ردیابی همولوگ ژن توماتیناز در ژنوم قارچ Fusarium oxysporum f.sp. melonis

پژوهش های حفاظت گیاهان ایران

مقاله 1، دوره 33، شماره 1 - شماره پیاپی 43، خرداد 1398، صفحه 1-8   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jpp.v33i1.39457

نویسندگان

فاطمه زرندی¹؛ فرهاد شکوهی فر^{* 2}؛ بهرام شریف نبی³؛ بدرالدین ابراهیم سیدطباطبایی³؛ ضیاءالدین بنی هاشمی⁴

¹صنعتی اصفهان

²پژوهشکده علوم گیاهی، دانشگاه فردوسی مشهد

³دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

⁴شیراز

چکیده

قارچ‌های بیماریزای گیاهی جهت غلبه بر سیستم دفاعی گیاه از ابزار مختلفی بهره می‌گیرند. ترکیبات فیتوآنتیسیپین از جمله مواد دفاعی است که در گیاه جهت جلوگیری از حمله بیمارگرها تولید می‌شود. آنزیم توماتیناز جهت تجزیه فیتوآنتیسیپین و غلبه بر سیستم دفاعی گیاه توسط طیفی از قارچ‌ها از جمله تعدادی از فرم‌های اختصاصی قارچ F. oxysporum تولید می‌شود. با هدف ردیابی توالی کد کننده آنزیم توماتیناز در فرم اختصاصی Fusarium oxysporum f. sp. melonis (Fom)  آغازگرهای اختصاصی بر اساس توالی محافظت شده بالادست و پائین دست توالی کدکننده ژن FoTom1 گزارش شده از فرم اختصاصیFusarium oxysporum f. sp. lycopercisi (Fol).  طراحی شد. استخراج DNA از نژاد یک، شایع در استان خراسان، انجام شد و واکنش تکثیر با استفاده از آغازگرهای اختصاصی صورت گرفت. الگوی الکتروفورزی محصول واکنش حضور یک تک باند در اندازه مورد انتظار را تأیید نمود. قطعه تکثیر شده بصورت دو جهته توالی‌یابی شد و با توالی گزارش شده از فرم اختصاصی Fol مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج توالی یابی با استفاده از برنامه Vector NTi V11 بر هم منطبق شد و با توالی رفرنس همردیفی انجام شد. نتایج نشان داد در سطح نوکلئوتیدی 14 جهش در توالی شناسائی شده وجود دارد که از این بین 7 جهش در سطح توالی پروتئینی نیز بروز می‌یابند. آنالیز توالی با استفاده از برنامه Pfam وجود یک توالی سیگنال پپتید و یک دومین هیدرولازی را در توالی شناسائی شده تأیید نمود. این نتایج نشان داد که توالی ردیابی شده میتواند همولوگ ژن توماتیناز در ژنوم فرم اختصاصی Fom باشد. این توالی Fom-Tom نامگذاری شد و در بانک ژن با شماره بازیابی MF178403 ثبت شد. با هدف پیش‌بینی اثر جهش‌ها شناسائی شده در عملکرد ژن توماتیناز آنالیزهای نرم‌افزاری انجام شد که نشان داد جهش‌های رخ داده در توالی دومین هیدرولازی ساختمان پروتئین را تحت تأثیر قرار می‌دهند و می‌توانند در عملکرد ژن تأثیرگذار باشند.

کلیدواژه‌ها

کلمات کلیدی: خربزه؛ بیماری زردی و پژمردگی آوندی خربزه؛ ژن توماتیناز؛ ردیابی ژن

مراجع

1- Agrios G.N. 2005. Plant Pathology, 5th ed. Academic Press. 922 pp.

2- Arneson P., and Durbin RD. 1968. Studies on the Mode of Action of Tomatine as a Fungitoxic Agent. Plant Physiology 43: 683-686.

3- Carter J.P., Spink J.P., Cannon M., Daniels J., and Osbourn A.E. 1999. Isolation, characterization and avenacin sensitivity of a diverse collection of cereal-root-colonizing fungi. Appl. Environ. Microbiology 65: 3364–3372.

