بررسی پروفایل بیانی سیب‌زمینی تحت تاثیر آلودگی با Potato Virus Y با استفاده از تجزیه و تحلیل RNA-Seq

پذیرفته شده برای پوستر
کد مقاله : 1574-25IPPC
نویسندگان
دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
چکیده
ویروس Y سیب‌زمینی (PVY) متعلق به جنس potyvirus، یکی از مهم‌ترین ویروس‌های محدودکننده تولید سیب‌زمینی در سراسر جهان به‌شمار می‌رود. انتقال وسیع PVY به‌صورت مکانیکی و نیز از طریق شته‌های ناقل موجب گسترش سریع این ویروس شده است. برهمکنش‌های بین گیاه و ویروس پیچیده است و نتیجه آن به عوامل مختلفی از جمله رقم سیب‌زمینی، استرین PVY و شرایط محیطی بستگی دارد. درک چگونگی پاسخ سیب‌زمینی به PVY تحت عنوان واکنش سازگار یا ناسازگار، نیازمند بررسی الگوی بیان ژ-ن‌های گیاه تحت تنش آلودگی به ویروس می‌باشد. در این مطالعه داده‌های توالی‌یابی RNA (RNA-Seq) با شماره پروژه PRJNA283609 مورد بررسی قرار گرفت. پس از پیرایش داده‌های خام و همردیف‌سازی با ژنوم مرجع سیب‌زمینی، بیان افتراقی رونوشت‌های نقشه‌یابی شده و همچنین هستی‌شناسی ژن به منظور درک عملکرد ژن‌های دارای بیان افتراقی، با استفاده از نرم‌افزار DESeq2 مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. به‌منظور بررسی تغییر بیان ژن هدف با استفاده از real-time PCR، گیاهچه‌های سیب-زمینی 14 روزه رقم خاوران، با PVY مایه‌زنی شدند. نمونه‌برداری از برگ‌ها طی 4، 8، 10، 12 و 24 ساعت پس از مایه‌زنی انجام شد. سپس استخراج RNA به‌منظور بررسی بیان ژن مورد نظر صورت گرفت. طبق نتایج به‌دست‌آمده، تعداد 85 ژن در پروفایل بیانی سیب-زمینی آلوده به PVY نسبت به شاهد سالم دارای بیان افتراقی در سطح یک درصد بودند. از این تعداد، 46 ژن افزایش بیان و 39 ژن کاهش بیان نشان دادند. بیشترین میزان تغییرات بیان مربوط به نمونه‌برداری در زمان 10 ساعت پس از مایه‌زنی ویروس بود. پژوهش‌ها نشان داده‌اند که پاسخ گیاه مقاوم نسبت به PVY، با تغییرات بیان کم‌تری نسبت به رقم حساس همراه است که این موضوع تائیدکننده نتایج مطالعه حاضر می‌باشد. بررسی عملکرد ژن‌ها و تجزیه و تحلیل هستی‌شناسی ژن نشان داد بیشترین میزان افزایش بیان مربوط به ژن‌های مرتبط با ایمنی گیاه از طریق خاموشی RNA (مانند پروتئین‌های Argonaute)، ژن‌های پاسخ‌دهنده به تنش‌های زنده و نیز ژن‌هایی که در مسیر آبشار سیگنالینگ MAPK نقش دارند، می‌باشد. از طرفی ژن‌های القاکننده تنش، ژن‌های مرتبط با توسعه مرگ سلولی و ژن‌های مقاومت به بیماری از خانواده پروتئین‌های TIR-NBS-LRR در گیاه آلوده به PVY کاهش بیان معناداری داشتند. همچنین سرکوب شدید ترنسکریپت Soltu.DM.06G019440.1 در نتیجه آلودگی سیب‌زمینی به PVY مشاهده شد. بررسی‌ها نشان‌دهنده نقش ژن مذکور در محافظت از گیاه در برابر حشره ناقل ویروس می‌باشد. نتایج real-time PCR نیز کاهش معنادار این ژن را تحت تنش PVY تائید کرد. نتایج بررسی بیان ژن‌ها در سیب‌زمینی تحت تنش آلودگی به PVY می‌تواند گامی مفید در جهت پیش‌بینی تعامل بین گیاه و بیمارگر اعم از سازگار یا ناسازگار بودن آن و در نتیجه برآورد میزان خسارت به گیاه مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه ها
 
Title
Investigating the expression profile of potato under the stress of Potato Virus Y infection using RNA-Seq analysis
Authors
Alireza Bali, Elham Mahmoodi, Saeed Nasrollahnejad
Abstract
Potato Virus Y (PVY) from the genus potyvirus, is one of the most important viruses limiting potato production worldwide. The widespread transmission of PVY mechanically and also through aphids as vectors has caused the rapid spread of this virus. The interactions between plant and virus are complex and the result of them depends on the potato cultivar, virus strain and environmental conditions. Understanding how potato responds to PVY as compatible or incompatible reaction, requires the investigation of the expression pattern of plant genes under the virus infection stress. In this study, RNA sequencing (RNA-Seq) data with the project number PRJNA283609 were analyzed. After trimming raw data and alignment with the potato reference genome, differential expression of mapped transcripts and gene ontology for understanding the function of differential expressed genes were analyzed using DESeq2. In order to investigate the expression changes in target gene using real-time PCR, 14-days old potato seedlings of Khavaran cultivar were inoculated with PVY. Sampling was done within 4, 8, 10, 12 and 24 hours post inoculation. Then, RNA extraction was done in order to check the expression of target gene. According to the results, 85 genes were differentially expressed in the expression profile of PVY infected potato compared to control with 1% p-value. Out of these, 46 genes were up-regulated and 39 genes were down-regulated. The most changes in gene expression observed in 10 hours post inoculation. Studies have indicated that response of resistant plant to PVY is associated with less expression changes in compared to susceptible cultivars that confirms the results of present study. Finding the function of genes and gene ontology analysis showed that the most expressed genes are related to plant immunity through RNA silencing (such as Argonauts proteins), biotic stress responsive genes and genes involved in MAPK signaling cascade. On the other hand, stress enhanced genes, development of cell death related genes and disease resistance genes from NBS-LRR protein family had a significant decrease in expression in PVY infected plants. Also, strong repression of Soltu.DM.06G019440.1 was observed as a result of PVY infection. Studies show the role of this gene in plant protection against virus vector. Real-time PCR also confirmed a significant down-regulation in mentioned gene under PVY stress. The results of differential gene expression in PVY infected potato can be useful in predicting the compatible or incompatible interaction between plant and pathogen, and assessment the crop damage.
Keywords
Potato Expression Profile, Real-time PCR, Gene Expression Regulation