بیان بیش از حد پروتئین‌های حشره‌کش با استفاده از ناقل مبتنی بر ویروس موزائیک نیشکر در گیاه ذرت و ارزیابی اثرات آن‌ها بر کرم برگخوار پائیزه

هدف: ذرت (zea mays l.) یکی از مهمترین گیاهان زراعی در سراسر دنیا است که توسط آفات گیاهخوار متعددی از جمله کرم برگخوار پائیزه تهدید می‌شود. روشهای کنترل این آفات عمدتاً مبتنی بر آفت‌کشهای شیمیایی، اصلاح انتخابی و تولید گیاهان تراریخته است که علاوه بر هزینه و زمان‌بر بودن، در برخی موارد، عواقب زیست‌محیطی و بهداشتی جبران ناپذیری ایجاد می‌نمایند. بیان موقت پروتئین‌های آفت‌کش با استفاده از ویروسهای گیاهی می‌تواند تحمل گیاه را در زمان لازم، به صورت هدفمند نسبت به آفات بهبود دهد. پژوهش حاضر با هدف افزایش مقاومت گیاه ذرت به آفت کرم برگخوار پائیزه از طریق بیان موقت سه پروتئین حشره‌کش شامل pta (pinellia ternata aglutinn) ، oaip-1 (توکسین به دست آمده از زهرابه عنکبوت nephila clavata) و ncia (توکسین به دست آمده از زهرابه عنکبوت selenotypus plumipes) به واسطه ناقل مهندسی‌شده ویروس موزئیک نیشکر در گیاه ذرت تشریح می‌نماید.روش: توالی کدکننده این پروتئین‌ها، در ناحیه بین توالی p1 و hc-pro در ناقل pscmv درج و با استفاده از اگرواینجکشن به گیاهان ذرت منتقل شد. گیاهان ذرتی که به صورت موفقیت‌آمیز پروتئین‌های مذکور را بیان نمودند، پس از تائید با استفاده از rt-pcr و qrtpcr، در آزمون‌های زیست‌سنجی مورد تغذیه لاروهای آفت کرم برگخوار پائیزه قرار گرفت. یافته‌ها: نتایج حاصل از آزمون‌های زیست‌سنجی نشان داد که لاروهای گیاهان ذرتی که این ژن‌های خارجی را بیان ‌می‌نمودند در مقایسه با لاروهای تغذیه شده از گیاهان شاهد، به طور معناداری کاهش وزن نشان دادند. به طوری که پس از 7 و 14 روز تغذیه روی گیاهان حاوی پروتئین‌های نوترکیب، بیشترین کاهش وزن مربوط به لاروهای تغذیه شده روی گیاهان حاوی توکسین عنکبوتی ncia بود. نتیجه‌گیری: استفاده از این پروتئین‌های حشره‌کش به ویژه ncia می‌تواند برای بیان پایدار در ذرت علیه آفات گیاهخوار مدنظر قرار گرفته و استفاده از این سیستم برای غربالگری عملکرد پروتئین‌های حشره‌کش در گیاه ذرت می‌تواند باعث صرفه‌جویی قابل توجه در زمان و هزینه شود.

scmv-based overexpression of insecticidal proteins in maize and evaluation of their effects against fall armyworm

objectives: zea maiys l. is a key cereal worldwide which its yield is threatened severely by numerous herbivorous insects such as notorious fall armyworm (spodoptera frugiperda smith.). current management strategies are basically depended upon costly and time-consuming methods such as chemicals and transgenic maize plants resulted in resistant pest populations in addition to health and environmental concerns. transient in-planta expression of novel insecticidal proteins using viral vectors can explore the most efficient candidates against fall armyworm under time-saving, cost-effective and more real conditions. present study aimed to investigate the effects of three insecticidal proteins including pta (pinellia ternata agglutinin), oaip-1 and ncia (toxins derived from two spiders’ venom) against fall armyworm using sugarcane mosaic virus vector. materials and methods: coding sequences of considered insecticidal proteins were inserted into pscmv vector between p1 and hc-pro and recombinant constructs agroinjeced into maize seedlings. successful overexpression of the proteins was confirmed by rt-pcr and qrt-pcr. in-planta insect bioassays were performed and weight gain of fall armyworm larvae was compared between infected and control plants after seven and 14 days of feeding. results: overexpression of foreign genes was confirmed by rt-pcr and qrt-pcr results. results of in planta insect bioassays showed that scmv-based overexpression of insecticidal proteins in maize plants caused a statically significant reduction in weight gain of fall armyworm larvae in comparison with controls. after seven of feeding on plants expressing ncia and pta and oaip-1 larval weight showed a reduction by 52, 54 and 31%, respectively, in comparison with gfp expressing plants. these results were stable after two weeks of larval feeding for two spider toxins but declined to 31% for pta.conclusion: in conclusion, under in planta condition, pta, ncia and oaip-1 were efficiently affected fall armyworm growth. they could be considered individually or in fusions (lectin- spider toxin) for further investigations to engineer maize resistance to fall armyworm.