بخشی از مقاله
چکیده:
مقاومت در برابر فوزاریوم خوشه گندم1 توسط چندین ژن کنترل گردیده و لذا انتقال آن از منابع مقاومت به ژنوتیپ هاي حساس اما واجد صفات مطلوب زراعی و کیفی از طریق تلاقی چندان موفق نبوده است. مطالعات بیان ژنی بر روي لاین هاي ایزوژنیک2 نشان داده است که ژن هاي موثر در مسیرهاي بیولوژیکی3 که در واکنش به آلودگی قارچ فوزاریوم گرامینه آروم4 در ایزولاین هاي مقاوم فعال شده و به بروز مقاومت منجر می گردند در ایزولاین هاي حساس نیز وجود دارند. در این تحقیق بجاي انتقال گروهی از ژن ها از منابعی نظیر سوماي تري ایجاد مقاومت نوظهور5 در ژنوتیپ هاي حساس بدون استفاده از تلاقی مورد توجه قرار گرفت.
یافته ها نشان داد که آلوده سازي ژنوتیپ هاي گندم حساس به ویروس موزائیک نواري گندم6 و انتخاب تحت فشار این ویروس می تواند سبب ظهور تغییرات قابل توارث در بیان ژن ها گردد. این روش در واریته گندم دابل هاپلوئید مکنزي به بروز تنوع در صفاتی چون ارتفاع بوته، زمان رسیدگی ، مقاومت در برابر ویروس و نیز مقاومت در برابر بیماري فوزاریوم خوشه گندم منجر گردید. نشان داده شد که تغییرات حاصل از نسلی به نسل دیگر به ارث رسیده و نیز از طریق تلافی قابل انتقال به دیگر ژنوتیپ ها هستند.
مقدمه:
تلاش هاي انجام شده به منظور اصلاح گندم براي بالا بردن سطح مقاومت در برابر بیماري فوزاریوم خوشه بر شناسائی منابع مقاومت در لاین هائی نظیر سوماي تري7 و انتقال آن به ژرم پلاسم حساس داراي صفات مطلوب زراعی و کیفی متمرکز بوده است. دو راهبرد اصلی مورد استفاده یعنی روش اصلاح سنتی و روش انتخاب به کمک نشانگر8 در چگونگی انتخاب لاین هائی که بایستی به نسل بعد راه یابند متفاوت هستند. در روش اصلاح سنتی شناسائی افرادي که ژن هاي مقاومت را دریافت کرده اند و بایستی به نسل بعدي راه پیدا کنند بر اساس فنوتیپ مقاومت صورت می گیرد.
این روش تاکنون توفیقات زیادي را براي بریدرها و پاتولوژیست ها در انتقال ژن هاي مقاومت بر علیه بیماري ها و آفات در پی داشته است. با این وجود تلاش هاي مستمر براي انتقال سطح بالاي مقاومت در لاین مقاوم سوماي تري به ژرم پلاسم الیت از طریق اصلاح سنتی تاکنون به ثمر نرسیده است . - 3 - در روش انتخاب به کمک نشانگرها شناسائی لاین هاي کاندید خصوصا در نسل هاي اولیه با استفاده از نشانگرهاي DNA پیوسته با ژن هاي کنترل کننده انجام می گردد.
کاربرد این روش براي اصلاح مقاومت به فوزاریوم خوشه گندم تا حدودي توام با موفقیت بوده ولی در انتقال سطحی از مقاومت نظیر آنچه که در سوماي تري وجود دارد ثمر بخش نبوده است . - 10 - لزوم انتقال تعداد زیادي ژن کوچک1 اثر علاوه بر ژن هاي بزرگ اثر2 از مهمترین علل ناکامی روش اصلاح سنتی ذکر شده است - 11 - که بنظر می رسد این مانع در مورد روش انتخاب به کمک نشانگرها نیز صادق باشد. در محیط هاي پیچیده براي انتقال همزمان چندین صفت شناخته شده از نظر ژنتیکی روشی سیستماتیک ابداع گردیده است . - 3 - نظیر روش اصلاح سنتی در این روش نیز انتخاب افراد براساس فنوتیپ مقاوم صورت می گیرد.
با تولید F1 هاي پیچیده از طریق تلاقی والدین هتروزیگوت چند مقاومت مورد نظر بطور همزمان وارد تلاقی ها شده و در هر دوره انتخاب ژرم پلاسم بسیار متنوعی مورد بررسی قرار می گیرد. در این روش شناسائی ژن ها و بیان موثر آنها از طریق پلیوتروپی و یا تفکیک متجاوز با قرار دادن گیاه در معرض مجموعه اي از انواع تنش ها صورت می گیرد.
در روشی جایگزین و تکامل یافته بعوض انتقال ژن هاي مقاومت از طریق تلاقی این حقیقت که غالب ژنوتیپ هاي گندم داراي ژن هاي درگیر در واکنش هاي عمومی گیاه نظیر ژن هاي مرتبط با بیماریزائی3 هستند مورد توجه قرار می گیرد. در این روش همانند آنچه که در مورد لاین مقاوم سوماي تري و ایزولاین هاي حساس آن گزارش گردیده 5 - و - 7 بیان موثر و هماهنگ ژن ها لاین مقاوم و حساس را از یکدیگر متمایز می گرداند.
