بررسي الگوي بيان ژن‌هاي دفاعي برنج تيمار شده با نانوذره نقره بيولوژيك در تعامل با Magnaporthe oryzae، قارچ عامل بيماري بلاست

Investigation of the expression pattern of defense–related genes in rice plants treated with biological silver nanoparticles and Magnaporthe oryzae, the fungus causing blast disease

بلاست از مهم­ترين و مخرب­ترين بيماري­هاي برنج در دنيا مي ­باشد. نانو­ذرات عوامل ضد­ميكروبي هستند كه به­ صورت محرك­هاي زيستي و غير­زيستي مورد استفاده قرار گرفته و مي­توانند موجب القاي مقاومت در گياه در برابر عوامل بيمارگر شوند. تأثيرات نانو ذرات بيولوژيك و غير­بيولوژيك مختلف در بازدارندگي بيمارگر­هاي قارچي مختلف گياهان از جمله قارچ عامل بيماري بلاست به اثبات رسيده است. اما در مورد تاثير نانوذره بيولوژيك بر كنترل اين بيماري از طريق القاء مقاومت و بيان ژن­هاي دفاعي مطالعه‌اي صورت نگرفته است. در اين مطالعه، علاوه بر تأثير مستقيم نانوذره نقره بيولوژيك سنتز شده از قارچ Trichoderma harzianum در شرايط آزمايشگاه، تأثير غير­مستقيم آن از طريق القاي مقاومت سيستميك در رقم حساس طارم محلي بر قارچ بيمارگر Magnaporthe oryzae در شرايط گلخانه بررسي شد. بدين منظور، بيان چند ژن مهم دفاعي در گياه تيمارشده با نانوذره بيولوژيك در مقايسه با گياهان شاهد (تيمار فاقد نانوذره نقره بيولوژيك) در زمان­هاي مختلف پس از تلقيح با بيمارگر با روش Real–time qPCR مورد بررسي قرارگرفت. نتايج بررسي مستقيم حاكي از تأثير مثبت غلظت­هاي مختلف نانوذره بيولوژيك در كاهش رشد بيمارگر در مقايسه با تيمار شاهد بود، به­ طوري­كه ميزان بازدارندگي از رشد بيمارگر در غلظت­هاي 4/5، 9، 18، 27 و 36 ميكرو­گرم در ميلي­ليتر در مقايسه با تيمار شاهد به ترتيب 7، 28، 56، 81 و 92 درصد بود. بررسي فنوتيپي برهمكنش گياه برنج و قارچ عامل بيماري بلاست در حضور نانوذره بيولوژيك نشان داد كه اختلاف معني­ داري بين شدت بيماري در گياهان تيمار شده با نانوذره بيولوژيك در مقايسه با گياهان شاهد وجود ندارد. همچنين تجمع ترانوشت ژن­هاي NPR1، PR2، PR3 وLOX بين دو تيمار مذكور، افزايش قابل ملاحظه و معني­داري را نشان نداد. بنابراين، تأثير غير­مستقيم نانوذره نقره بيولوژيك سنتز شده بر بيمارگر از طريق القاء مقاومت و افزايش بيان ژن­هاي دفاعي گياه برنج قابل توجه نمي ­باشد.

Blast is one of the most important and destructive rice diseases in the world. Nanoparticles are antimicrobial agents used as biological and non–biological stimulants and can induce resistance in plant against pathogens. Effects of different biological and non–biological nanoparticles on inhibition of various plant fungal pathogens has been proved. However, no study has been done about the effect of biological nanoparticles on control of this disease through induction of resistance and expression of defense genes. In this study, in addition to direct effect of biological silver nanoparticles synthesized using Trichoderma harzianum fungus in vitro, its indirect effect was investigated by inducing systemic resistance in susceptible local Tarom cultivar on pathogenic fungus Magnaporthe oryzae under greenhouse conditions. For this purpose, expression of several important defense genes investigated in biological silver nanoparticle–treated plants in comparison with control plant (without biological silver nanoparticle) using real–time qPCR technique at different times after pathogen inoculation. The results showed a positive effect of different concentrations of biological nanoparticles in reduction of pathogen growth in comparison with the control treatment so that the amount of inhibition of pathogen growth in different concentrations (36, 27, 18, 9, 4.5 ppm) was 92, 81, 56, 28 and 7 percent compared to the control treatment, respectively. Phenotypic study of rice plant interaction with the fungus causing blast disease in presence of biological nanoparticle showed that there was no significant difference between the disease severities in biological nanoparticle–treated plants compared to control plants. Also, accumulation of transcripts of NPR1, PR2, PR3 and LOX genes between two mentioned treatments did not show significant increase. Therefore, indirect effect of biological silver nanoparticle on pathogenic fungus by induced resistance and increasing the rice plant defense genes is not considerable.