دوره 15، شماره 45 - ( بهار 1402 )
جلد 15 شماره 45 صفحات 124-115 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Drakhshan A, Salari M, babaeizad V, Radman N, Taheri A. (2023). Involvement of NPR1 and Some Pathogenesis-Related Genes in Challenging with Bacterial Rice Blight caused by Xanthomonas Oryzae pv. Oryzae. J Crop Breed. 15(45), 115-124. doi:10.61186/jcb.15.45.115
URL: http://jcb.sanru.ac.ir/article-1-1387-fa.html
URL: http://jcb.sanru.ac.ir/article-1-1387-fa.html
درخشان احمد، سالاری محمد، بابایی زاد ولی اله، رادمان ناصر، طاهری عبدالحسین. مشارکت ژن NPR1 و چند ژن مرتبط با بیماری زایی در مقاومت برنج رقم خزر به سوختگی باکتریایی برنج (Xanthomonas oryzae pv. oryzae) پژوهشنامه اصلاح گیاهان زراعی 1402; 15 (45) :124-115 10.61186/jcb.15.45.115
1- دانشکده کشاورزی دانشگاه زابل
2- گروه گیاه پزشکی، دانشکده کشاورزی دانشگاه زابل
3- دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری
4- دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
2- گروه گیاه پزشکی، دانشکده کشاورزی دانشگاه زابل
3- دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری
4- دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
چکیده: (1896 مشاهده)
چکیده مبسوط
مقدمه و هدف: سوختگی باکتریایی برنج ناشی از Xanthomonas oryzae pv. oryzae از بیماریهای مخرب برنج در مناطق مختلف دنیا محسوب می گردد. عدم کارایی مناسب مدیریت شیمیایی و آلودگی های زیست محیطی، استفاده از ارقام مقاوم یکی از موثرترین و اقتصادی ترین روش مدیریت این بیماری میباشد. فقدان اطلاعات کافی در زمینه فهم مکانیسم مقاومت در برنج های ایرانی و ارقام مقاوم، نیاز مطالعه مولکولی و ارزیابی بیان ژن های مقاومت ارقام مقاوم و حساس در تعامل با عامل بیماری، ضروری به نظر میرسد.
مواد و روش ها: در این پژوهش الگوی بیان ژن NPR1 و چند ژن مرتبط با بیماری زایی (از جمله PR1b، PR3، PR5) در بازههای زمانی مختلف بعد از مایه‌زنی، در ارقام مقاوم (خزر) و حساس (طارم محلی) نسبت به سوختگی باکتریایی به روش QRT-PCR انجام گرفت.
یافته ها: مطالعه الگوی بیان ژن ها، روند افزایش بیان ژن های بررسی شده را در رقم مقاوم خزر نسبت به رقم حساس و معنی دار بودن آن را از ساعت های اولیه پس از تلقیح تایید کرد. حداکثر بیان ژن NPR1 در رقم مقاوم خزر 12 ساعت پس از تلقیح بیمارگر بوده است. در بیان ژن های مرتبط با بیماری زایی نیز فعالیت ژن PR1b در 72 ساعت پس از تلقیح بیمارگر در رقم مقاوم 11/2 برابر و در 96 ساعت پس از تلقیح 25/7 برابر نسبت به رقم حساس بوه است. سطح بیان بالای ژن PR3 در 12 تا 48 ساعت پس از آلودگی در رقم مقاوم بهترتیب 38 و 10/4 برابر رقم حساس طارم محلی ارزیابی شد. میزان بیان ژن PR5 در رقم مقاوم خزر در ساعات 48، 72 و 96 بهترتیب4/1، 7/6 و 22 برابر رقم حساس طارم محلی بوده است.
نتیجه گیری: از آنجایی که تجمع رونویسی mRNAو افزایش بیان این ژن ها یک شاخص ارزیابی مهم بروز واکنش دفاعی در تعامل با عامل بیماری می باشد، فعالیت این ژن ها نشان از وجود پتانسیل مقاومت نسبت به این باکتری در رقم تجاری ایرانی خزر در برابر این بیماری مهم محسوب می شود. در مجموع فعال شدن مسیرهای مختلف مقاومت سیستمیک و القای ژن های مقاومت در بروز مقاومت رقم خزر نسبت به رقم حساس طارم محلی، بخشی از ساز وکار دفاعی برنج در مقابل باکتری Xoo میباشد. نتایج این تحقیق به همراه ارزیابی بیان ژن می تواند نوید کارایی مناسب رقم خزر در زمان اپیدمی شدن بیماری و یا پتانسیلی برای انتقال ژن مقاومت به ارقام حساس در مدیریت تلفیقی یا ایجاد مقاومت هرمی باشد.