این بدان معنی است که تفاوت سوماي تري از والدین نیمه حساس خود - 9 - ممکن است لزوما نه ناشی از تفکیک متجاوز ژن ها بلکه فقط حاصل تغییر در نحوه بیان ژن هائی باشد که در والدین وجود داشته اند. ایجاد تغییرات قابل توارث در بیان ژن ها در جمعیتی از گیاهان خودبارور بدون وقوع نوترکیبی مندلی ژن ها می تواند فرضیه تفکیک متجاوز ژن ها را مردود سازد. در این تحقیق ایجاد تغییرات اپی ژنتیک بدنبال چرخه هاي متوالی از فشار آلودگی سیستمیک توسط ویروس موزائیک نواري گندم و ایجاد مقاومت نوظهور در برابر بیماري فوزاریوم خوشه گندم و نیز بهره برداري از مقاومت در ژرم پلاسمی که تاکنون حساس بوده است مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است.
مواد و روش ها
نسل هاي متمادي خودبارور شده از واریته گندم مکنزي که یک واریته گندم بهاره دابل هاپلوئید و حساس به ویروس موزائیک نواري گندم می باشد از طریق ایجاد آلودگی توسط ویروس موزائیک نواري گندم در مراحل اولیه رشد تحت فشار آلودگی ویروسی رشد داده شد. پس از چند نسل در داخل توده مکنزي انواعی از لاین ها شناسائی گردید که از نظر ارتفاع، زمان رسیدگی و مقاومت نسبت به ویروس تفاوت هاي قابل توارثی را نسبت به بوته هاي اولیه از خود نشان دادند.
لاین هاي شناسائی شده در کنار واریته اولیه مکنزي و ارقام گندم شاهد در خزانه اي در مزرعه در سال 2007 با ایجاد آلودگی مصنوعی بروش اسپري با قارچ فوزاریوم گرامینه آروم4 ارزیابی گردیدند . - 4 - علاوه بر ارزیابی واکنش ظاهري پس از برداشت مقدار سموم ترایکوتیسین5 که توسط قارچ در دانه آلوده ذخیره شده بود تعیین گردید.
به منظور تائید مشاهدات مزرعه اي لاین هائی که در این مرحله بهترین واکنش را به بیماري فوزاریوم نشان داده بودند طی آزمایشی در محیط کنترل شده در گلخانه با آلوده سازي خوشه ها در مرحله گرده افشانی با استفاده از سوسپانسیون فوزاریوم گرامینه آروم /ml - ماکروکنیدیا - 5 x 104 و بدنبال آن انکوباسیون خوشه هاي آلوده به مدت 48 ساعت در درون کیسه هاي شفاف مجددا مورد ارزیابی قرار گرفتند. لاین هاي انتخابی در نهایت با استفاده از روش AFLP از نظر تنوع ژنتیکی در سطح DNA مورد ارزیابی قرار گرفتند.
نتایج
بدنبال دو دور رشد لاین هاي خودبارور حاصل از واریته دابل هاپلوئید مکنزي تحت فشار آلودگی ویروس موزائیک نواري گندم تک بوته اي بر مبناي تظاهر فنوتیپ مقاوم نسبت به ویروس انتخاب گردید. در نسل بعدي از میان نتاج بوته فوق تعداد 5 بوته بر اساس تنوعی که تحت فشار ویروس از نظر ارتفاع بوته، زمان رسیدگی و مقاومت در برابر بیماري از خود نشان می دادند شناسائی شده و براي ادامه بررسی انتخاب گردیدند - جدول. - 1–
نتاج لاین هاي 9645-9655 در سال 2007 به صورت خوشه به ردیف در خزانه اي در مزرعه کشت گردیدند و تنوع قابل ملاحظه اي را از نظر ارتفاع، تعداد روز تا رسیدگی و واکنش در برابر فوزاریوم خوشه گندم از خود نشان دادند - جدول-. - 2 این آزمایش قابلیت توارث تنوع مشاهده شده از نظر صفات مورفولوژیکی و مقاومت در برابر بیماري ها را که در مزرعه مشاهده گردیده بود تائید کرد.
بررسی نتاج F1 و F2 حاصل از تلاقی لاین هاي 9916مقاوم با یک ژنوتیپ حساس گندم موید انتقال مقاومت نوظهور مشاهده شده از لاین هاي انتخابی از طریق تلاقی بود . بذور بوته هاي مقاوم نسبت به ویروس موزائیک نواري گندم و فوزاریوم خوشه گندم در غیاب آلودگی توسط ویروس تکثیر گردید تا مقدار بذر کافی براي انحام مطالعات وسیع تر زراعی و آزمایشات بیماري مزرعه اي در سال 2008 فراهم گردید.
بحث
با توجه به این واقعیت که در نتاج حاصل از خودباروري واریته مکنزي که یک لاین دابل هاپلوئید می باشد نوترکیبی مندلی ژن ها اتفاق نیافتاده است بنابراین هر گونه تنوع ایجاد شده در صفات مورد بررسی که بطور پایداري قابل توارث می باشند بایستی از تغییرات پایدار در بیان ژن ها حادث شده باشد. در گزارش مشابهی ایجاد مقاومت نوظهور نسبت به بیماري سوختگی باکتریائی - ایجاد شده توسط عامل - Xanthomonas oryzae pv. oryzae در ژاپن بر روي برنج توصیف شده است.
- 1 - آنها توانستند با یکبار قرار دادن گیاهچه هاي برنج در معرض مهار کننده هاي متیلاسیون DNA یعنی 5-Aza-2’-deoxycytidine تغییرات قابل توارث اپی ژنتیک را در این گیاهچه ها ایجاد نمایند. دي متیلاسیون پروموتور ژن مقاوم Xa21G خاموشی این ژن را که در اثر هایپر متیلاسیون در واریته حساس اتفاق افتاده بود از بین برد و با فعال کردن مجدد ژن مقاوم Xa21G سبب بروز مقاومت نوظهور نسبت به بیماري سوختگی باکتریائی گردید.
