fa بررسی تاثیر فسفیت پتاسیم بر الگوهای بیان برخی ژن‌های القایی در برنج رقم هاشمی در برابر قارچ Pyricularia oryzae بيوتكنولوژي گياهي بيوتكنولوژي گياهي پژوهشي Research <p style="text-align: justify;"><span style="font-family:IRANsharp;"><span style="line-height:2;"><span style="font-size:11pt"><span style="direction:rtl"><span style="unicode-bidi:embed"><b><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">چکیده مبسوط</span></span></b></span></span></span><br> <span style="font-size:11pt"><span style="direction:rtl"><span style="unicode-bidi:embed"><b><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">مقدمه و هدف: </span></span></b><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">برنج یکی از گیاهان زراعی راهبردی به &lrm;شمار می‌رود که نقش مهمی در تامین امنیت غذایی بیش از 50 درصد از جمعیت جهان به‌ویژه در آسیا ایفا می‌کند. بلاست با عامل </span></span><i><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">Pyricularia oryzae</span></span></i><span style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> یکی از مهم&lrm;ترین بیماری‌های برنج، سالانه تهدیدی جدی را برای رشد این محصول ایجاد می‌کند. القای مقاومت در برنج از طریق عوامل زیستی و غیر زیستی از جمله فسفیت، به‌عنوان یکی از ابزار‌های مدیریتی ایمن و نوین، در سطح جهانی به‌عنوان جایگزینی‌ سازگار با محیط&lrm;زیست مورد استفاده قرارگرفته است 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 </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">PAL</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">، </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">LOX</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">، </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">NPR1</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">، </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">PR1</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> و </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">PR5</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> در سطح رونویسی، در پاسخ به مقاومت برنج رقم هاشمی در برابر عامل بیماری بلاست مورد ارزیابی قرار گرفت.</span></span></span></span></span><br> <span style="font-size:11pt"><span style="direction:rtl"><span style="unicode-bidi:embed"><b><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">مواد و روش‌ها: </span></span></b><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">این<b> </b>پژوهش در گلخانه به‌صورت اسپلیت&lrm;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&lrm; 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&times;5 اسپور در هر میلی‌لیتر و به&lrm; همراه 0/50 درصد توئین ۲۰ برای مایه‌‌زنی تمام بوته‌ها مورد استفاده قرار گرفت. زمان نمونه&lrm;‌برداری از بافت برگی گیاهچه‌های تیمارشده 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. به&lrm; منظور بررسی تغییرات بیان ژن‌های دفاعی، پس از استخراج </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">RNA</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> نمونه‌ها و ساخت </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">cDNA</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">، از روش </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">Quantitative real- time PCR</span></span><span style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> استفاده گردید و ژن </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">Ubiquitin</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> به‌عنوان ژن خانه‌دار در نظر گرفته &lrm;شد. تجزیه‌ آماری داده‌های به &lrm;دست&lrm;آمده از این آزمایش و مقایسه میانگین داده‌ها به روش دانکن در سطح احتمال 0/10 درصد با نرم‌افزار </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">SAS 9.1</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> و همچنین رسم نمودارها با نرم‌افزار </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">Excel 2010</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> انجام گرفت.</span></span></span></span></span><br> <span style="font-size:11pt"><span style="direction:rtl"><span style="unicode-bidi:embed"><b><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">یافته‌ها: </span></span></b><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">نتایج تجزیه واریانس داده‌های شدت بیماری بلاست ناشی از اثر فسفیت پتاسیم در مرحله برگی روی رقم هاشمی نشان دادند که گیاهان تیمارشده در مقایسه با گیاهان شاهد، آلودگی بسیار معنی &lrm;دار کمتری نسبت به بیماری از خود نشان دادند. نتایج ارزیابی اثر تیمار فسفیت پتاسیم بر میزان تغییرات بیان ژن‌های </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">NPR1</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">، </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">PR1</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">، </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">PR5</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">، </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">LOX</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> و </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">PAL</span></span><span style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> در مقایسه با شاهد حاکی از آن بودند که داده‌ها اختلاف معنی‌‌داری با یکدیگر داشتند. مقایسه میانگین‌ها نشان داد که الگوهای بیان ژن </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">NPR1</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">، </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">PR5</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> و </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">LOX</span></span><span style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> در همه زمان‌ها، پس از مایه&lrm; زنی بیمارگر در تیمار فسفیت پتاسیم، افزایش بیان داشت اما حداکثر بیان این ژن‌ها 48 ساعت پس از مایه&lrm; زنی بیمارگر