بررسی تغییر نوکلئوتیدی در ژن رمزگذار AvrSr50 و تأثیر آن در بیماریزایی جدایه‌های Puccinia graminis f. sp. tritici بر روی ارقام گندم حاوی ژن Sr50
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1771-25IPPC (R1)
نویسندگان
1گروه بیماری شناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
2دانشگاه تربیت مدرس
3استادیار
چکیده
زنگ سیاه یا ساقه گندم با عامل قارچی(Pgt) Puccinia graminis f. sp. tritici یکی از شایع‌ترین و خسارت‌زاترین بیماری‌های گندم در جهان و ایران به شمار می‌آید.. قارچ Pgt به دلیل داشتن چرخه تولیدمثل جنسی، جهش و دورگ‌گیری، مستعد تغییرات ژنتیکی بالایی در جمیعت خود است و به همین دلیل باعث ایجاد نژادهای جدید با الگوی بیماریزایی متفاوت می‌شود. ژن Sr50 یکی از مهم‌ترین ژن‌های مقاومت به زنگ در گندم است که در برابر بسیاری از نژادهای بیماریزای Pgt مؤثر بوده و در برنامه های به‌نژادی ارقام گندم توصیه می‌شود. طی بررسی های چند سال گذشته هیچ کدام از جدایه های بررسی شده در ایران قادر به بیماریزایی بر روی ارقام دارای ژن مقاومت Sr50 نبوده است. در بررسی بیماریزایی تعدادی از جدایه های قارچ Pgt بر روی رگه‌ی ایزوژنیک گندم حاوی ژن مقاومت Sr50، دو جدایه با واکنش سازگار بر روی رگه‌ی حاوی این ژن مشاهده گردید. برای بررسی علت ژنتیکی بیماریزایی، با استفاده از PCR، ژن رمزگذار افکتور AvrSr50 متناظر با Sr50 در Pgt مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که ژن رمزگذار افکتور در هر دو جدایه بیماریزا وجود دارد. برای بررسی چندشکلی، با استفاده از آغازگرهای اختصاصی ژن AvrSr50 از این دو جدایه و دو جدایه غیر بیماریزا تکثیر و با استفاده از روش سنگر توالی‌یابی شدند. نتایج توالی‌یابی وجود چندشکلی در یک نوکلئوتید را تأیید کرد. نتایج نشان داد که (A178>G) موجب تغییر آمینواسید ترئونین به آلانین در توالی آمینواسیدی (T60>A) می‌شود. برای بررسی اینکه این تغییر آمینواسیدی در سطح پروتئین قرار دارد که تغییر آن در برهمکنش دو پروتئین تأثیرگذار باشد، برای پروتئین جهش‌یافته و وحشی این افکتور مدل سه بعدی ترسیم گردید. مدل تهیه شده بر اساس ساختار سه بعدی 7MQQ موجود در بانک داده های پروتئینی نشان داد که جهش ایجاد شده آمینواسید ترئونین را، که آمینواسیدی قطبی است و در سطح پروتئین قرار دارد، به آلانین، که آمینو اسید غیرقطبی است، تبدیل می کند. تغییر آمینواسیدی بوجود آمده در هر دو جدایه بیماریزا و حضور موقعیت جهش در سطح پروتئین می تواند در برهمکنش بین تغییرگر و گیرنده تأثیرگذار بوده و موجب عدم شناسایی افکتور به وسیله گیرنده و شکسته شدن مقاومت حاصل از جهش در Sr50 باشد. با توجه به نتایج این تحقیق، بررسی مداوم تغییرات ژنتیکی جدایه‌های این قارچ و بازنگری در استفاده از ژن هایی که ممکن است در آینده نزدیک مؤثر نباشند، توصیه می‌شود.
کلیدواژه ها
Title
Allelic variation of AvrSr50-encoding gene and its impact on the virulence of Puccinia graminis f. sp. tritici on wheat
Authors
Taha Rajabi, Fahimeh Dolatabadi, Mansoor Karimi-Jashni
Abstract
Puccinia graminis f. sp. tritici (Pgt) causes wheat stem rust, a devastating diseases that affects wheat production worldwide, including Iran. Frequent cycles in sexual reproduction of Puccinia graminis f. sp. tritici generates high genetic variation, leading to the emergence of new races with different virulence patterns. Sr50, a resistance gene, has been effective against many Pgt races and is recommended for wheat breeding programs. However, recent investigations in Iran have identified Pgt isolates that can overcome Sr50-mediated resistance. Using two Pgt isolates virulent on Sr50-containing isogenic wheat lines, we examined the AvrSr50 effector gene corresponding to Sr50. The polymerase chain reaction (PCR) analysis confirmed the presence of the AvrSr50 gene in both virulent isolates. Sequence analysis using specific primers and the Sanger sequencing platform identified a single nucleotide polymorphism (A178>G) in the AvrSr50 gene, resulting in an amino acid substitution (T60>A), changing threonine (Thr) to alanine (Ala). The 3D modeling of the wild-type and mutant AvrSr50 effectors, based on the 7MQQ protein structure in the Protein Data Bank (PDB), revealed that a polar amino acid (threonine) exposed on the protein surface is replaced by a non-polar amino acid (alanine). This potentially enabling it to evade detection by the Sr50 resistance gene. This highlights the importance of monitoring genetic variations in Pgt and reassessing the effectiveness of resistance genes over time.
Keywords
Compatible and incompatible interactions, mutation, Modelling