پژوهشنامه اصلاح گیاهان زراعی

چکیده مبسوط

مقدمه و هدف: برنج یکی از گیاهان زراعی راهبردی به شمار می‌رودکه نقش مهمی در تامین امنیت غذایی بیش از 50 درصد از جمعیت جهان به‌ویژه در آسیا ایفا می‌کند. بلاست با عامل Pyricolaria oryzae یکی از مهمترین بیماری‌های برنج، سالانه تهدیدی جدی برای رشد این محصول ایجاد می‌کند. القای مقاومت در برنج از طریق عوامل زیستی و غیرزیستی از جمله فسفیت، به‌عنوان یکی از ابزار‌های مدیریتی ایمن و نوین، در سطح جهانی به‌عنوان جایگزینی‌ سازگار با محیط زیست مورد استفاده قرار گرفته و این روش باعث فعال‌سازی مکانیسم دفاعی در گیاهان و افزایش توانایی آن در پاسخ به تهاجم بیمارگرها می‌شود. لذا در این پژوهش تأثیر فسفیت پتاسیم بر تغییرات بیان چند ژن دفاعی شامل PAL، LOX، NPR1، PR1 و PR5 در سطح رونویسی، در پاسخ به مقاومت برنج رقم هاشمی در برابر عامل بیماری بلاست مورد ارزیابی قرار گرفت.

مواد و روش‌ها: پژوهش در گلخانه به‌صورت اسپلیت پلات در زمان در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار انجام شد. رقم هاشمی به‌عنوان رقم بومی رایج منطقه و حساس به بیماری بلاست انتخاب گردید. پس از کاشت گیاهچه‌های همسان در گلدان‌ها، محلول‌پاشی فسفیت پتاسیم رقیق شده با غلظت دو گرم در لیتر و محلول‌پاشی آب مقطر سترون به‌عنوان تیمار شاهد روی گیاهچه‌های برنج در مرحله چهار تا پنج برگی انجام شد. پس از دو روز، سوسپانسیون اسپور قارچ بیمارگر با غلظت 10⁵×5 اسپور در هر میلی‌لیتر و به همراه 05/0 درصد توئین ۲۰ برای مایه‌‌زنی تمام بوته‌ها مورد استفاده قرار گرفت. زمان نمونه ‌برداری از بافت برگی گیاهچه‌های تیمار شده و شاهد به‌ترتیب در چهار زمان صفر (قبل از مایه زنی با قارچ)، 48، 96 و 144 ساعت بعد از مایه‌زنی بیمارگر انجام شد. شدت بیماری بلاست 10 روز بعد از مایه‌زنی ثبت گردید. به­منظور بررسی تغییرات بیان ژن‌های دفاعی، پس از استخراج RNA نمونه‌ها و ساخت cDNA، از روش Quantitative real- time PCR و ژن Ubiquitin به‌عنوان ژن خانه‌دار در نظر گرفته شد. تجزیه‌ آماری داده‌های بدست آمده از این آزمایش و مقایسه میانگین داده‌ها به روش دانکن در سطح احتمال 01/0 درصد با نرم‌افزار SAS 9.1 و همچنین رسم نمودارها با نرم‌افزار Excel 2010 انجام گرفت.

یافته‌ها: نتایج تجزیه واریانس داده‌های شدت بیماری بلاست ناشی از اثر فسفیت پتاسیم در مرحله برگی روی رقم هاشمی نشان داد که گیاهان تیمار شده در مقایسه با گیاهان شاهد، آلودگی بسیار معنی دار کمتری نسبت به بیماری از خود نشان دادند. نتایج ارزیابی اثر تیمار فسفیت پتاسیم بر میزان تغییرات بیان ژن‌های NPR1، PR1، PR5، LOX و PAL در مقایسه با شاهد حاکی از آن بود که  داده‌ها دارای اختلاف معنی‌‌داری با یکدیگر بودند. مقایسه میانگین‌ها نشان داد الگوی بیان ژن NPR1، PR5 و LOX در همه زمان‌ها، پس از مایه زنی بیمارگر در تیمار فسفیت پتاسیم، افزایش بیان داشته است اما حداکثر بیان این ژن‌ها 48 ساعت پس از مایه زنی بیمارگر مشاهده شد. میزان رونوشت ژن‌های NPR1، PR5 و LOX در تیمار فسفیت پتاسیم در ساعت 48 بعد از مایه‌زنی بیمارگر به‌ترتیب 08/7، 2/4 و 28/7 بوده است که نسبت به گیاهان شاهد در همان زمان به‌ترتیب 36/2، 83/2 و 83/5 برابر افزایش فعالیت داشته است. فعالیت ژن PR5 در 48 ساعت پس از مایه زنی در هر دو تیمار فسفیت پتاسیم و شاهد با تفاوت معنی‌داری بیشترین مقدار بوده است، سپس بیان ژن در ساعت 96 کاهش و مجددا در ساعت 144 افزایش بیان داشت اما میزان فعالیت ژن در تیمار شاهد با اختلاف معنی دار کمتر از تیمار فسفیت پتاسیم بوده است. سطح بیان ژن PR1 در گیاهان تیمار شده با فسفیت پتاسیم و شاهد در زمان 48 ساعت پس از مایه زنی به‌ترتیب با 65/1 و 4/1 برابر افزایش نسبت به زمان صفر بیشترین مقدار را نشان داد. در الگوی بیان ژن PR1 در گیاهان شاهد و گیاهان تیمار شده با فسفیت پتاسیم در ساعت 48 بعد از مایه زنی بیمارگر افزایش و در بقیه ساعات نسبت به زمان صفر کاهش بیان مشاهده شد. با وجود این میزان بیان ژن در تیمار فسفیت پتاسیم در همه‌ی زمان‌ها بیشتر از شاهد بوده است. اثر تیمار فسفیت پتاسیم در افزایش میزان بیان ژن PAL معنی‌دار بود. میزان فعالیت ژن PAL در تیمار فسفیت پتاسیم، در ساعت 48، 96 و 144 به‌ترتیب 58/0، 65/2 و 41/0 برابر در مقایسه با زمان صفر ارزیابی شد که بیشترین سطح فعالیت این ژن در ساعت 96 پس از مایه زنی بیمارگر بوده است. اما در تیمار شاهد افزایش سطح بیان ژن PAL در ساعت 48 پس از مایه زنی بیمارگر مشاهده شد.

نتیجه‌گیری: نتایج این مطالعه بیانگر نقش مؤثر فسفیت پتاسیم در افزایش بیان برخی ژن‌های دفاعی در گیاه برنج و در نتیجه القا مقاومت و حفاظت گیاه در برابر قارچ p. oryzae بوده است که از گسترش بیماری بلاست برنج جلوگیری می‌کند. بنابراین استفاده از فسفیت پتاسیم به‌عنوان محرک ‌مقاومت، می‌تواند به تقویت دفاع گیاه در برابر حملات بعدی عوامل بیماری‌زا کمک کند.