توصيفگر ها :
گندم , Emaravirus , كنه پيچيدگي گندم , توالي¬يابي كامل ژنوم , تنوع ژنتيكي , تحليل فيلوژنتيكي , نشانگرهاي مولكولي , پويش ژنومي گسترده
چكيده فارسي :
گندم يكي از مهمترين محصولات زراعي جهان و ايران است كه نقش حياتي در تأمين امنيت غذايي دارد. با اين حال، توليد پايدار آن همواره تحتتأثير عوامل زيستي از جمله آفات و بيماريهاي گياهي قرار دارد. يكي از مهمترين گروههاي ويروسهاي خسارتزا در گندم، ويروسهايي هستند كه توسط كنه پيچيدگي گندم (Aceria tosichella) منتقل ميشوند. اين كنه، ناقل مؤثري براي چندين ويروس گياهي از جملهHigh Plains wheat mosaic virus (HPWMoV; Emaravirus tritici, Fimoviridae) و ويروس موزاييك رگه¬اي گندم (wheat streak mosaic virus, WSMV; Tritimovirus tritici, Potyviridae) است، كه از عوامل اصلي كاهش عملكرد گندم در بسياري از كشورهاي گندمخيز به شمار ميروند. با توجه به نبود اطلاعات جامع درباره HPWMoV در ايران و همچنين فقدان داده¬هاي كافي در خصوص كنه پيچيدگي گندم و منابع ژنتيكي مقاومت به اين ناقل ويروسي در گندم، اين پژوهش با هدف بررسي ويژگيهاي زيستي و مولكولي سه مؤلفهي ويروس، ناقل و ميزبان طراحي و اجرا شد. در بخش نخست، طي سه سال نمونهبرداري از مزارع گندم داراي علائم در استان¬هاي اصفهان و چهارمحال¬وبختياري، تعداد 224 نمونه جمعآوري و با آزمون RT-PCR غربالگري شدند. نتايج نشان داد %77 از نمونهها به يكي از ويروسهاي HPWMoV يا WSMV آلوده بودند و %44 از نمونهها داراي آلودگي تركيبي بودند.HPWMoV از نظر دامنه ميزباني، علاوه بر گندم توانست گياهان ديگري نظير جو، ذرت، يولاف، ارزن، قياق، چاودار و دمروباهي را نيز آلوده كند. ژنوم كامل اين ويروس نيز توالييابي شد و طول آن 18562 نوكلئوتيد به دست آمد. تحليل فيلوژنتيكي نشان داد كه جدايه ايراني در شاخهاي مستقل قرار گرفته و وجود ژنوتيپ متمايز بومي محتمل است. همچنين، راندمان انتقال HPWMoV توسط كنه پيچيدگي گندم %43 و در شرايط آلودگي تركيبي با WSMV ، %42 برآورد شد كه تفاوت معنيداري نشان نداد. علاوه بر اين، تحليل نوتركيبي با استفاده از نرمافزار RDP4 نيز رويداد نوتركيب معناداري را در قطعه RNA3 اين جدايه ايراني تأييد كرد كه در آن دو جدايه آمريكايي بهعنوان والدين ژنتيكي شناسايي شدند. در بخش دوم، براي بررسي تنوع ژنتيكي HPWMoV، ناحيه ORF3 از 11 جدايه منتخب از ميزبانها و مناطق مختلف توالييابي شد. نتايج نشان داد كه جدايههاي ايراني شباهت نوكلئوتيدي 85 تا 100 درصدي دارند و در حداقل دو گروه ژنتيكي مجزا خوشهبندي ميشوند. همچنين تنوع ژنتيكي جمعيتهاي كنه با استفاده از نشانگرهاي ITS1 و CO1 بررسي شد. هر دو بيوتايپ شناختهشده جهاني (Type 1 و Type 2) در ايران شناسايي شدند و تبارهايي نظير MT1، MT2، MT4، MT8 و MT13 از طريق CO1 تشخيص داده شدند. درحاليكه كنههاي وابسته به تبار MT8 توانايي بالايي در انتقال ويروس و ايجاد علائم شديد روي گندم داشتند، جمعيت مربوط به تبارهاي MT2، MT4 و MT13 فاقد توانايي انتقال ويروس بوده و تكثير و شدت علائم كمتري ايجاد كردند. در بخش سوم، تعداد 181 رقم و ژنوتيپ گندم شامل لاينهاي اصلاحي و نژادهاي بومي در شرايط كنترلشده از نظر سه شاخص تعداد كنه، لولهاي شدن و تعداد برگ¬هاي محبوس¬شده در غلاف ارزيابي شدند. تجزيه واريانس نشان داد كه بين ژنوتيپها تفاوت معنيداري در سطح احتمال يك درصد وجود دارد. بر اساس تجزيه كلاستر، ژنوتيپها به سه كلاستر تقسيم شدند. گروه اول داراي بالاترين ميانگين در هر سه متغير بود. گروه دوم داراي مقادير متوسط، و گروه سوم داراي پايينترين ميزان آلودگي بود. بهدليل آنكه هر سه گروه از نظر عددي در دامنه آلودگي قرار داشتند، از واژههاي «بسيار حساس»، «حساس» و «نيمه¬حساس» براي توصيف اين طبقهبندي استفاده شد. حضور ژنهاي مقاومت به كنه پيچيدگي گندم شامل Cmc3 و Cmc4 بهترتيب در 21 و شش ژنوتيپ با استفاده از نشانگرهاي اختصاصي رديابي شد. با اين حال، وجود اين ژنها در لاينهاي مورد بررسي منجر به ايجاد مقاومت مؤثر نشد؛ موضوعي كه احتمالاً به دليل ناكارآمدي آنها در برابر جمعيت بسيار مهاجم بيوتايپ دو كنه در ايران است. در ادامه، آناليز پويش ژنومي گسترده با استفاده از دادههاي DArTseq شامل 21773 نشانگر و هفت مدل آماري مختلف در محيط R انجام شد. در اين آناليز، تعدادي نشانگر مرتبط با هر سه متغير در هر دو مجموعه داده SNP و SilicoDArT به سطح معنيداري رسيد كه عمدتاً روي كروموزوم 5B متمركز بودند.
