c3518cb17d976b8

پرایمینگ مقاومت علیه Pseudomonas syringae pv. tomato در آرابیدوپسیس با استفاده از ترکیب‌های فرار Bacillus subtilis

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار بیماری‌شناسی گیاهی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه رازی، کرمانشاه

2 دانشجوی کارشناسی ارشد زیست‌شناسی گیاهی، دانشگاه پیام نور همدان

3 استاد، بیماری‌شناسی گیاهی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج

4 دانشیار، بیماری‌شناسی گیاهی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران، کرج

چکیده

ترکیب‌های فرار میکروبی نقش عمده‌ای در افزایش رشد گیاه و محافظت آن در برابر بیماری‌های گیاهی دارند. در این پژوهش نقش ترکیب‌های فرار سویة Bacillus subtilis GB03 در افزایش رشد آرابیدوپسیس و القای مقاومت به بیمارگر Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 بررسی شد. گیاهچه‌های آرابیدوپسیس در پتری‌های دو بخشی در معرض ترکیب‌های فرار سویة آنتاگونیست قرار گرفتند. ترکیب‌های فرار توانستند به‌صورت معنی‌داری رشد گیاه را در مقایسه با شاهد افزایش دهند. تیمار با ترکیب‌های فرار، شاخص بیماری ناشی از P. syringae pv. tomato DC3000 را از 80 به 40 درصد کاهش دادند. جمعیت بیمارگر در تیمار با باکتری آنتاگونیست بیشینه به 106×1/1 در گرم وزن‌ تر اندام‌های هوایی رسید درحالی‌که جمعیت بیمارگر در شاهد تا 108×3/1 افزایش پیدا کرد. برای مشخص شدن مسیر پیام‌رسانی درگیر در مقاومت، بیان سه ژن PR-1، PDF1.2 و ChiB به ترتیب به‌عنوان نشانگر مسیرهای سالیسیلیک اسید، جاسمونیک اسید و اتیلن ارزیابی شد. ترکیب‌های فرار باعث افزایش سریع و قوی بیان ژن‌های PR-1 و PDF1.2 شد. بیان قوی و سریع این ژن‌ها بیانگر پرایمینگ هر دو مسیر جاسمونیک اسید و سالیسیلیک اسید است. در مجموع ترکیب‌های فرار سویة B. subtilis GB03 نه‌تنها می‌توانند رشد گیاه را به‌صورت شایان‌توجهی افزایش دهند بلکه باعث افزایش بیان ژن‌های مقاومت و درنهایت کاهش بیماری در آرابیدوپسیس نیز شدند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Priming of resistance against Pseudomonas syringae pv. tomato in Arabidopsis by volatiles of Bacillus subtilis

نویسندگان [English]

  • Rouhallah Sharifi 1
  • Nasrin Kazemi 2
  • Masoud Ahmadzadeh 3
  • Keivan Behboudi 4
1 Assistant Professor, Department of Plant Protection, Razi University, Kermanshah, Iran
2 M.Sc. Student, Department of Plant Biology, Payame Noor University, Hamadan Iran
3 Professor, Department of Plant Protection, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
4 Associate Professor, Department of Plant Protection, University College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
چکیده [English]

Microbial volatiles have an important role in plant growth promotion and protecting them against plant pathogens. In this work, we evaluated whether B. subtilis volatiles promote plant growth and induce resistance against P. syringae pv. tomato DC3000. Arabidopsis seedlings exposed to bacterial volatiles in two compartments I-plate system. Volatiles increased plant growth significantly compared to control. Exposure of plant with bacteria volatiles reduced disease index from 80% to 40%. Pathogenic bacteria population in plant leaves reached up to 1.1×106 CFU/g aerial part wet weight, in volatile treatment, however pathogen population reached up to 1.3×108 in control plants. Expressions of PR-1, PDF1.2, and ChiB have been evaluated as marker genes for salicylic acid, jasmonic acid and ethylene-depended pathways, respectively. Bacteria volatiles boosted the expression of PR-1 and PDF1.2, significantly. These genes expressed strongly and rapidly which represent plant defense priming by bacteria volatiles.  In conclusion, volatiles from B. subtilis GB03 not only improved plant growth significantly but also increased expression of defense-related genes and eventually suppressed disease in Arabidopsis.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bacillus
  • induced systemic resistance
  • Jasmonic acid
  • Salicylic Acid
  • volatiles compounds
Blom, D., Fabbri, C., Eberl, L. & Weisskopf, L. (2011). Volatile-mediated killing of Arabidopsis thaliana by bacteria is mainly due to hydrogen cyanide. Applied Environmental Microbiology, 77, 1000-1008.
Brooks, D. M., Bender, C. L. & Kunkel, B. N. (2005). The Pseudomonas syringae phytotoxin coronatine promotes virulence by overcoming salicylic acid-dependent defences in Arabidopsis thaliana. Molecular Plant Pathology 6, 629-639.
Cho, S. M., Kang, B. R., Han, S. H., Anderson, A. J., Park, J. Y., Lee, Y. H., Cho, B. H., Yang, K. Y., Ryu, C. M. & Kim, Y. C. (2008). 2R, 3R-butanediol, a bacterial volatile produced by Pseudomonas chlororaphis O6, is involved in induction of systemic tolerance to drought in Arabidopsis thaliana. Molecular Plant Microbe Interaction, 21, 1067-1075.
Conrath, U. (2011). Molecular aspects of defence priming. Trends in Plant Science, 16, 524-531.
Conrath, U., Beckers, G. J., Flors, V., Garcia-Agustin, P., Jakab, G., Mauch, F., Newman, M. A., Pieterse, C. M. J., Poinssot, B., Pozo, M. J., Pugin, A., Schaffrath, U., Ton, J., Wendehenne, D., Zimmerli, L. & Mauch-Mani, B. (2006). Priming: getting ready for battle. Molecular Plant Microbe Interaction, 19, 1062-1071.
Conrath, U., Beckers, G.J., Langenbach, C. J. & Jaskiewicz, M. R. (2015). Priming for enhanced defense. Annual Review of Phytopathology, 53, 97-117.
Girón-Calva, P. S., Molina-Torres, J. & Heil, M. (2012). Volatile dose and exposure time impact perception in neighboring plants. Journal of Chemical Ecology, 38, 226-228.
Glazebrook, J. (2005). Contrasting mechanisms of defense against biotrophic and necrotrophic pathogens. Annual Review of Phytopathology, 43, 205-227.
Hahm, M. S., Sumayo, M., Hwang, Y. J., Jeon, S. A., Park, S. J., Lee, J. Y., Ahn, J. H., Kim, B. S., Ryu, C. M. & Ghim, S. Y. (2012). Biological control and plant growth promoting capacity of rhizobacteria on pepper under greenhouse and field conditions. Journal of Microbiology, 50, 380-385.
Heil, M. (2001). The ecological concept of costs of induced systemic resistance (ISR). European Journal of Plant Pathology, 107, 137-146.
Heil, M. (2002). Ecological costs of induced resistance. Current Opinion in Plant Biology, 5, 345-350.
Kai, M., Haustein, M., Molina, F., Petri, A., Scholz, B. & Piechulla, B. (2009). Bacterial volatiles and their action potential. Applied Microbiology and Biotechnology, 81, 1001-1012.
Kishimoto, K., Matsui, K., Ozawa, R. & Takabayashi, J. (2007). Volatile 1-octen-3-ol induces a defensive response in Arabidopsis thaliana. Journal of General Plant Pathology, 73, 35-37.
Lee, B., Farag, M. A., Park, H. B., Kloepper, J. W., Lee, S. H.  & Ryu, C. M. (2012). Induced resistance by a long-chain bacterial volatile: elicitation of plant systemic defense by a C13 volatile produced by Paenibacillus polymyxa. PLoS One 7, e48744.
Newman, M.-A., Sundelin, T., Nielsen, J.T. & Erbs, G. (2013). MAMP (Microbe-Associated Molecular Pattern) triggered immunity in Plants. Frontiers in Plant Science, 4, 1-25.
Ongena, M. & Jacques, P. (2008). Bacillus lipopeptides versatile weapon for plant disease control. Trends in microbiology, 16, 115-125.
Pieterse, C. M., Van Der Does, D., Zamioudis, C., Leon-Reyes, A. & Van Wees, S. C. (2012). Hormonal modulation of plant immunity. Annual Review of Cell and Developmental Biology, 28, 489-521.
Rudrappa, T., Biedrzycki, M. L., Kunjeti, S. G., Donofrio, N. M., Czymmek, K. J., Paul, W. P. & Bais, H. P. (2010). The rhizobacterial elicitor acetoin induces systemic resistance in Arabidopsis thaliana. Communicative and Integrative Biology, 3, 130-138.
Ryu, C. M., Farag, M. A., Hu, C. H., Reddy, M. S., Kloepper, J. W. & Pare, P. W. (2004). Bacterial volatiles induce systemic resistance in Arabidopsis. Plant Physiology, 134, 1017-1026.
Ryu, C. M., Farag, M. A., Hu, C. H., Reddy, M. S., Wei, H. X., Pare, P. W. & Kloepper, J. W. (2003). Bacterial volatiles promote growth in Arabidopsis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 100, 4927-4932.
Schulz, S. & Dickschat, J. S. (2007). Bacterial volatiles: the smell of small organisms. Natural Product Reports, 24, 814-842.
Song, G. C., Choi, H. K. & Ryu, C.-M. (2015). Gaseous 3-pentanol primes plant immunity against a bacterial speck pathogen, Pseudomonas syringae pv. tomato via salicylic acid and jasmonic acid-dependent signaling pathways in Arabidopsis. Frontiers in plant science 6:821. doi: 10.3389/fpls.2015.00821
Thakore, Y. (2006). The biopesticide market for global agricultural use. Industrial Biotechnology Letters 2, 194-208.
Vespermann, A., Kai, M. & Piechulla, B. (2007). Rhizobacterial volatiles affect the growth of fungi and Arabidopsis thaliana. Applied and Environmental Microbiology, 73, 5639-5641.