مقدمه و هدف: سوختگی باکتریایی برنج ناشی از Xanthomonas oryzae pv. oryzae از بیماریهای مخرب برنج در مناطق مختلف دنیا محسوب می گردد. عدم کارایی مناسب مدیریت شیمیایی و آلودگی های زیست محیطی، استفاده از ارقام مقاوم یکی از موثرترین و اقتصادی ترین روش مدیریت این بیماری میباشد. فقدان اطلاعات کافی در زمینه فهم مکانیسم مقاومت در برنج های ایرانی و ارقام مقاوم، نیاز مطالعه مولکولی و ارزیابی بیان ژن های مقاومت ارقام مقاوم و حساس در تعامل با عامل بیماری، ضروری به نظر میرسد.
مواد و روش ها: در این پژوهش الگوی بیان ژن NPR1 و چند ژن مرتبط با بیماری زایی (از جمله PR1b، PR3، PR5) در بازههای زمانی مختلف بعد از مایه‌زنی، در ارقام مقاوم (خزر) و حساس (طارم محلی) نسبت به سوختگی باکتریایی به روش QRT-PCR انجام گرفت.
یافته ها: مطالعه الگوی بیان ژن ها، روند افزایش بیان ژن های بررسی شده را در رقم مقاوم خزر نسبت به رقم حساس و معنی دار بودن آن را از ساعت های اولیه پس از تلقیح تایید کرد. حداکثر بیان ژن NPR1 در رقم مقاوم خزر 12 ساعت پس از تلقیح بیمارگر بوده است. در بیان ژن های مرتبط با بیماری زایی نیز فعالیت ژن PR1b در 72 ساعت پس از تلقیح بیمارگر در رقم مقاوم 11/2 برابر و در 96 ساعت پس از تلقیح 25/7 برابر نسبت به رقم حساس بوه است. سطح بیان بالای ژن PR3 در 12 تا 48 ساعت پس از آلودگی در رقم مقاوم بهترتیب 38 و 10/4 برابر رقم حساس طارم محلی ارزیابی شد. میزان بیان ژن PR5 در رقم مقاوم خزر در ساعات 48، 72 و 96 بهترتیب4/1، 7/6 و 22 برابر رقم حساس طارم محلی بوده است.
نتیجه گیری: از آنجایی که تجمع رونویسی mRNAو افزایش بیان این ژن ها یک شاخص ارزیابی مهم بروز واکنش دفاعی در تعامل با عامل بیماری می باشد، فعالیت این ژن ها نشان از وجود پتانسیل مقاومت نسبت به این باکتری در رقم تجاری ایرانی خزر در برابر این بیماری مهم محسوب می شود. در مجموع فعال شدن مسیرهای مختلف مقاومت سیستمیک و القای ژن های مقاومت در بروز مقاومت رقم خزر نسبت به رقم حساس طارم محلی، بخشی از ساز وکار دفاعی برنج در مقابل باکتری Xoo میباشد. نتایج این تحقیق به همراه ارزیابی بیان ژن می تواند نوید کارایی مناسب رقم خزر در زمان اپیدمی شدن بیماری و یا پتانسیلی برای انتقال ژن مقاومت به ارقام حساس در مدیریت تلفیقی یا ایجاد مقاومت هرمی باشد.
فهرست منابع
1. Agrios, G.N. 2005. Plant pathology. 5th eds. New York: Academic Press, 922 pp.
2. Ali, S., B.A. Ganal, A.N. Kamali, A.A. Bhat, Z.A. Mir, J.A. Bhat, A. Tyagi, S.T. Islam, M. Mushtaq, P. Yaday and S. Rawat. 2018. Pathogenesis-related proteins and peptides as promising tools for engineering plants with multiple stress tolerance. Microbiological Research, 212: 9-37. [DOI:10.1016/j.micres.2018.04.008]
3. Bai. W., M. Chern, D. Ruan, P.E. Canlas, W.H. Sze-to and P.C. Ronald. 2011. Enhanced disease resistance and hypersensitivity to BTH by introduction of an NH1/OsNPR1 paralog. Plant Biotechnology Journal, 9: 205-15. [DOI:10.1111/j.1467-7652.2010.00544.x]
4. Borad, V. and S. Sriram. 2008. Pathogenesis-related proteins for the plant protection. Asian journal of experimental sciences, 22(3): 189-196.