چكيده انگليسي :
Wheat (Triticum aestivum) is one of the most important crops worldwide and in Iran, playing a vital role in ensuring food security. However, its sustainable production is frequently challenged by biotic stresses, including pests and plant diseases. One of the most important groups of viruses in wheat are those transmitted by the wheat curl mite (Aceria tosichella). This mite is an efficient vector of several plant viruses, including High Plains wheat mosaic virus (HPWMoV; Emaravirus tritici, Fimoviridae) and wheat streak mosaic virus (WSMV; Tritimovirus tritici, Potyviridae), which are among the major causal agents of yield losses in wheat-growing regions worldwide. Due to the lack of comprehensive information on HPWMoV in Iran and the insufficient data regarding the wheat curl mite and genetic resistance to this viral vector in wheat genotypes, this study was designed and conducted to investigate the biological and molecular characteristics of the virus, the vector, and the host. In the first part of the study, 224 symptomatic wheat samples were collected over three years from wheat fields in Isfahan and Chaharmahal-o-Bakhtiari provinces and screened using RT-PCR. Results showed that 77% of the samples were infected with at least one of the two viruses (HPWMoV or WSMV), and 44% of the samples exhibited mixed infections. In addition to wheat, HPWMoV was capable of infecting several alternative hosts, including barley, maize, oat, millet, sorghum, rye, and green foxtail. The complete genome of the Iranian HPWMoV isolate was sequenced and found to be 18,562 nucleotides (nt) in size. Phylogenetic analysis revealed that it forms a distinct clade, suggesting the existence of a unique native genotype. The transmission efficiency of the virus by A. tosichella was estimated at 43% for HPWMoV alone and 42% in mixed infections with WSMV, with no significant difference observed. Furthermore, recombination analysis using the RDP4 software confirmed a statistically significant recombination event in the RNA3 segment of the Iranian isolate, involving two American isolates as major and minor parents. In the second part, the orF3 region of 11 HPWMoV isolates collected from various hosts and regions was sequenced. Nucleotide identity among Iranian isolates ranged from 85% to 100%, and the isolates clustered into at least two distinct genetic groups. Genetic diversity among mite populations was also evaluated using ITS1 and CO1 markers. Both known global biotypes (Type 1 and Type 2) were identified, along with multiple haplotypes, including MT1, MT2, MT4, MT8, and MT13. While mites belonging to the MT8 haplotype were efficient in virus transmission and symptom expression, populations corresponding to MT2, MT4, and MT13 were unable to transmit the virus and caused lower levels of symptom development and reproduction. In the third part, 181 wheat genotypes were evaluated under controlled conditions for three traits: mite count, leaf rolling, and leaf folding. Analysis of variance showed significant differences among genotypes (p < 0.01). Cluster analysis classified genotypes into three groups: highly susceptible, susceptible, and moderately susceptible. Since none of the genotypes showed resistance, these terms were used to reflect the quantitative variation in symptom expression Presence of wheat curl mite resistance genes Cmc3 and Cmc4 was detected in 21 and six genotypes, respectively, using specific molecular markers. However, their presence did not confer effective resistance, likely due to their inefficacy against the highly aggressive Type 2 mite population prevalent in Iran. Genome-wide association analysis (GWAS) was performed using 21,773 DArTseq markers and seven statistical models in the R environment. Several significant marker–trait associations were identified for all three indices in both SNP and SilicoDArT datasets, with the majority concentrated on chromosome 5B.