بررسی الگوی بیان ژن‌های مرتبط با مقاومت به بیماری در گیاه سیب‌زمینی تحت تنش آلودگی با ویروس PVY

پذیرفته شده برای پوستر
کد مقاله : 1573-25IPPC
نویسندگان
1دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
2گروه گیاه پزشکی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
3موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، کرج
4دانشگاه شهید بهشتی تهران
چکیده
ویروس Y سیب‌زمینی یکی از مخرب‌ترین ویروس‌های بیمارگر محصولات صیفی است که تاثیر قابل توجهی بر عملکرد و کیفیت محصول دارد. بررسی بیان ژن‌ها در درک سازوکار گیاهان در مقابله با تنش‌های محیطی حائز اهمیت است. تا کنون بیش از 700 ژن مقاومت به بیماری از خانواده NB-LRR با استفاده از توالی‌یابی RNA-Seq در سیب‌زمینی شناسایی شده است. این ژن‌ها موجب ایجاد مقاومت سیستمیک گیاه در برابر آلودگی PVY می‌شوند و حرکت ویروس را در سلول‌های گیاه محدود می‌کنند. شناسایی و بررسی ژن-های مقاومت در برنامه‌های اصلاح نژاد و به منظور ایجاد ارقام مقاوم به ویروس اهمیت دارد. پژوهش حاضر با هدف بررسی الگوی بیان دو ژن مرتبط با مقاومت به بیماری در سیب‌زمینی، در رقم مقاوم خاوران تحت تنش آلودگی با PVY، انجام شد. به این منظور داده‌های RNA-Seq موجود در پایگاه داده SRA که مربوط به توالی‌یابی ترنسکریپتوم گیاه سیب‌زمینی آلوده به PVY می‌باشد، مورد استفاده قرار گرفت. پس از کنترل کیفیت، پیرایش داده‌ها و نقشه‌یابی روی ژنوم مرجع سیب‌زمینی، تجزیه و تحلیل بیان افتراقی ژن‌ها و هستی‌شناسی ژن با استفاده از DESeq2 انجام شد. سپس به منظور بررسی تغییرات بیان ژن‌های هدف با استفاده از real-time PCR، گیاهچه‌های سیب‌زمینی 14 روزه رقم خاوران، با PVY مایه‌زنی شدند. نمونه‌برداری جهت استخراج RNA طی 4، 8، 12 و 24 ساعت، یک هفته و 4 هفته پس از مایه‌زنی انجام شد. طبق نتایج به‌دست‌آمده، تغییرات بیان در 2504 ژن دارای اختلاف معنی‌داری در سطح 1 درصد در تیمار آلوده به PVY نسبت به شاهد سالم بود. ژن‌های LOC102600816 و LOC102603056 افزایش بیان نشان دادند. محصول این ژن‌ها به‌ترتیب پروتئین N-like از خانواده NB-LRR و مرتبط با مقاومت به ویروس موزائیک توتون در سیب‌زمینی و همچنین پروتئینی از نوع فاکتور رونویسی WRKY می‌باشند. طبق تجزیه و تحلیل هستی‌شناسی ژن (Gene Ontology)، ژن‌های مذکور در مسیرهای ایجاد مقاومت، DNA binding، تنظیم رونویسی توسط RNA polymerase II و تاثیر بر مسیر سیگنالینگ پاسخ‌های مرتبط با ایمنی گیاه نقش دارند. نتایج بررسی دو ژن هدف با استفاده از real-time PCR، تائید کننده نتایج تجزیه و تحلیل RNA-Seq و نشان‌دهنده افزایش بیان آن‌ها بود. بیشترین میزان افزایش بیان ژن‌های مذکور در زمان یک هفته و 4 هفته پس از مایه‌زنی ویروس مشاهده شد. نتایج کلی نشان‌دهنده اهمیت نقش ژن‌های مرتبط با مسیرهای مقاومت در پاسخ گیاه به تنش آلودگی به ویروس می‌باشد.
کلیدواژه ها
 
Title
Study of gene expression pattern of genes related to disease resistance in PVY infected potato plants
Authors
Elham Mahmoodi, Saeed Nasrollahnejad, Seyed Esmail Razavi, Rahim Ahmadvand, Masoud Tohidfar, Mahdi Alizadeh
Abstract
Potato virus Y is one of the most destructive viruses effecting summer crops that significantly affects the product yield and quality. The study of gene expression plays an essential role in understanding the mechanism of plants in dealing with environmental stresses. So far, more than 700 disease resistance genes from the NB-LRR family have been identified using RNA-Seq in potato. These genes cause plant systemic resistance against PVY infection and restrict virus movement in plant cells. Identifying and investigating resistance genes is important in breeding programs and in order to create virus resistant cultivars. The present study was conducted with the aim of investigating the expression pattern of two genes related to disease resistance in potato, in the resistant cultivar Khavaran under PVY infection stress. For this purpose, the RNA-Seq data available in SRA database was used, that is related to transcriptome sequencing of PVY infected potato plants. After quality control, data trimming and mapping on potato reference genome, differential gene expression analysis and gene ontology was performed using DESeq2. Then, 14-days old potato seedlings of Khavaran cultivar were inoculated with PVY to study the expression changes in target genes using real-time PCR. Sampling for RNA extraction was done within 4, 8, 12 and 24 hours, one week and 4 weeks post inoculation. According to the results, 2504 genes were differentially expressed in PVY infected treatments compared to control with 1% p-value. LOC102600816 and LOC102603056 were up-regulated. The products of these genes are N-like protein from NB-LRR family and related to potato resistance to Tobacco Mosaic Virus and WRKY transcription factor protein. According to gene ontology analysis, the mentioned genes are involved in resistance pathways, DNA binding, regulation of transcription by RNA polymerase II and effect on signaling pathway of plant immune responses. The results of investigating two target genes using real-time PCR confirmed the results of RNA-Seq analysis and showed an increase in their expression. The highest increase in the expression of mentioned genes was observed at one week and four weeks post virus inoculation. Total results indicate the important role of genes involved in resistance pathways in plant response to virus stress.
Keywords
Transcriptomics, Host Resistance, Differential Gene Expression