مشاهده شد. میزان رونوشت ژن‌های </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">NPR1</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">، </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">PR5</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> و </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">LOX</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> در تیمار فسفیت پتاسیم در ساعت 48 بعد از مایه‌زنی بیمارگر به‌ترتیب 7/08، 4/2 و 7/28 بود که نسبت به گیاهان شاهد در همان زمان به‌ترتیب 2/36، 2/83 و 5/83 برابر افزایش فعالیت داشتند. فعالیت ژن </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">PR5</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> در 48 ساعت پس از مایه &lrm;زنی در هر دو تیمار فسفیت پتاسیم و شاهد با تفاوت معنی‌داری بیشترین مقدار بود، سپس بیان ژن در ساعت 96 کاهش و مجددا در ساعت 144 افزایش داشت اما میزان فعالیت ژن در تیمار شاهد با اختلاف معنی &lrm;دار کمتر از تیمار فسفیت پتاسیم بود. سطح بیان ژن </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">PR1</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> در گیاهان تیمارشده با فسفیت پتاسیم و شاهد در زمان 48 ساعت پس از مایه &lrm;زنی به‌ترتیب با 1/65 و 1/4 برابر افزایش نسبت به زمان صفر بیشترین مقدار را نشان داد. در الگوی بیان ژن </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">PR1</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> در گیاهان شاهد و گیاهان تیمارشده با فسفیت پتاسیم در ساعت 48 بعد از مایه &lrm;زنی بیمارگر افزایش و در بقیه ساعات نسبت به زمان صفر کاهش مشاهده شد. با وجود این، میزان بیان ژن در تیمار فسفیت پتاسیم در همه‌ی زمان‌ها بیشتر از شاهد بود. اثر تیمار فسفیت پتاسیم بر افزایش میزان بیان ژن </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">PAL</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> معنی‌دار بود. میزان فعالیت ژن </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">PAL</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> در تیمار فسفیت پتاسیم، در ساعات 48، 96 و 144 به‌ترتیب 0/58، 2/65 و 0/41 برابر در مقایسه با زمان صفر ارزیابی شد و بیشترین سطح فعالیت این ژن در ساعت 96 پس از مایه &lrm;زنی بیمارگر بود. اما در تیمار شاهد افزایش سطح بیان ژن </span></span><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">PAL</span></span><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> در ساعت 48 پس از مایه &lrm;زنی بیمارگر مشاهده شد.</span></span></span></span></span><br> <span style="font-size:11pt"><span style="direction:rtl"><span style="unicode-bidi:embed"><b><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">نتیجه‌گیری: </span></span></b><span lang="FA" style="font-size:10.0pt"><span style="color:black">نتایج این مطالعه نقش مؤثر فسفیت پتاسیم در افزایش بیان برخی ژن‌های دفاعی در گیاه برنج و در نتیجه القا مقاومت و حفاظت گیاه در برابر قارچ </span></span><i><span dir="LTR" style="font-size:8.0pt"><span style="color:black">p. oryzae</span></span></i><span style="font-size:10.0pt"><span style="color:black"> را نشان می &lrm;دهند که از گسترش بیماری بلاست برنج جلوگیری می‌کند. بنا بر این، استفاده از فسفیت پتاسیم به‌عنوان محرک ‌مقاومت می‌تواند به تقویت دفاع گیاه در برابر حملات بعدی عوامل بیماری‌زا کمک کند.</span></span></span></span></span></span></span><br> &nbsp;</p> <p style="text-align: justify;"><span style="font-size:14px;"><span style="font-family:Times New Roman;"><span style="line-height:2;"><span style="unicode-bidi:embed"><b><span style="color:black">Extended Abstract</span></b></span><br> <span style="unicode-bidi:embed"><b><span style="color:black">Background: </span></b><span style="color:black">Rice is considered one of the strategic crops that plays an important role in providing food security to more than 50% of the world&#39;s population, especially in Asia.</span> <span style="color:black">Blast caused by <i>Pyricularia oryzae</i>, one of the most important diseases of rice, poses a serious threat to rice cultivation every year</span><span dir="RTL" lang="FA"><span style="color:black">.</span></span> <span style="color:black">Induction of resistance in rice via biotic and abiotic factors, including phosphite, as one of the safe and modern management tools, has been used globally as an environmentally friendly alternative, and this method activates the defense mechanism in plants and increases their ability to respond to pathogen invasion.</span> <span style="color:black">In this study, therefore, the effect of potassium phosphite on the expression changes of several defense genes, including PAL, LOX, NPR1, PR1, and PR5 at the transcriptional level, was evaluated in response to the resistance of the Hashemi rice cultivar against the blast disease agent.</span></span><br> <span style="unicode-bidi:embed"><b><span style="color:black">Methods:</span></b> <span style="color:black">The Split-time experiment in a completely randomized design with three replications</span> <span style="color:black">was used in this</span> <span style="color:black">research. After planting the same seedlings in pots, potassium phosphite at a concentration of 2 g/L was used for the foliar spraying of 4-5-leaf seedlings, and sterile distilled water was used for the control treatment.</span> <span style="color:black">After 2 days, the spore suspension of <i>P. oryzae</i> at a concentration of 5 &times; 10⁵ spores per ml with 0.05% Tween 20 was used to inoculate all plants.</span> <span style="color:black">Leaf tissues of treated and control seedlings were sampled at four times: zero (before fungal inoculation), 48, 96, and 144 hours after pathogen inoculation, respectively.</span> <span style="color:black">The severity of blast disease was recorded 10 days after inoculation.