5. Caldana, C., W.R. Scheible, E.B. Muller-Roeber and S. Ruzicic. 2007. A quantitative RT-PCR platform for high-throughput expression profiling of 2500 rice transcription factors. Plant Methods, 3(1): 1-9. [DOI:10.1186/1746-4811-3-7]
6. Chern, M.S., H.A. Fttzgerald, R.C. Yaday, P.E. Canlas, X. Dong and P.C. Ronald. 2001. Evidence for a disease‐resistance pathway in rice similar to the NPR1‐mediated signaling pathway in Arabidopsis. The Plant Journal, 27(2): 101-113. [DOI:10.1046/j.1365-313x.2001.01070.x]
7. Drakhshan, A., M. Salari, V. Babaeizad, N. Panjekeh and A. Taheri. 2021. Study of Biochemical and Molecular Changes of Iranian Rice Cultivars in Interaction with Bacterial Pathogen Xanthomonas oryzae pv. oryzae Causes Leaf Blight Disease. Journal of Crop Breeding 12(36):77-89 (In Persian). [DOI:10.52547/jcb.12.36.77]
8. Durrant, W.E. and X. Dong. 2004. Systemic acquired resistance. Annual Review of Phytopathology. 42: 185-209: 1215-1231. [DOI:10.1146/annurev.phyto.42.040803.140421]
9. Edreva, A. 2005. Pathogenesis-related proteins: research progress in the last 15 years. Gen Applied Plant Physiology, 31(1-2): 105-124.
10. Gao, J., W. Bi, H. LI, J. Wu, X. Yu, D. Liu and X. Wang. 2018. WRKY transcription factors associated with NPR1-mediated acquired resistance in barley are potential resources to improve wheat resistance to Puccinia triticina. Frontiers in plant science, 9: 1486. [DOI:10.3389/fpls.2018.01486]
11. Golshani, F., B.A. Fakhri, E. Behshad and R.M. Vashvaei. 2015 .January. PRs proteins and their mechanism in plants. In Biological forum. Research Trend, 7(1): 477.
12. Hajipour, A., M.M. Sohani, V. Babaeizad and H. Hassni-kumleh. 2015. The symbiotic effect of Piriformospora indica on induced resistance against bakanae disease in rice (Oryza sativa L.). Journal of Plant Molecular Breeding, 3(2): 11-19.
13. Hao, Z.N., L.P. Wang and R.X. Tao. 2009. Expression patterns of defence genes and antioxidant defence responses in a rice variety that is resistant to leaf blast but susceptible to neck blast. Physiological and molecular plant pathology, 74(2): 167-174. [DOI:10.1016/j.pmpp.2009.11.003]
14. Horganaend, K.J. and J.O. Henderson. 2015. Resistance genes of Oryza sativa for Protection against Xanthomonas oryzae pv. oryzae, the causative agent of bacterial leaf blight. Journal of Student Research, 4(1): 12-17. [DOI:10.47611/jsr.v4i1.202]
15. Hou, M., W. Xu, H. Bai, Y. Liu, L. Li, L. Liu, B. Liu and G. Liu. 2012. Characteristic expression of rice pathogenesis-related proteins in rice leaves during interactions with Xanthomonas oryzae pv. oryzae. Plant cell reports, 31(5): 895-904 [DOI:10.1007/s00299-011-1210-z]
16. Ji, H., G. Gheysen, C. Ullah, R.Verbeek, C. Shang, D. Devleesschauweri, M. Hoft and T. Kyndt. 2015. The role of thionins in rice defence against root pathogens. Molecular plant pathology, 16(8): 870-881. [DOI:10.1111/mpp.12246]
17. Jiang, N., J. Yan, Y. Liang, Y. Shi, Y., Z. He, Y. Wu, Q. Zeng, X. Liu and J. Peng. 2020. Resistance Genes and their Interactions with Bacterial Blight/Leaf Streak Pathogens (Xanthomonas oryzae) in Rice (Oryza sativa L.)-an Updated Review. Rice, 13(1): 1-12. [DOI:10.1186/s12284-019-0358-y]
18. Kim S., I.P. Ahn, C.H. Park, S.Y. Park, N.S. Jwa and Y.H. Lee. 2001. Molecular characterization of the cDNA encoding an acidic isoform of PR-1 protein in rice. Molecules and Cells, 11: 115-121.
