ارزیابی توان بیوکنترل و کلنیزاسیون جدایه‌های تریکودرما بهینه‌سازی مولکولی شده در برابر بیماری رایزوکتونیایی لوبیا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی‌ارشد، بخش بیوتکنولوژی گیاهی، پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری، تهران، ایران

2 استاد بخش بیوتکنولوژی گیاهی، پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری، تهران، ایران

3 استادیار بخش بیوتکنولوژی میکروبی، پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی ایران، سازمان تحقیقات، ترویج و آموزش کشاورزی، کرج، ایران

4 کارشناس ارشد بخش بیوتکنولوژی گیاهی، پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک و زیست فناوری، تهران، ایران

چکیده

کنترل بیولوژیک یکی از راهکارهای مؤثر کنترل بیماری‌های گیاهی و عاملی برای کاهش مصرف سموم شیمیایی است. قارچ تریکودرما با داشتن خاصیت ضدیتی علیه بسیاری از قارچ‌های بیماری‌زای گیاهی از موفق‌ترین عوامل کنترل بیولوژیکی محسوب می‌شود. توان بیوکنترلی این قارچ، با میزان تجزیه آنزیمی دیواره سلولی پاتوژن، ارتباط مستقیم دارد. در پروژه قبلی نویسندگان به کمک مهندسی پروتئین، کیتیناز کایمر 42 ساخته شد و پروتئین نوترکیب حاصل به قارچ T. harzianumانتقال یافت. در تحقیق حاضر توان بیوکنترلی و کلنیزاسیون جدایه‌های مهندسی شده در برابر پاتوژن R. solaniدر شرایط آزمایشگاه و گلخانه بر روی گیاه لوبیا ارزیابی شدند. پس از تأیید مولکولی، حضور و ثبات قطعات مهندسی شده در ریسه قارچ‌های مهندسی شده بعد از گذشت دو سال، بررسی توان بیوکنترلی در کشت متقابل تریکودرما و پاتوژن انجام شد. یافته‌ها نشان داد که جدایه Chit42- ChBD3 با 82/53 درصد بازدارندگی بیش‌تر نسبت به کنترل، بهترین بیوکنترل در شرایط In vitro بوده است. طبق نتایج به‌دست آمده از آزمایش گلخانه‌ای گیاهان تیمار شده با پاتوژن، جدایه‌های مهندسی شده Chit42- ChBD3، Chit42- ChBD7 و Chit42- ChBD15 در تمامی مراحل مختلف اندازه‌گیری (دو برگی، اواسط دوره رویشی، اوایل مرحله زایشی و در مرحله برداشت) علایم بیماری کم‌تراز 40 درصد را نشان دادند. کلنیزاسیون سطحی ریشه و هم‌چنین نفوذ ریسه قارچ به فضای بین سلولی اپیدرم ریشه لوبیا به‌وسیله مطالعات مولکولی با استفاده از آغازگرهای PF1/R3xba1 مورد تائید قرار گرفت.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of Bio-control and Colonization Potential of Molecular Improved Trichoderma Strains Against Rhizoctonia Diseases of Bean

نویسندگان [English]

  • Sahar Mahmoodian 1
  • Mohammadreza Zamani 2
  • Mojegan Kowsari 3
  • Mostafa Motallebi 2
  • Esmat Joorabchi 4
1 MSc Student, Department of Plant Biotechnology, National Institute of Genetic Engineering and Biotechnology, Tehran, Iran
2 Professor, Department of Plant Biotechnology, National Institute of Genetic Engineering and Biotechnology, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Department of Microbial Biotechnology and Biosafety, Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran (ABRII), Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
4 MSc Graduated, Department of Plant Biotechnology, National Institute of Genetic Engineering and Biotechnology, Tehran
چکیده [English]

Biological control of plant diseases is one of the effective strategies to reduce harm effects of pesticides on human health and environment. T. harzianum is one of the most successful biological control agents which have antagonistic activity against many of pathogenic fungi. Biocontrol activity of T. harzianum is linked to the amount and type of hydrolase enzymes. In the authors' previous work, chimeric chitinase was constructed by protein engineering and the recombinant protein was transferred to the T. harzianum. In the present study, the biocontrol activity and colonization of improved isolates were evaluated on bean plant and its pathogen (Rhizoctonia solani) in laboratory and greenhouse. The presence and stability of the chimeric protein was confirmed by molecular technique, after that biocontrol assay was done in dual culture method. The results showed that T3 with 82/53 percent inhibition compared to control, was the best biocontrol in invitro. According to the results of greenhouse tests, plants that were treated with T7, T3 and T15 in all stages of measurement (two leaf, mid-term growth, early reproductive stage and harvest stage) showed symptoms less than 40%. Root surface colonization and fungal hyphae penetration was confirmed by molecular studies using primers PF1/R3xba1.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Trichoderma
  • Chimeric chitinase
  • Antagonism
  • Protein engineering
  • Pathogen

