ارزيابي نقش مسيرهاي انتقال سيگنال فنيل پروپانوئيد و اكتادكانوئيد و برخي از تركيبات ديواره سلولي مرتبط با دفاع در برهمكنش ارقام گندم با گونه هاي قارچ Fusarium

Evaluating the role of phenylpropanoid and octadecanoid signal transduction pathways and some components of cell wall-associated defense in wheat cultivars- Fusarium species interaction

دو گونه قارچ Fusarium graminearum و F. culmorum از عوامل اصلي بيماري بلايت فوزاريومي سنبله گندم در جهان مي باشند. در حال حاضر، اطلاعات محدودي در مورد مسيرهاي سيگنالي دفاعي و مكانيسم هاي درگير در مقاومت ارقام گندم عليه Fusarium spp. وجوددارد. دو آنزيم فنيل آلانين آمونيالياز (Phenyl alanine ammonia lyase; PAL) و ليپوكسيژناز (Lipoxygenase; LOX)، به عنوان نشانگرهاي اصلي مسيرهاي انتقال سيگنال فنيل پروپانوئيد (phenylpropanoid) و اكتادكانوئيد (octadecanoid)، ممكن است در واكنش هاي دفاعي در گياهان نقش داشته باشند. در اين پژوهش، فعاليت دو آنزيم PAL و LOX و بيان ژن هاي كد كننده آن ها و نيز توليد تركيبات دفاعي نظير مواد فنلي و ليگنين در برگ و خوشه دو رقم گندم حساس (فلات) و نسبتاً مقاوم (گاسكوژن) مايه زني شده با دو گونه قارچ F. graminearum و F. culmorum مورد بررسي قرار گرفت. نتايج اين تحقيق نشان داد كه فعاليت اين دو آنزيم و توليد تركيبات فنلي و ليگنين در برگ و خوشه رقم گاسكوژن در مقايسه با رقم فلات بالاتر است. تجزيه و تحليل بيان ژن هاي PAL و LOX ارتباط مستقيم بين فعاليت آنزيم ها و بيان ژن هاي مربوطه را نشان داد. در اغلب زمان هاي مورد بررسي پس از مايه زني، سطوح بالاتري از فعاليت آنزيم ها، بيان ژن ها و توليد تركيبات فنلي و ليگنين در تعامل گندم با قارچ F. culmorum مشاهده شد. استفاده از مهاركننده هاي دو آنزيم PAL و LOX موجب افزايش توسعه بيماري در هر دو رقم شد. اين نتايج اطلاعات جديدي را درباره نقش بيوشيميايي و مولكولي مسيرهاي انتقال سيگنال فنيل پروپانوئيد و اكتادكانوئيد در مقاومت گندم در برابر گونه هاي قارچ Fusarium ارائه مي دهد.

Two species of Fusarium graminearum and F. culmorum are the main causal agents of wheat head blight worldwide. Currently, there is limited knowledge about the defense-signaling pathways and mechanisms involved in wheat cultivars basal resistance against Fusarium spp. Phenylalanine ammonia lyase (PAL) and lipoxygenase (LOX) enzymes, as main markers of phenylpropanoid and octadecanoid signal transduction pathways, may be involved in plant defense responses. In this research, the activity of two enzymes of PAL and LOX and expression of corresponding genes, also production of defense compounds such as phenolics and lignin were investigated in the leaves and spikes of susceptible (Falat) and partially resistant (Gaskozhen) wheat cultivars inoculated withtwo species of F. graminearum and F. culmorum. The results of this study showed that the activity of these two enzymes and production of phenolic compounds and lignin in leaves and spikes of Gaskozhen cultivar was higher than Falat. Expression analysis of the PAL and LOX genes revealed a direct correlation between enzymes activity and expression of the corresponding genes. In most of the studied times after inoculation, higher levels of enzymes activity, gene expression and phenolics and lignin production were observed in wheat-F. culmorum interaction. Application of PAL and LOX inhibitors increased disease development in both cultivars. These results provide novel information about the biochemical and molecular role of phenylpropanoid and octadecanoid signal transduction pathways in resistance of wheat against Fusarium spp.