4- Crombie W.M.L., Crombie L., Green J.B., and Lucas J.A. 1986. Pathogenicity of the take-all fungus to oats: its relationship to the concentration and detoxification of the four avenacins. Phytochemistry 25: 2075–2083.

5- Davies G., and Hernissat B. 1999. Structures and mechanisms of glycosyl hydrolases. Curr Biology 3: 853-859.

6- Ford J.E., McCance D.J., and Drysdale R.B. 1977. The detoxification of a-tomatine by Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici. Phytochemistry 16: 545-546.

7- Gonzalez-Mendoza D., Argumedo-Delira R., Morales-Trejo A., Pulido-Herrera A., Cervantes-Diaz L., Grimaldo-Juarez O., and Alarcon A. 2010. A rapid method for isolation of total DNA from pathogenic filamentous plant fungi. Genetics and Molecular Research 9(1): 162-166.

8- Ito S., Kawaguchi T., and Nagata A. 2004. Distribution of the FoToml gene encoding tomatinase in formae speciales of Fusarium oxysporum and identification of a novel tomatinase from F. oxysporum f. sp. radicis-lycopersici, the causal agent of Fusarium crown and root rot of tomato. Journal Gen Plant Pathology 70: 195–201.

9- Ito S., Nagata A., Kai T., Takahara H., and Tanaka S. 2005. Symptomless infection of tomato plants by tomatinase producing Fusarium oxysporum formae speciales nonpathogenic on tomato plants. Physiol. Mol. Plant Pathology 66: 183–191.

10- Keukens E.A.J., Vrije T., Van den Boom C., Waard H., Plasmna H., Thiel F., Chupin V., Jongen W.M.F., and Kruijff B.de. 1995. Molecular basis of glycoalkaloid induced membrane disruption. Biochim. Biophys. Acta, 1240: 216–228.

11- Lairini K., Perez-Espinosa A., Pineda M., and Ruiz-Rubio M. 1996. Purification and characterization of tomatinase from F. oxysporum f. sp. lycopersici. Appl. Environ. Microbiology 62: 1604-1609.

12- Lairini K., Perez-Espinosa A., and Ruiz-Rubio M. 1997. Tomatinase induction in formae specials of Fusarium oxysporum non-pathogenic of tomato plants. Physio Mol Plant Pathology 50: 37-52.

13- Lairini K., and Ruiz-Rubio M. 1998. Detoxification of a-tomatine by Fusarium solani. Mycol. Research 11: 1375-1380.

14- Morrissey J.P., and Osbourn A.E. 1999. Fungal Resistance to Plant Antibiotics as a Mechanism of Pathogenesis. Microbiol mol biol R, 63: 708–724.

15- Osbourn A.E. 1996. Saponins and plant defence—a soap story. Trends Plant Science 1:4–9.

16- Pegg G.F., and Woodward S. 1986. Synthesis and metabolism of- tomatine in tomato isolines in relation to resistance to Verticillium albo-atrum. Physiol. Mol. Plant Pathology 28: 333-338.

17- Roldan-Arjona T., Perez-Espinosa A., and Ruiz-Rubio M. 1999. Tomatinase from Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici defines a New Class of Saponinases. MPMI 12: 852–861.

18- Safe L.M., Safe S.H., Subden R.E., and Morris D.C. 1977. Sterol content and polyene antibiotic resistance in isolates of Candida krusei, Candida parakrusei and Candida tropicalis. Can. J. Microbiology 23: 398-401.

19- Sandrock R.W., DellaPenna D., and VanEtten H.D. 1995. Purification and characterization of b2-tomatinase, an enzyme involved in the degradation of a-tomatine and isolation of the gene encoding b 2-tomatinase from Septoria lycopersici. Mol. Plant-Microbe Interact 8: 960-970.

20- Steel C.C., and Drysdale R.B. 1988. Electrolyte leakage from plant and fungal tissues and disruption of liposome membranes by- tomatine. Phytochemistry 27:1025-1030.

21- VanEtten H.D., Mansfield J.W., Bailey J.A., and Farmer EE. 1994. Two Classes of Plant Antibiotics: Phytoalexins versus “Phytoanticipins”. The Plant Cell 6: 1191-1192.