بررسی تاثیر فسفیت پتاسیم بر الگوهای بیان برخی ژن های القایی در برنج رقم هاشمی در برابر قارچ Pyricolaria oryzae

چکیده مبسوط مقدمه و هدف: برنج یکی از گیاهان زراعی راهبردی به ‎شمار می رود که نقش مهمی در تامین امنیت غذایی بیش از ۵۰ درصد از جمعیت جهان به ویژه در آسیا ایفا می کند. بلاست با عامل Pyricolaria oryzae یکی از مهم‎ترین بیماری های برنج، سالانه تهدیدی جدی را برای رشد این محصول ایجاد می کند. القای مقاومت در برنج از طریق عوامل زیستی و غیر زیستی از جمله فسفیت، به عنوان یکی از ابزار های مدیریتی ایمن و نوین، در سطح جهانی به عنوان جایگزینی سازگار با محیط‎زیست مورد استفاده قرارگرفته است و این روش باعث فعال سازی مکانیسم دفاعی در گیاهان و افزایش توانایی آن در پاسخ به تهاجم بیمارگرها می شود. لذا در این پژوهش، تاثیر فسفیت پتاسیم بر تغییرات بیان چند ژن دفاعی شامل PAL، LOX، NPR۱، PR۱ و PR۵ در سطح رونویسی، در پاسخ به مقاومت برنج رقم هاشمی در برابر عامل بیماری بلاست مورد ارزیابی قرار گرفت. مواد و روش ها: این پژوهش در گلخانه به صورت اسپلیت‎پلات در زمان در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار انجام شد. رقم هاشمی به عنوان رقم بومی رایج منطقه و حساس به بیماری بلاست انتخاب گردید. پس از کاشت گیاهچه های همسان در گلدان ها، محلول پاشی فسفیت پتاسیم رقیق‎ شده با غلظت دو گرم در لیتر و محلول پاشی آب مقطر سترون به عنوان تیمار شاهد روی گیاهچه های برنج در مرحله چهار تا پنج برگی انجام شد. پس از دو روز، سوسپانسیون اسپور قارچ بیمارگر با غلظت ۱۰۵×۵ اسپور در هر میلی لیتر و به‎ همراه ۰/۵۰ درصد توئین ۲۰ برای مایه زنی تمام بوته ها مورد استفاده قرار گرفت. زمان نمونه‎ برداری از بافت برگی گیاهچه های تیمارشده و شاهد به ترتیب در چهار زمان صفر (قبل از مایه زنی با قارچ)، ۴۸، ۹۶ و ۱۴۴ ساعت بعد از مایه زنی بیمارگر انجام شد. شدت بیماری بلاست ۱۰ روز بعد از مایه زنی ثبت گردید. به‎ منظور بررسی تغییرات بیان ژن های دفاعی، پس از استخراج RNA نمونه ها و ساخت cDNA، از روش Quantitative real- time PCR استفاده گردید و ژن Ubiquitin به عنوان ژن خانه دار در نظر گرفته ‎شد. تجزیه آماری داده های به ‎دست‎آمده از این آزمایش و مقایسه میانگین داده ها به روش دانکن در سطح احتمال ۰/۱۰ درصد با نرم افزار SAS ۹.۱ و همچنین رسم نمودارها با نرم افزار Excel ۲۰۱۰ انجام گرفت. یافته ها: نتایج تجزیه واریانس داده های 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 ‎دار کمتری نسبت به بیماری از خود نشان دادند. نتایج ارزیابی اثر تیمار فسفیت پتاسیم بر میزان تغییرات بیان ژن های NPR۱، PR۱، PR۵، LOX و PAL در مقایسه با شاهد حاکی از آن بودند که داده ها اختلاف معنی داری با یکدیگر داشتند. مقایسه میانگین ها نشان داد که الگوهای بیان ژن NPR۱، PR۵ و LOX در همه زمان ها، پس از مایه‎ زنی بیمارگر در تیمار فسفیت پتاسیم، افزایش بیان داشت اما حداکثر بیان این ژن ها ۴۸ ساعت پس از مایه‎ زنی بیمارگر مشاهده شد. میزان رونوشت ژن های NPR۱، PR۵ و LOX در تیمار فسفیت پتاسیم در ساعت ۴۸ بعد از مایه زنی بیمارگر به ترتیب ۷/۰۸، ۴/۲ و ۷/۲۸ بود که نسبت به گیاهان شاهد در همان زمان به ترتیب ۲/۳۶، ۲/۸۳ و ۵/۸۳ برابر افزایش فعالیت داشتند. فعالیت ژن PR۵ در ۴۸ ساعت پس از مایه ‎زنی در هر دو تیمار فسفیت پتاسیم و شاهد با تفاوت معنی داری بیشترین مقدار بود، سپس بیان ژن در ساعت ۹۶ کاهش و مجددا در ساعت ۱۴۴ افزایش داشت اما میزان فعالیت ژن در تیمار شاهد با اختلاف معنی ‎دار کمتر از تیمار فسفیت پتاسیم بود. سطح بیان ژن PR۱ در گیاهان تیمارشده با فسفیت پتاسیم و شاهد در زمان ۴۸ ساعت پس از مایه ‎زنی به ترتیب با ۱/۶۵ و ۱/۴ برابر افزایش نسبت به زمان صفر بیشترین مقدار را نشان داد. در الگوی بیان ژن PR۱ در گیاهان شاهد و گیاهان تیمارشده با فسفیت پتاسیم در ساعت ۴۸ بعد از مایه ‎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 همه ی زمان ها بیشتر از شاهد بود. اثر تیمار فسفیت پتاسیم بر افزایش میزان بیان ژن PAL معنی دار بود. میزان فعالیت ژن PAL در تیمار فسفیت پتاسیم، در ساعات ۴۸، ۹۶ و ۱۴۴ به ترتیب ۰/۵۸، ۲/۶۵ و ۰/۴۱ برابر در مقایسه با زمان صفر ارزیابی شد و بیشترین سطح فعالیت این ژن در ساعت ۹۶ پس از مایه ‎زنی بیمارگر بود. اما در تیمار شاهد افزایش سطح بیان ژن PAL در ساعت ۴۸ پس از مایه ‎زنی بیمارگر مشاهده شد. نتیجه گیری: نتایج این مطالعه نقش موثر فسفیت پتاسیم در افزایش بیان برخی ژن های دفاعی در گیاه برنج و در نتیجه القا مقاومت و حفاظت گیاه در برابر قارچ p. oryzae را نشان می ‎دهند که از گسترش بیماری بلاست برنج جلوگیری می کند. بنا بر این، استفاده از فسفیت پتاسیم به عنوان محرک مقاومت می تواند به تقویت دفاع گیاه در برابر حملات بعدی عوامل بیماری زا کمک کند.

کلیدواژه ها:

Defense genes ، Potassium phosphite ، Real-time qPCR ، Rice blast ، Systemic protection ، بلاست برنج ، ژن های دفاعی ، فسفیت پتاسیم ، حفاظت سیستمیک ، Real-time qPCR