مقاله ژن های مرتبط با بیماریزایی در مرکبات ایران از واقعیت تا حقیقت

بخشی از مقاله

چکیده

گیاهان به طور مداوم در معرض حمله پاتوژن هستند، اما موفقیت آلودگی بسیار کم است. گیاهان با استفاده از طیف گسترده اي از مکانیسم هاي پاسخ در برابر عوامل بیماري زا از خود محافظت می کنند. میزان پروتئین هاي مرتبط با دفاع زمانی که گباه مورد حمله قارچ ها ، باکتري ها، استرس هاي گوناگون محیطی و یا عوامل تحریک کننده قرار گیرند، افزایش می یابد. این پروتئین ها در ابتدا به پنج خانواده تقسیم شدند،ولی بعداٌ چندین گروه پروتئینیدیگر نیز شناسایی شدند و در تقسیم بندي جدید گنجانده شدند. هم اکنون این پروتئین ها شامل 17 خانواده پروتئینی هستند. در پروفایل هاي بیان In silico، میزان 3103 عدد EST از مرکبات براي مشخصات خانواده هاي PR proteins شناسایی شده اند. این تحقیق نشان داد تمام 17 خانواده PR پروتئینی در مرکبات داراي همولوگ هایی هستند، که می توان از آنها براي مطالعه رفتار گیاه در مقاومت به بیمارگرهاي مختلف احیاناٌ بهره برد.

مقدمه

تکامل مکانیسم هاي دفاعی گیاهان نه فقط آنها را در برابر تنش هاي غیر زیستی و زخم محافظت می کنند، بلکه مانع حمله پاتوژن ها هم می شوند. یکی از راه هاي که گیاهان می تواند به عوامل استرسی زیستی و غیر زیستی پاسخ دهند تجمع یا انباشتگی پروتئین هاي مرتبط با دفاع گیاه - PR proteins - است . - 1 - در ابتدا این پروتئین ها در برگ هاي توتونی که آلوده به ویروس بودند، توصیف و به پنج خانواده از PR-1 تا PR-5 بر اساس خواص سرولوژي و پس براساس توالی هاشان تقسیم شدند. این پروتئین هادر ابتدا به دو زیر گروه اسیدي و بازي - واکوئلی - دسته بندي شدند - 2 - متعاقباٌ. چندین گروه پروتئینی دیگر شناخته شدند و درون این تقسیم بندي گنجانده شدند. هم اکنون PR proteins ي گیاهی شامل یک گروه بزرگ متشکل از 17 خانواده از PR-1 تا PR-17 هستند . - 1 -

فعالیت هاي مستقیم ضد میکروبی در تعدادي از این خانواده ها در محیط آزمایشگاهی مثل هیدرولیز دیواره سلولی و تماس سمی اثبات شده است در عین حال این پروتئین ها به صورت غیر مستقیم و در مسیر هاي دفاعی عمل می کنند. حداقل 10 خانواده PR پروتئینی شامل - PR-1, PR-2, PR-3, PR-4, PR-5, PR-8, PR-11, PR-12, PR-13, PR-14 - فعالیت مسقیم ضد قارچی دارند. PR-1 و PR-5 همچنین فعالیت مستقیم ویژه بر علیه ااوومسیت ها از خود نشان دادند. در حالی که بعضی از اعضاي خانواده پروتئینی PR-1 مکانیسم هاي مولکولی شان ناشناخته مانده، اما به اعضاي خانواده PR-5 فعالیت هاي از قبیل نفوذپذیري غشایی، اتصال به گلوکان، هیدرولیز و مرگ سلولی نسبت داده می شود . - 3 -

فعالیت هیدرولیتیکی از نوع β-1,3-glucanase متعلق به اعضاء خانواده PR-2 است که گلوکان موجود در دیواره سلولی قارچ ها و ااوومسیت را هیدرولیز می کنند. اعضاء خانواده هاي PR-8, PR-4, PR-3 وPR-11 فعالیت اندوکیتینازي دارند که می توانند کیتین موجود در دیواره سلولی قارچ ها را هیدرولیز کنند، اما اعضاء PR-8 فعالیت لیزوزمی در ارتباط با فعالیت ضد باکتریایی از خود نشان داده اند . - 4 - اعضاء خانواده PR-12 وPR-13 به عنوان thionins شناخته شده اند. افراد خانواده ي PR-14 به عنوان پروتئین هاي lipid-transfer باعث نفوذ پذیري غشاء با فعالیت ضد قارچی و ضد باکتریایی منظور می شوند . - 5 -

محافظت از گیاهان در برابر حمله نماتدها، مکنده ها و حشرات همراه با افزایش میزان اعضاء خانواده PR-6 به عنوان پروتئین هاي ممانعت کننده انجام می گیرد PR-7 . - 6 - پروتئین هاي با خاصیت اندوپروتئینازي هستند، که داراي فعالیت ضد قارچی از طریق مشارکت در تجزیه دیواره سلولی نقش می باشند . - 1 - خانواده پروتئینی PR-10 با فعالیت آنزیمی ریبونوکلئازي به عنوان تنها خانواده PR پروتئینی که فعالیت ضد ویروسی دارد، شناخته شده اند . - 7 - خانواده ي PR-9 پروتئین هاي lignin-forming peroxidase همراه با فعالیت پروکسیدازي هستند که از نفوذ پاتوژن به دیواره سلولی گیاهان جلوگیري می کند . - 8 -

