقیق به منظور بررسی تنوع ژنتیکی ارقام گندم مقاوم و حساس به H. filipjevi پاتوتیپ اصفهان، تعداد 30 رقم آبی‌ و 13 رقم دیم، با استفاده از نشانگرهای مولکولی SSR و توالی یابی در قالب یک طرح کاملاً تصادفی با 5 تکرار، مورد بررسی قرار گرفتند. در این بررسی، از 7 جفت پرایمر SSR متصل به ژن مقاوم به نماتد استفاده گردید. 5 جفت از پرایمرها باندهای چندشکل قابل امتیازدهی تولید نمودند. میزان نوار تولیدشده در هر آغازگر از 1 تا 3 نوار متغیر بود. بیشترین و کمترین میزان اطلاعات چندشکلی (PIC) به ترتیب مربوط به Xgwm301 2D و Xgwm 147 با مقدار 81/0 و 44/0 بود. به طور متوسط در جمعیت‌های مختلف 29 تا 88 درصد تشابه مشاهده شد. براساس نتایج تجزیه SSR، ارقام به 5 گروه اصلی شدند. ارقام مقاوم "بم" و "بهرنگ" دارای ژن‌های مقاوم Cre1 و Cre8 بودند. از بین ژن‌های مقاوم بخشی از دو ژن Cre3 و Cat در 5 رقم با واکنش متفاوت به نماتد توالی یابی شدند. ترادف نوکلئوتیدی قطعات تکثیر یافته با همولوگ‌های Cre3 و Cat مقایسه شد، که به ترتیب نشان دهنده 93 تا 100٪ و 86 تا 92٪ شباهت بود. بالاترین شباهت ژن Cre3 تکثیر شده با ژن RGA14 گندم و با ژن کاتالاز Cat3-A1 در گندم رقم کارناما مشاهده گردید. این تحقیق نشان داد که از بین ژنهای مقاوم شناخته شده (Cre gene) علیه نماتد سیست غلات تنها ژن Cre1 قادر به کنترل جمعیت H. filipjevi پاتوتیپ اصفهان می‌باشد. نتایج بیان ژن در برگ نشان داد که میزان بیان در گیاهان تلقیح شده با این پاتوتیپ افزایش یافته و با نمونه‌های شاهد تفاوت معنی‌داری در سطح 1٪ نشان داد. به طوری که بیان ژن Cre3 در هفته های ششم و هفتم به ترتیب 88/8 و 77/9 برابر افزایش یافت. در حالی که در مورد ژن TaPrx111، در هفته ششم و هفتم، به ترتیب 74/3، 93/5 برابر بود و ژن TaPrx112 برابر 4/16 و 6/11 برابر بود. نتایج تجزیه واریانس بیان ژن در ریشه نشان داد که تفاوت معنی‌داری بین گیاهان تیمار شده با نماتد و کنترل وجود دارد. بیان ژن‌های Cre3، TaPrx111 و TaPrx112 به ترتیب 6/32، 20 و 18/8 برابر چهار روز پس از تلقیح با نماتد در مقایسه با شاهد بود. در حالیکه هفت روز پس از تلقیح، افزایش بیان برای هر ژن به ترتیب 98/15، 93/5 و 59/16 برابر بود. همچنین سطح بیان ارقام مقاوم در برگ و ریشه به طور معنی‌داری بیشتر از ارقام نسبتا حساس و حساس بود.
کلیدواژه ها
موضوعات
 
Title
Genetic diversity of bread wheat genotypes and resistant genes expression in response to cyst cereals nematodes
Authors
marzieh motamedi, mehdi nasr esfahani, eidi bazgire, Mostafa Darvishnia
Abstract
Bread wheat, Triticum aestivum L. is a major staple food for the world’s population. Cereal cyst nematode, Heterodera filipjevi is a soil-dwelling phytoparasitic nematode worldwide, which has a wider distribution than other species in Iran. The aim of this study was to search for a new source of resistance against the cereal cyst nematode, H. filipjevi in a collection of 43 irrigated and rainfed wheat accessions. Microsatellite markers, or simple sequence repeats (SSRs) were used to analyze the resistant and or susceptible wheat genotypes to H. filipjevi Isfahan pathotype populations. Seven primers were used, out of which five primers showed polymorphisms. Alleles per primer varied from 1-3 per locus (mean 2.85). The highest and lowest Polymorphic Information Content (PIC) of 0.81 and 0.44 (mean 0.66) were related to Xgwm 3012DL and Xgwm147, respectively. Genetic similarity was 29-88% between accessions. SSR analysis divided the accessions into five main groups. Resistant cultivars ‘Bam’ and ‘Behrang’ possessed both Cre1 and Cre8 resistant genes. The Cre3 and Cat genes were partially sequenced in five cultivars of different responses to H. filipjevi. The nucleotide sequences were compared to Cre3 and Cat homologues, indicating 93 to 100% and 86 to 92% homology, respectively. The MEGA program showed highest similarity of Cre3 and Cat genes amplified with the resistance gene analogues (RGA14) in the wheat and Cat3-A1 gene in ‘Carnamah’. This research showed that SRR markers could efficiently verify genetic diversity between wheat accessions, and the known resistance genes (Cre genes) against the cereal cyst nematodes could not control the H. filipjevi Isfahan pathotype populations, except with the Cre1 gene. The results on gene expression in the leaf indicated that the expression rate in the leaves of the plants treated with the H. filipjevi Isfahan pathotype was increasing with a high significant difference at 1% level. So that, the expression of the Cre3 gene in sixth and seventh weeks increased 8.88 and 9.77 times respectively. Whereas, in the case of TaPrx111 gene, it was 3.74 and 5.93 times in the sixth and seventh weeks, and with the TaPrx112 gene was 16.4 and 11.6 times respectively. The results of analysis of variance of gene expression in the root showed that, there was a significant difference between the accessions infected to H. filipjevi Isfahan pathotype and control. Expression of Cre3, TaPrx111 and TaPrx112 genes occurred by 32.6, 20 and 8.18 times four days after inoculation with the nematode in comparison to the control ones respectively. Whereas, seven days after inoculation the increase for each gene was 15.98, 5.93 and 16.59 times respectively. Also, the expression level in resistant cultivars was higher in the leaves and roots than in moderatly susceptibe and susceptibe cultivars significantly.
Keywords
: cereal cyst nematode, gene expression, Heterodera filipjevi, resistant gene, sequencing, Wheat cultivars