متابولوميكس مقايسه اي گياهچه هاي دو لاين تقريباً آيزوژنيك مقاوم و حساس گندم نسبت به بيماري زنگ برگي گندم

Comparative metabolomics of seedlings of two susceptible and resistant wheat near isogenic lines to wheat leaf rust disease

شناسايي مسيرهاي دفاعي و متابوليت‌هاي مرتبط با مقاومت به عنوان زيست‌نشانگر براي غربال‌گري يا تشخيص سطوح مقاومت ارقام گندم به زنگ برگي گندم (Puccinia triticina) ابزاري مفيد جهت افزايش سرعت، دقت و كاهش هزينه غربالگري مقاومت است. استخراج پروفيل متابوليتي بخش قطبي لاين‌هاي تقريباً آيزوژنيك گندم حساس (Thatcher Lr22b) و مقاوم (Thatcher Lr25) به زنگ برگي گندم در مرحله دو برگچه‌اي 24 ساعت پس از مايه‌زني با بيمارگر، پودر تالك و آب مقطر استريل شده در سه تكرار در مخلوط متانول-آب انجام شد. تجزيه واريانس براي انتخاب متابوليت هاي موثر نشان داد كه فراواني 26 متابوليت ‌بين فاكتورهاي آزمايشي شامل لاين-ها، مايه‌زني شده‌ها و برهمكنش لاين‌ها و مايه‌زني شده‌ها اختلاف معني‌داري داشتند. اين متابوليت‌ها براي گروه‌بندي مشاهدات از نظر تشابهات و تفاوت‌هاي متابوليكي در فضاي متابولوم بررسي شده تحت تجزيه مميزي كانوني و تجزيه خوشه‌اي سلسله مراتب قرار گرفتند. نهايتاً 16 متابوليت مرتبط با مقاومت و 21 متابوليت مرتبط با بيماريزايي شناسايي شد كه اكثر متابوليت‌هاي مرتبط با مقاومت هم در مقاومت القايي و هم در مقاومت ساختاري نقش داشتند كه در مسيرهاي سنتز ديواره سلولي، توليد تركيبات فنولي و آلكالوئيدي، تجمع اسيد آمينه‌ها، توليد پروتئين‌هاي مرتبط با مقاومت، به عنوان پيام رسان و فعاليت‌هاي ضد ميكروبي در طول دفاع نقش داشتند. فعال‌تر شدن تعدادي از مسيرهاي مهم در اثر حمله قارچ به گندم بحث مي‌شود.

Identifying resistance related metabolites as biomarker for screening wheat germplasms resistant to leaf rust (Puccinia triticina) is a useful approach to increase the speed, accuracy and cost effectiveness of screening disease resistance. The relatively polar metabolites were extracted in a mixture of methanol-water from near isogenic line (NILs) of wheat susceptible (Thatcher Lr22b) or resistant (Thatcher Lr25) to leaf rust in the two leaf stage, 24 h after inoculation with the pathogen, talcum powder or sterilized distilled water, in three replications. Metabolites were analyzed using a GC/MS. ANOVA showed that abundance of 26 metabolites had significant differences among experimental factors including near isogenic lines (NILs), inoculation (I) and NILs ×I interaction. Abundance of 26 significant metabolites was subjected to canonical discriminant analysis and hierarchical cluster analysis to group observations of metabolite profiles based on similarities and differences in the investigated metabolic space. Finally 13 resistance related metabolites (RR) and 13 Pathogenesis related metabolites (PR) were identified that the majority of RR metabolites involved in induced resistance and constitutive resistance. Significant metabolites included metabolites with potential signaling and/or antimicrobial activity as well as molecules used as precursors for cell wall reinforcement, phenolic and alkaloids compounds, and accumulation of amino acids and proteins associated with resistance. Up-regulation of the number pathways upon infection of wheat to leaf rust fungus is discussed.