.پروتئین هاي دیگر شبیه PR proteins را در خانواده PR-15 وPR-16 قرار دادند. این پروتئین ها فعالیت Superoxide dismutase دارند. اعضاء خانواده پروتئینی PR-1 در تنظیم فعالیت فوق حساسیت - HR - نقش دارند . - 3 - افزایش میزان بیان PR proteins در محل - HR - و سیستم هاي دفاعی گیاه - Systemic acquired resistance, SAR - به عنوان مارکرهاي پاسخ دفاعی شناخته شدند. سیگنال هاي مولکولی تحریک کننده PR proteins در طول آلودگی گیاهان توسط پاتوژن، براي ژن هاي PR با پروتئین اسیدي سالسیلیک و براي ژن هاي PR با پروتئین هاي بازي اتیلن و متیل جاسمونات شناخته شدند . - 9 -

به طور کلی PR genes در بعضی از اندام ها یا بافت هاي گیاه مثل ریشه، برگ ها و بافت گل ها وجود دارد. پروتئین هاي کیتیناز و گلوکاناز همراه با رشد میوه و پاسخ بیماریزاي زیاد می شوند. در مرکبات میزان بیان PR genes توسط آب گرم، اشعه UV، زخم و ß-aminobutyric acid نیز زیاد می شود . - 10 - Fagoaga و همکارانش در سال 2001 گزارش دادند که PR-5 توتون در گیاه Citrus sinensis تراریخته حاصل این ژن میزان بیانش افزایش یافته و افزایش بیان این ژن همراه با افزایش مقاومت به Phytophthora citrophthora همراه گشته است. این نشان داد که PR proteins می توانند بطور موفق آمیزي در مهندسی ژنتیکی مرکبات استفاده شوند.

نتایج وبحث

توالی سنجی در مقیاس بزرگ از Expressed sequence tags - ESTs - از اندام هاي مختلف مرکبات براي به دست آوردن اطلاعات درباره ژنتیک و فاکتورهاي مولکولی چندین بیماري مرکبات و رشد میوه ها انجام شد. براي ساختن کتابخانه CDNA از اندام هاي مختلف مثل برگ، گل، میوه، پوست، بذر و ریشه از 12 گونه مرکبات شامل - Citrus sinensis, C. limonia, C. reticulata, C. aurantium, C. limettiodes, C. aurantifolia, C. sinensis x C. reticulata, C. sunki, C. latifolia, C. reshni, Citrumelo swingle, Fortunellamargarita, Poncirus trifoliata - استفاده شد. این گیاهان در شرایط مختلف تنش زیستی توسط باکتري - Xylella fastidiosa - ، ویروس هاي - Citrus leprosis virus, Citrus tristeza virus - ، یا قارچ Phytophthora parasitica و یا تنش هاي غیر زیستی توسط عوامل محیطی مانند خشکی انجام شد . - 11 -

ابزار تجزیه و تحلیل in silico بیان ژن اجازه مقایسه پروفایل بیان ژن خاصی را در بافت هاي گیاهی بر اساس فراوانی توالی هاي tags در کتابخانه CDNA می دهد. با استفاده ازبرنامه blastx در مجموع تعداد 103،3 عدد EST از وبسایت CitEST به منظور تجزیه و تحلیل پروفایل بیان PR-like gene مشخص شدند . - 11 - استفاده از روش in silico براي شناسایی توالی هاي همولوگ ژن هاي شناخته شده یکی از مهمترین راه ها براي کشف ژن -هاي جدید است. جستجو و مقایسه با استفاده از برنامه ي blast و توالی اسید آمینه از هر خانواده PR پروتئین به عنوان تحقیق منجر به شناسایی مجموع 3538 ژن شبیه PR بازخوانده شده از مرکبات شده است.

همولوگ هاي ESTs کدشده براي تمام 17خانواده PR gene در گیاهان مرکبات شناسایی شدند.در ضمن به نظر می رسد میزان بیان خانواده هاي PR gene در اندام هاي وبافت هاي مختلف فرق می کند،مثلاٌ فقط ژن هاي خانواده PR-10 ,PR-3 و PR-14 در بافت پوست ساقه Citrus sunki BAG cv. 200 RG 23 میزان بیان خیلی بالاي داشتند .در گیاهانی مانند آرابیدوپسیس، توتون، تربچه و غیره، میزان بیان ونحوه ي عمل ژن هاي PR در برابر بعضی پاتوژن ها مشخص شده است، در حالی که در مرکبات در باره مکانیسم و ژن ها دفاعی در برابر بیماري ها و آفات گیاهی کمتر اطلاعات مو جود است. هم اکنون بیماري هاي خطرناکی مثل جاروك، تریستزا، گرینینگ به طور زیاد بر روي مرکبات مناطق جنوبی ایران رو به افزایش هستند، و هیچ راه موثري براي کنترل آنها وجود ندارد. لذا لازم به نظر می رسد، که با بررسی مکانیسم هاي مقاومت در مرکبات و استفاده از فناوري انتقال ژن، ژن هایی که قابلیت القاي مقاومت گسترده تري را در گیاهان دارند شناسایی و به مرکبات انتقال داد.