مراجع

Bae, Y. S. and Knudsen, G. R. 2000. Cotransformation of Trichoderma harzianum with beta- glucuronidase and green fluorescent protein genes provides a useful tool for monitoring fungal growth and activity in natural soils. Applied Environmental Microbiology, 66: 810-815.
Bendahmane, B. S., Mahiout, D., Benzohra, I. E. and Benkada, M. Y. 2012. Antagonism of three Trichoderma species against Botrytis fabae and B. cinerea, the causal agents of chocolate spot of faba bean (Vicia faba L.) in Algeria. World Applied Sciences Journal, 17: 278-283.
Bitocchi, E., Nanni, L., Bellucci, E., Rossi, M., Giardini, A., Zeuli, P. S., Logozzo, G., Stougaard, J., McClean, P., Attene, G. and Papa, R. 2012. Mesoamerican origin of the common bean (Phaseolus vulgaris L.) is revealed by sequence data. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109: 788-796.
Brotman, Y., Landau, U., lvaro Cuadros-Inostroza, A., Takayuki, T., Alisdair, R., Chet, I., Viterbo, A. and Willmitzer, I. 2013. Trichoderma-plant root colonization: escaping early plant defense responses and activation of the antioxidant machinery for saline stress tolerance. PLoS Pathogens, 3(9): 1-15.
Brunner, K., Zeilinger, S., Ciliento, R., Woo, S. L., Lorito, M., Kubicek, C. P. and Mach, R. L. 2005. Improvement of a fungal biocontrol agent to enhance both antagonism and induction of plant systemic disease resistance. Applied and Environmental Microbiology, 71: 395-396.
Cai, F., Chen, W., Wei, Z., Pang, G., Li, R. X., Ran, W. and Shen, Q. R. 2015. Colonization of Trichoderma harzianum strain SQR-T037 on tomato roots and its relationship to plant growth, nutrient availability and soil microflora. Plant Soil, 388: 337-350.
Chirino-Valle, I., Kandula, D., Littlejohn, C., Hill, R., Walker, M., Shields, M., Cummings, N., Hettiarachchi, D. and Wratten, S. 2016. Potential of the beneficial fungus Trichoderma to enhance ecosystem-service provision in the biofuel grass Miscanthus x giganteus in agriculture. Scientific Reports, 6: 25109.
Contreras-Cornejo, H. A., Macías-Rodríguez, L., Cortés-Penagos, C. and López-Bucio, J. 2009. Trichoderma virens, a plant beneficial fungus, enhances biomass production and promotes lateral root growth through an auxin-dependent mechanism in Arabidopsis. Plant Physiology, 149: 1579-1592.
Pugliese, M., Liu, B. P., Gullino, M. L. and Garibaldi, A. 2008. Selection of antagonists from compost to control soil-borne pathogens JournalofPlant Diseasesand Protection 115: 220-228. https://doi.org/10.1007/BF03356267.
Harman, G. E. 2011. Trichoderma-not just for biocontrol anymore. Phytoparasitica, 39: 103-108.
Harman, G. E., Björkman, T., Ondik, K. and Shoresh, M. 2008. Changing paradigms on the mode of action and uses of Trichoderma spp. for biocontrol. Outlooks onPest Management, 19-24.
Harman, G. E., Howell, C. R., Viterbo, A., Chet, I. and Lorito, M. 2004. Trichoderma species-opportunistic, avirulent plant symbionts. Nature Reviews. Microbiology, 2: 43-56.
Kowsari, M., Zamani, M. R., Motallebi, M. and Jourabchi, E. 2013. Transformation of Trichoderma harzianum T8 with Gfp gene to facilitate its monitoring in soil and use of SEM to study interaction of T. harzianum with Rhizoctonia solani sclerotia. Iranian Journal of Plant Pathology, 49(14): 425-437.
Kowsari, M., Motallebi, M. and Zamani, M. R. 2014. Protein engineering of Chit42 towards improvement of chitinase and antifungal activities Current Microbiology, 68: 495-502.
Kowsari, M., Motallebi, M. and Zamani, M. R. 2014. Construction of new GFP-tagged fusants for Trichoderma harzianum with enhanced biocontrol activity. The Journal of Plant Protection Research, 54(2): 122-131.
