افزایش اُلیگاندرین در Pythium oligandrum با به‌کارگیری سامانه‌ی CRISPR/Cas9

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1065-25IPPC
نویسندگان
1دانشگاه شیراز
2بخش گیاه‌پزشکی دانشکده کشاورزی دانشگاه شیراز
3دانشگاه گوته آلمان
چکیده
گونه‌ی Pythium oligandrum از اُاُمیست‌های همه‌جازی است که به دلیل نقش آنتاگونیستی آن از اهمیت ویژه‌ای در سطح جهانی برخوردار است. به نظر می‌رسد که بخشی از ماهیت آنتاگونیستی P. oligandrum به دلیل وجود پروتئین اُلیگاندرین باشد. در این پژوهش ابتدا با توالی‌یابی کل ژنوم P. oligandrum، ماهیت حفاظت‌‌شده‌ی ژن اُلیگاندرین در جدایه‌های مختلف P. oligandrum تأیید شد. با حذف ژن اُلیگاندرین با به‌کارگیری سامانه‌ی CRISPR/Cas9 نقش آن در این گونه بررسی گردید و سپس با قراردادن یک پیش‌بر قوی (Ham34) در بالادست ژن رمزگذار اُلیگاندرین، میزان بیان آن و اثر این تغییرات بر ماهیت آنتاگونیستی این شبه‌قارچ سنجیده شد. خصوصیات ریخت‌شناختی، ماهیت آنتاگونیستی و نیز بیان ژن اُلیگاندرین در جدایه‌های تراریخت نسبت به جدایه‌ی تیپ وحشی سنجیده شد. نتایج بررسی‌های ریخت‌شناختی تراریخت‌ها نشان داد که حذف ژن اُلیگاندرین منجر به تولید اُاُسپورهای عقیم، تولید اسپورانژیوم بیش‌تر نسبت به تیپ وحشی، کاهش توان آنتاگونیستی در آزمون‌های کشت متقابل با دیگر بیمارگرهای اُاُمیستیِ گیاهی و در نهایت کاهش توان کلی گیاه مورد آزمون (Nicotiana benthamiana) علیه اُاُمیست بیمارگر، Phytophthora capsici می‌شود. در مقابل، افزایش بیان ژن اُلیگاندرین منجر به تولید اُاُسپورهای بزرگ‌تر نسبت به تیپ وحشی، تولید اسپورانژیوم کم‌تر، و در نهایت افزایش توان آنتاگونیستی در آزمون-های کشت متقابل با دیگر بیمارگرها و افزایش مقاومت گیاه مورد آزمون به بیمارگر مذکور شد. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که پروتئین اُلیگاندرین احتمالاً نقش به سزایی در تولید ساختارهای جنسی و غیرجنسی P. oligandrum دارد و با تولید ساختارهای جنسی که عنصر اصلی در فرمول‌بندی‌های مهار زیستی علیه بیمارگرهای گیاهی است، در ماهیت آنتاگونیستی این اُاُمیست اثر دارد.
کلیدواژه ها
 
Title
Enhancement of Oligandrin in Pythium oligandrum Using CRISPR/Cas9 System
Authors
Fatemeh Salmaninezhad, Reza Mostowfizadeh-Ghalamfarsa, Marco Thines
Abstract
Pythium oligandrum is a cosmopolitan oomycete that is of universally great importance due to its antagonistic role. It seems that the antagonistic nature of P. oligandrum could be because of the existence of a protein called oligandrin. In this study, the whole genome sequencing of different P. oligandrum strains were conducted to ensure the conserved nature of this region. Oligandrin role was confirmed by knocking it out using CRISPR/Cas9 system and after knocking in a strong promoter (i.e., Ham34) at the upstream of oligandrin coding gene, its expression, and the aftereffect of these changes on the antagonistic activity of this fungus-like microorganism were examined. Morphological features, antagonistic ability, and oligandrin gene expression were studied. Morphological studies of the transformants revealed that knocking out the oligandrin gene results in the production of aborted oospores, more sporangia compared to the wild-type, decreased antagonistic ability in cross-culturing with plant pathogenic oomycetes, and finally the overall reduction in the tested plant (Nicotiana benthamiana) potential against oomycete pathogen, Phytophthora capsici. In contrast, enhancing oligandrin gene expression resulted in the production of the mutants with larger oospores and fewer sporangia compared to the wild-type strain, increased antagonistic ability in cross-culturing with plant pathogenic oomycetes and lastly, enhancement of the tested plant resistance against the aforementioned pathogen. Hence, it can be concluded that oligandrin protein would probably have a significant role in sexual and asexual structures’ formation in P. oligandrum, and therefore, by producing the sexual structures which are the major elements in biofungicide formulations against plant pathogens, has the role in antagonistic nature of this oomycete microorganism.
Keywords
CRISPR/Cas9 system, gene expression, Oligandrin, Transformation