19. Koshkdaman, M., A.A. Ebadi and D. Kahrizi. 2012. Evaluation of pathogencity and race classification of Xanthomonas oryzae pv. oryzae in guilan province, Iran. Agricultural Sciences, 3(4): 561-557. [DOI:10.4236/as.2012.34066]
20. Livak, K.J. and T.D. Schmittgen. 2001. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2- ΔΔCT method. Methods, 25(4): 402-408. [DOI:10.1006/meth.2001.1262]
21. Oleviera, M.D.M., C.M R. Varanda and M.R.F. Felix. 2016. Induced resistance during the interaction pathogen x plant and the use of resistance inducers. Phytochemistry Letters, 15: 152-158. [DOI:10.1016/j.phytol.2015.12.011]
22. Peng, X., Y. Hu, X. Tang, P. Zhou, X. Deng, H. Wang and Z. Guo. 2012. Constitutive expression of rice WRKY30 gene increases the endogenous jasmonic acid accumulation, PR gene expression and resistance to fungal pathogens in rice. Planta, 236(5): 1485-1498. [DOI:10.1007/s00425-012-1698-7]
23. Qiu, D., J. Xiao, X. Ding, M. Xiong, M. Cai, Y.Cao, X. Li, C. Xu and S.Wang. 2007. OsWRKY13 mediates rice disease resistance by regulating defenserelated genes in salicylate- and jasmonate-dependent signaling. Mol. Plant Microbe Interaction, 20: 492-499. [DOI:10.1094/MPMI-20-5-0492]
24. Quilis, J., G. Penas, J. Messegure, C. Brugidou and B.S. Seggundo. 2008. The Arabidopsis AtNPR1 inversely modulates defense responses against fungal, bacterial, or viral pathogens while conferring hypersensitivity to abiotic stresses in transgenic rice. Molecular Plant-Microbe Interactions, 21(9):1215-1231. [DOI:10.1094/MPMI-21-9-1215]
25. Sayari, M., V. Babarizad, M.A.T. Ghanbari and H. Rahimian. 2014. Expression of the pathogenesis related proteins, NH-1, PAL, and lipoxygenase in the Iranian Tarom and Khazar rice cultivars, in reaction to Rhizoctonia solani-the causal agent of rice sheath blight. Journal of Plant Protection Research, 54(1): 36-43. [DOI:10.2478/jppr-2014-0006]
26. Schaad, N.W., J.B. Joneas and C. Chun. 2001. Laboratory Guid for identification of plant pathogenic bacteria. (Third edition) St Paul, Minnestota, APS press, 373 pp.
27. Schweeinger, B. and P.C. Ronald. 2012. Plant innate immunity: perception of conserved microbial signatures. Annual review of plant biology, 63. [DOI:10.1146/annurev-arplant-042811-105518]
28. Schweizer, P., P. Buchala, M. Silverman, I. Seskar, J. Raskin and P. Metraux. 1997. Jasmonate-inducible genes are activated in rice by pathogen attack without a concomitant increase in endogenous jasmonic acid levels. Plant physiology, 114(1): 79-88. [DOI:10.1104/pp.114.1.79]
29. Seevers, P.M. and J.M. Daly. 1970. Studies on wheat stem rust resistance control at sr6 locus. 1-the role of phenolic compounds. Phytopathology, 6: 1322-1328. [DOI:10.1094/Phyto-60-1322]
30. Shen, X., B. Yuan, H. Liu, X. Li, C. Xu and S. Wang. 2010. Opposite functions of a rice mitogen‐activated protein kinase during the process of resistance against Xanthomonas oryzae. The Plant Journal, 64(1): 86-99. [DOI:10.1111/j.1365-313X.2010.04306.x]
31. Shine, M.B., J.W. Yang, M. El‐habbak, P. Nagyabhyru, D.Q. FU, D.N avarre and A. Kachroo. 2016. Cooperative functioning between phenylalanine ammonia lyase and isochorismate synthase activities contributes to salicylic acid biosynthesis in soybean. New Phytologist, 212(3): 627-636. [DOI:10.1111/nph.14078]
32. Sodhi, M., Y. Vikal, M.L.C. George, G.S. Bala, G.S. Mangat, M. Garg, J.S. Sidhu, and H.S. Dhaliwal. 2003. DNA fingerprinting and virulence analysis of Xanthomonas oryzae pv. oryzae isolates from Punjab, northern India. Euphytica, No. 130(1): 107-115. [DOI:10.1023/A:1022329024651]
33. Song, F. and R.M. Goodman. 2001. Molecular biology of disease resistance in rice. Physiological and Molecular Plant Pathology, 59(1): 1-11. [DOI:10.1006/pmpp.2001.0353]
34. Sudisha, J., R.G. Sharathchandra, K.N. Amruthesh, A. Kumar, A. and H.S. Shetty. 2012. Pathogenesis related proteins in plant defense response. In Plant defence: biological control. Springer Dordrecht, [DOI:10.1007/978-94-007-1933-0_17]
35. Takatsuji, H. 2014. Development of disease-resistant rice using regulatory components of induced disease resistance. Frontiers in plant science, 5: 630. [DOI:10.3389/fpls.2014.00630]
36. Tampson. C.E., C.L. Fernanes, O.Q. De souza, F.M. Salzano, S.L. Bonatto and L.B. Freita. 2007. Molecular Modeling of Pathogenesis-related Proteins of Family 5: Cell biology and biophysics, 44(3): 385-394. [DOI:10.1385/CBB:44:3:385]
37. Thakur, M. and B.S. Sohal. 2013. Role of elicitors in inducing resistance in plants against pathogen infection: a review. ISRN Biochemistry. [DOI:10.1155/2013/762412]
38. Vanloon, L., M. Rep and C. Pieterse. 2006. Significance of inducible defense-related proteins in infected plants. Annual Review of Phytopathology, 44: 135-162. [DOI:10.1146/annurev.phyto.44.070505.143425]
39. Venturi, V. and C. Fuquan. 2013. Chemical signaling between plants and plant-pathogenic bacteria. Annual Review of Phytopathology, 51: 17-37. [DOI:10.1146/annurev-phyto-082712-102239]
40. Vidhyasekaran, P. 2002. Bacterial disease resistance in plants: molecular biology and biotechnological applications: Routledge, 322 pp.
41. Wang, X.D., Bi, W.S., G.A. O. Jing, X.M Yu, H.Y. Wang and D.Q. Liu. 2018. Systemic acquired resistance, NPR1, and pathogenesis-related genes in wheat and barley. Journal of integrative agriculture, 17(11): 2468-2477. [DOI:10.1016/S2095-3119(17)61852-5]
42. White, F.F. and B. Yang. 2009. Host and pathogen factors controlling the rice-Xanthomonas oryzae interaction. Plant Physiology, 150(4): 1677-1686. [DOI:10.1104/pp.109.139360]
43. Wu, Q., M.M. Hou, L.Y. Li, L.J. Liu, Y.U. Hou and G.Z. Liu. 2011. Induction of pathogenesis-related proteins in rice bacterial blight resistant gene Xa21-mediated interactions with Xanthomonas oryzae pv. oryzae. Journal of Plant Pathology, 455-459.
44. Yuan, Y., S. Zhong, Q. LI, Z. Zhu, Y. Lou, L. Wang, J. Wang, M. Wang, Q. Li, D. Yang and Z. He. 2007. Functional analysis of rice NPR1‐like genes reveals that OsNPR1/NH1 is the rice orthologue conferring disease resistance with enhanced herbivore susceptibility. Plant Biotechnology Journal, 5(2): 313-324. [DOI:10.1111/j.1467-7652.2007.00243.x]
45. Zeng, Q.F. and X. Dong. 2013. Systemic acquired resistance: turning local infection into global defense. Annual Review of Plant Biology, 64: 839-863. doi: 10.1146/ annurev-arplant-042811-105606. [DOI:10.1146/annurev-arplant-042811-105606]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
