پاسخ مولکولی، متابولیکی و فیزیولوژیکی زعفران به تنش زیستی ناشی از ویروس موزاییک شلغم

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1817-25IPPC (R1)
نویسندگان
1دانشجوی دکتری دانشگاه تربیت مدرس
2دانشگاه تربیت مدرس
3دانشگاه گالیسیا- CSIC
4دانشگاه شهید بهشتی
چکیده
زعفران (Crocus sativus L.) گیاهی علفی و چند ساله، از تیره زنبقیان (Iridaceae) می‌باشد و دارای خواص دارویی متعددی است. منطقه خراسان ایران بزرگترین تولیدکننده‌ی زعفران است و تقریباً 90 درصد از زعفران جهان را تولید می‌‌کند. بخش سودآور و گرانبهای زعفران کلاله‌های آن است که به عنوان گران‌‌ترین ادویه‌جات در جهان محسوب می‌شود و از سه آپوکاروتنوئید مهم شامل کروسین، پیکروکروسین و سافرانال تشکیل شده‌است. این ترکیبات سبب شده‌است که زعفران در صنایع مختلف از جمله آشپزی، داروسازی، نساجی، آرایشی و بهداشتی و عطرسازی مورد توجه قرار گیرد. ویروس‌های گیاهی به‌عنوان یکی از عوامل تنش‌های زیستی، ممکن است مواد موثره گیاه زعفران را تحت تاثیر قرار داده و سبب کاهش یا از بین رفتن خواص دارویی آن شوند. ویروس موزائیک شلغم (Potyvirus rapae) یکی از ویروس‌‌های گیاهی شایع در سراسر جهان به‌شمار می‌رود. به‌منظور مطالعه‌ی تاثیر تنش زیستی ناشی از P. rapae بر کیفیت زعفران، شاخص‌‌های مختلف ریخت‌شناسی، فیزیولوژیک، متابولیکی و مولکولی گیاه دارویی زعفران با استفاده از طرح کاملاً تصادفی مورد ارزیابی قرار گرفت. در ابتدا گیاه زعفران در مرحله‌ی شروع برگ‌دهی، با استفاده از زادمایه ویروس مایه‌زنی مکانیکی شد و شاخص‌های مختلف بررسی شدند. صفات ریخت‌شناسی گیاه زعفران تحت تنش ناشی از ویروس کاهش یافت و علائم ویروسی ظاهر شد. ویروس همچنین سبب کاهش مقدار رنگدانه‌های برگ، آنتوسیانین گلبرگ، عملکرد گلدهی، سبزینگی و شاخص‌های فتوسنتزی گردید. نتایج تجزیه و تحلیل کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) نشان داد که تیمار P. rapae منجر به کاهش معنی‌دار آماری در سطح پنج درصد در محتوای کروسین و سافرانال و القای پیکروکروسین در مقایسه با تیمار شاهد شد. تجزیه و تحلیل بیان ژن درگیر در مسیر بیوسنتز متابولیت‌‌های ثانویه حیاتی زعفران، همبستگی بالایی با محتوای هر متابولیت نشان داد. مایه‌زنی P. rapae به گیاه زعفران باعث کاهش سطح بیان ژن CsALDH31l در مسیر سنتز کروسین شد، درحالیکه تفاوت معنی‌داری در سطح بیان ژن CsUGT709G1 در مسیر سنتز پیروکروسین در مقایسه با تیمار شاهد مشاهده نشد. بنابراین، یافته‌های ما ارتباط بین تنش زیستی ناشی از ویروس و تغییر در متابولیسم گیاه دارویی زعفران را نشان داد.
کلیدواژه ها
 
Title
The molecular, metabolic, and physiological reactions of saffron to biotic stress induced by turnip mosaic virus
Authors
Marzieh Shamshiri, Masoud shams-bakhsh, Conchi Sánchez, Saleta Rico, Ali Mokhtassi-Bidgoli, Mahdi Ayyari, Hasan Rezadoost
Abstract
Saffron (Crocus sativus L.) is an herbaceous and perennial plant belonging to the Iridaceae family, well-known for its varied medicinal features. Khorasan region, Iran stands out as the principal global hub for saffron cultivation and produces almost 90% of the world’s saffron. The profitable and precious segment of saffron is its stigmas, which are considered the most costly spices worldwide and encompass three crucial apocarotenoids including crocin, picrocrocin, and safranal. These chemical components have caused saffron to be considered in various industries such as culinary, pharmaceuticals, textiles, cosmetics and perfumery. Plant viruses, as one of the most important biotic stressors, can potentially alter the effective compounds of the saffron plant leading to a reduction or loss of their medicinal properties. Turnip mosaic virus (Potyvirus rapae) is one of the most prevalent plant viruses in the world. To study the effect of P. rapae biotic stress on the saffron quality, different morphological, physiological, metabolic and molecular indices of the saffron medicinal plant were assessed using a completely randomized design. At first, the saffron plant was mechanically inoculated with P. rapae at the beginning of the leaf stage and various indices were investigated. Morphological traits of saffron decreased under virus stress and viral symptoms appeared. P. rapae also caused a decrease in the amount of leaf pigments, petal anthocyanin, flowering performance, greenness and photosynthetic indices. The results of high-performance liquid chromatography (HPLC) analysis revealed that P. rapae treatment led to a statistically notable reduction at a significance level of 5% in crocin and safranal content and picrocrocin induction compared to the mock treatment. The analysis of gene expression involved in the biosynthesis of vital secondary metabolites of saffron showed a high correlation with the content of each metabolite. Inoculation of P. rapae to saffron plant decreased the level of CsALDH31l gene expression in the crocin synthesis pathway while no significant difference was observed in the level of CsUGT709G1 gene expression in the picrocrocin synthesis pathway compared to the mock treatment. Taken together, our findings exhibited the correlation between the biotic stress caused by the virus and the change in the metabolism of the saffron medicinal plant.
Keywords
gene expression, plant virus, HPLC, Secondary metabolites