Kowsari, M., Zamani M. R. and Motallebi, M. 2014. Improvement of Trichoderma harzianum antagonistic activity against Sclerotinia sclerotiorum by over expression of Chit42. Iranian Journal of Biotechnology, 12(2): 26-31.
Kullnig, C., Mach, R. L., Lorito, M. and Kubicek, C. P. 2000. Enzyme diffusion from Trichoderma atroviride (= T. harzianum P1) to Rhizoctonia solani is a prerequisite for triggering of Trichoderma ech42 gene expression before mycoparasitic contact. Applied and Environmental Microbiology, 66: 2232-2234.
Limón, M. C. and Codón, A. C. 2004. Biocontrol mechanisms of Trichoderma strains. International Microbiology, 7: 249-260.
Limon, M. C., Margolles-Clark, E., Benitez, T. and Penttila, M. 2001. Addition of substrate-binding domains increases substrate-binding capacity and specific activity of a chitinase from Trichoderma harzianum. FEMS Microbiology Letters, 198: 57-63.
Lu, Z., Tombolini, R., Woo, S., Zeilinger, S., Lorito, M. and Jansson, J. K. 2004. In vivo study of Trichoderma-pathogen-plant interactions, using constitutive and inducible green fluorescent protein reporter systems. Applied and Environmental Microbiology, 70: 3073-3081.
Mayo, S., Gutiérrez, S., Monica, G. M., Lorenzana, A. M., Campelo, P., Hermosa, R. and Casquero, P. A. 2015. Influence of Rhizoctonia solani and Trichoderma spp. in growth of bean (Phaseolus vulgaris L.) and in the induction of plant defense-related genes. Frontiers in Plant Science, 6: 1-11.
Naeimi, Sh., Okhovvat, S. M., Javan-Nikkhah, M., Vágvölgyi, C., Khosravi, V. and Kredics, L. 2011. Biological control of Rhizoctonia solani AG1-1A, the causal agent of rice sheath blight with Trichoderma strains. Phytopathologia Mediterranea, 49: 287-300.
Navarrete-Maya, R., Acosta-Gallegos, J. A., Ibarra-Pérez, F. J., Zandate-Hernández, R., Fernández-Hernández, P., Navarrete-Maya, J. and Kelly, J. D. 2006. Distribution and pathogenicity of bean common bacterial blight in the Semiarid Highlands of Mexico Annual Report of the Bean Improvement Cooperative, 49: 105.
Ordookhani, K. and Zare, M. 2011. Effect of pseudomonas, Azotobacter and Arbuscular mycorrhiza fungi on lycopene, antioxidant activity and total soluble solid in tomato (Lycopersicon esculentum F1 Hybrid, Delba). Advances in Environmental Biology, 5(6): 1290-1294.
Saharan, B. S. 2011. Plant growth promoting Rhizobacteria: a critical review. Life Sciences and Medicine Research, LSMR, 21: 1-30.
Salas-Marina, M. A., Silva-Flores, M. A., Uresti-Rivera, E. E., Castro-Longoria, E., Herrera-Estrella, A. and Casas-Flores, S. 2011. Colonization of Arabidopsis roots by Trichoderma atroviride promotes growth and enhances systemic disease resistance through jasmonic acid/ethylene and salicylic acid pathways. European Journalof Plant Pathology, 131: 15-26.
Seidl, V. 2008. Chitinases of filamentous fungi: a large group of diverse proteins with multiple physiological functions. Fungal Biology Reviews, 22: 36-42.
Sunder, A. R., Das, N. D. and Krishnaveni, D. 1995. In-vitro antagonism of Trichoderma spp. against two fungal pathogens of castor. Indian Journal of Plant Protection,23: 152-155.
Zhang, F., Ge, H., Zhang, F., Guo, N., Chen, Y. W. L., Ji, X. and Li, C. 2016. Biocontrol potential of Trichoderma harzianum isolate T-aloe against Sclerotinia sclerotiorum in soybean. Plant Physiology and Biochemistry, 100: 64-74.
دوفصلنامه فن آوری زیستی در کشاورزی(علمی-پژوهشی)
دوره 9، شماره 1
خرداد 1397
صفحه 1-10

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار