ارزیابی تاثیر قارچ بذرزاد alternaria brassicicola روی میزان تولید و بیان ژن‌های دخیل در مسیر بیوسنتز تیمول و کارواکرول در thymus vulgaris l.

گیاه دارویی آویشن باغی (thymus vulgaris l.) سرشار از مونوترپن‌های فنولی ازجمله ترکیب‌های تیمول و کارواکرول است. قارچ‌های بذرزاد می‌توانند با تاثیر روی سلامت بذر، منجر به کاهش کمّیت و کیفیت محصول و همچنین تغییر در میزان و نوع متابولیت‌های ثانویه در گیاهان شوند. هدف از این پژوهش، جداسازی و شناسایی قارچ‌های بذرزاد از نمونه‌های بذری آویشن باغی و ارزیابی تاثیر آلودگی بذرها روی میزان تولید و بیان ژن‌های دخیل در مسیر بیوسنتز ترکیب‌های تیمول و کارواکرول است. برای شناسایی قارچ‌های بذرزاد از نمونه‌های بذری آویشن باغی جمع‌آوری شده از مزارع استان‌ البرز، نمونه‌برداری بر اساس ضوابط انجمن بین‌المللی آزمون بذر صورت گرفت. میزان ترکیب‌های تیمول و کارواکرول با استفاده از دستگاه کروماتوگرافی مایع با کارآیی بالا اندازه‌گیری و بررسی بیان ژن‌های tvtps1، dxr، cyp178 و cyp180 با روش واکنش زنجیره‌ای پلیمراز با رونویسی معکوس انجام شد. براساس ویژگی‌های ریخت‌شناختی و مولکولی شش جدایه alternaria brassicicola شناسایی شدند. تجزیه‌وتحلیل فعالیت آنزیم‌های مخرب دیواره سلولی نشان داد که سلولاز و پکتیناز در مقایسه با زایلاناز و کیتیناز اهمیت بیشتری روی میزان بیماری‌زایی و قدرت تهاجم جدایه‌ها دارند. آلودگی بذر به قارچ‌ a. brassicicola به‌طور قابل‌ توجهی روی شاخص‌های بنیه و جوانه‌زنی بذر تاثیرگذار بود. یافته‌های این پژوهش نشان داد که میزان بیماری‌زایی و قدرت تهاجمی جدایه‌های قارچی a. brassicicola از طریق سازوکارهای مختلفی ازجمله تولید آنزیم‌های خارج سلولی می‌تواند در گیاهچه‌های حاصل از پیش‌تیمارهای بذری با جدایه‌های مختلف باعث تغییر در سطح بیان ژن‌های مختلف رمزکننده ترکیب‌های تیمول و کارواکرول و در نتیجه موجب افزایش (جدایه‌های ab4 و ab5) و یا کاهش (جدایه‌های ab1، ab6، ab2 و ab3) میزان تولید و انباشت مونوترپن‌های فنولی در گیاهچه‌های آویشن باغی شود. این اولین گزارش در مورد شناسایی قارچ بذرزاد a. brassicicola از نمونه‌های بذری آویشن باغی در ایران و نقش آلودگی بذرها روی میزان تولید و بیان ژن‌های دخیل در مسیر بیوسنتز تیمول و کارواکرول است.

Evaluation of seedborne fungus Alternaria brassicicola effects on production and expression of genes involved in thymol and carvacrol biosynthesis pathway in thyme (Thymus vulgaris L.)

Thyme (Thymus vulgaris L.) is rich in phenolic monoterpenes such as thymol and carvacrol. Seedborne fungi can reduce the quality and quantity of crop and also change the amount and type of secondary metabolites in plants by affecting seed health. The aim of this study was to isolate and identify the seedborne fungi from thyme seed samples and to evaluate the effects of seeds infection on the production and expression of genes involved in the biosynthesis pathway of thymol and carvacrol compounds. To identify seedborne fungi of thyme seed samples collected from fields of Alborz province, sampling was done according to the criteria of the International Seed Testing Association (ISTA). The amount of thymol and carvacrol compounds was measured using high performance liquid chromatography (HPLC) and the expression of TvTPS1, DXR, CYP178, and CYP180 genes was assayed by reverse transcription polymerase chain reaction (RTPCR). Six Alternaria brassicicola isolates were identified based on morphological and molecular characteristics. Analysis of cell wall degrading enzymes activity revealed that cellulase and pectinase were more important than xylanase and chitinase on the pathogenicity and aggressiveness of isolates. Seeds infection by A. brassicicola significantly affected vigor and seed germination indices. The findings of this study showed that the pathogenicity and aggressiveness of A. brassicicola fungal isolates can change the expression level of different genes encoding thymol and carvacrol compounds in seedlings obtained from seed pretreatments with different isolates through different mechanisms including production of extracellular enzymes resulted in increasing (isolates Ab4 and Ab5) and/or decreasing (isolates Ab1, Ab6, Ab2, and Ab3) the production and accumulation of phenolic monoterpenes in thyme seedlings. This is the first report on the identification of seedborne fungus A. brassicicola from thyme seed samples in Iran and also the role of seeds infection on the production and expression of genes involved in the thymol and carvacrol biosynthesis pathway.