</span> <span style="color:black">After extracting RNA from the samples and making cDNA, quantitative real-time PCR was used to investigate changes in the expression of defense genes, and the Ubiquitin gene was considered the housekeeping gene. The statistical analysis and the average comparison using Duncan&rsquo;s test at a probability level of 0.01% were done using SAS 9.1 software. Graphs were drawn with Excel 2010 software</span><span dir="RTL" lang="FA"><span style="color:black">.</span></span></span><br> <b><span style="color:black">Results: </span></b><span style="color:black">A significant difference was observed in the disease severity, with less infection in the seedlings treated with potassium phosphite than in the control plants. The evaluation results of the effect of potassium phosphite treatment on the expression changes in NPR1, PR1, PR5, LOX, and PAL genes indicated that the data were significantly different from each other compared to the control</span><span dir="RTL" lang="FA"><span style="color:black">.</span></span> <span style="color:black">The comparison of the means showed that the expression patterns of NPR1, PR5, and LOX genes increased at all times after pathogen inoculation in potassium phosphite treatment, but the maximum expression of these genes was observed 48 hours after pathogen inoculation. The transcript levels of NPR1, PR5, and LOX genes in potassium phosphite treatment at 48 hours after pathogen inoculation were 7.08, 4.2, and 7.28, respectively, with increased activity by 2.36, 2.83, and 5.83 times, respectively, at the same time compared to control plants.</span> <span style="color:black">PR5 gene activity was significantly highest in both potassium phosphite and control plants 48 hours after inoculation, after which the gene expression decreased at 96 hours and increased again at 144 hours. However, the gene activity was significantly lower in the control treatment than in the potassium phosphite treatment.</span> <span style="color:black">The expression level of the PR1 gene in plants treated with potassium phosphite and control showed </span><span style="unicode-bidi:embed"><span style="color:black">the highest value 48 hours after inoculation, with increases of 1.65 and 1.4 times compared to time zero, respectively. The expression pattern of the PR1 gene showed an increase in control plants, and plants treated with potassium phosphite 48 hours after pathogen inoculation, and a decrease in expression was observed in the rest of the hours compared to time zero.</span> <span style="color:black">Despite this, the gene expression level was higher in the potassium phosphite treatment than in the control at all times. The effect of potassium phosphite treatment was significant in increasing the expression level of the PAL gene. The PAL gene activity in the potassium phosphite treatment was evaluated as 0.58, 2.65, and 0.41 times at 48, 96, and 144 hours, respectively, compared to time zero, with the highest activity level of this gene observed 96 hours after pathogen inoculation. In the control treatment, however, an increase in PAL gene expression was observed 48 hours after pathogen inoculation</span><span dir="RTL" lang="FA"><span style="color:black">.</span></span><span style="color:black"></span></span><br> <span style="unicode-bidi:embed"><b><span style="color:black">Conclusion: </span></b><span style="color:black">The results indicate the effective role of potassium phosphite in increasing the expression of some defense genes in rice plants and consequently inducing plant resistance and protection against <i>P. oryzae</i>, preventing the spread of rice blast disease. Therefore, using potassium phosphite as a resistance inducer can help strengthen plant defense against subsequent attacks by pathogens.</span></span></span></span></span><br> &nbsp;</p> بلاست برنج, ژن‌های دفاعی, فسفیت پتاسیم, حفاظت سیستمیک, Real-time qPCR Defense genes, Potassium phosphite, Real-time qPCR, Rice blast, Systemic protection 10 21 http://jcb.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-206-6&slc_lang=fa&sid=1 Elham Khalili الهام خلیلی khalili.mselham@gmail.com 100319475328460026886 100319475328460026886 No Department of Plant Protection, Faculty of Crop Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran گروه گیاه ‎پزشکی، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران Valiolah Babaeizad ولی اله بابایی زاد babaeizad@yahoo.com 100319475328460026887 100319475328460026887 Yes Department of Plant Protection, Faculty of Crop Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran گروه گیاه ‎پزشکی، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران Vahid Khosravi وحید خسروی khosravi.v@yahoo.com 100319475328460026888 100319475328460026888 No Department of Plant Protection, Rice Research Institute of Iran, Mazandaran Branch, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Amol, Iran بخش تحقیقات گیاه‎پزشکی، موسسه تحقیقات برنج کشور معاونت مازندران (آمل)، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، آمل، ایران Mohammad Ali Tajik Ghanbari محمد علی تاجیک قنبری m.tajick@gmail.com 100319475328460026889 100319475328460026889 No Department of Plant Protection, Faculty of Crop Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran گروه گیاه‎پزشکی، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران Shahram Naimi شهرام نعیمی sh.naeimi@ir.ac.areeo 100319475328460026890 100319475328460026890 No Department of Biological Control Research, Iranian Research Institute of Plant Protection, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Tehran, Iran بخش تحقیقات کنترل بیولوژیک، موسسه تحقیقات گیاه‎پزشکی کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران