وقوع هم‌زمان دو جهش پرولین-197-ترئونین (Pro-197-Thr) و تریپتوفان-574-لوسین (Trp-574-Leu) مرتبط با مقاومت به علف‌کش یدوسولفورون‌متیل-سدیم+مزوسولفورون-متیل در علف هرز چچم یکساله (Lolium rigidum Guadin)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه محقق اردبیلی اردبیل ایران

2 دانشگاه محقق اردبیلی

3 استاد موسسه تحقیقات گیاهپزشکی کشور

4 عضو هیئت علمی موسسه تحقیقات گیاه‌پزشکی کشور

5 استادیار بخش مهندسی ژنتیک و ایمنی زیستی، پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

10.22034/ijws.2024.133953

چکیده

پژوهش حاضر با هدف بررسی مولکولی احتمال وقوع جهش­های مبتنی بر محل هدف به بازدارنده­های استولاکتات­سینتاز(ALS)  در چچم انجام شد. بدین­منظور، بذور علف هرز چچم از مزرعه گندم استان گلستان که احتمال بروز مقاومت در آن­ها گزارش شده بود، جمع­آوری و آزمایش زیست­سنجی در گلخانه با غلظت توصیه­شده (5/1 لیتر در هکتار) علف­کش یدوسولفورون-متیل-سدیم+مزوسولفورون-متیل (آتلانتیس،OD  2/1 درصد( انجام شد. چهار هفته پس از اعمال تیمار، نمونه­برداری برای ارزیابی رتبه مقاومت و استخراج DNA، به­منظور بررسی مکانیزم مقاومت مبتنی بر محل هدف انجام شد. پس از استخراج DNA، تکثیر و خالص­سازی ژن ALS از کل DNA ژنومی توده چچم L183، با استفاده از PCR و الکتروفورز صورت گرفت. قطعه ژل برش داده­شده، محتوی ژن ALS، به­منظور بررسی­های مولکولی بیشتر برای توالی­یابی ارسال شد. نتایج تجزیه داده­ها نشان داد که توده چچم L183 با میزان زنده­مانی 29/89 درصد، وزن خشک 22/86 درصد و کاهش وزن تر 28/9 درصد در مقایسه با شاهد بدون سم­پاشی، در رتبه بسیار مقاوم (RRR) قرار گرفت. بررسی نتایج حاصل از توالی­یابی مولکولی ژن ALS توده چچم نیز در مقایسه با ژن ALS آرابیدوپسیس (مرجع) نشان داد که احتمال وجود هم­زمان دو جهش متناظر در جایگزینی اسیدآمینه پرولین در کدون 197 به اسیدآمینه ترئونین (Pro-197-Thr) و اسیدآمینه تریپتوفان در کدون 574 به اسیدآمینه لوسین
 (Trp-574-Leu) در خوانش دو جهتِ ژن ALS توده چچم L183 استان گلستان وجود داشت که این آلل­ها می‌توانند مقاومت به علف­کش را در پی داشته باشد. با توجه به نتایج آزمایش غربال­گری و توالی­یابی، وقوع دو جهش نقطه­ای شناخته­شده Pro-197-Thr و Trp-574-Leu، در ژنALS  توده چچم L183، منجر به تغییر اسیدهای­آمینه پروتئین محل هدف در ژنALS ، به­واسطه تغییر در نوکلئوتیدها، موجب عدم تأثیر علف­کش یدوسولفورون-متیل-سدیم+مزوسولفورون-متیل و بروز مقاومت شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simultaneous Occurrence of Two Proline-197-Threonine (Pro-197-Thr) and Tryptophan-574-Leucine (Trp-574-Leu) Mutations Associated with Resistance to Iodosulfuron-Methyl-Sodium+Mesosulfuron-Methyl in Annual Ryegrass (Lolium rigidum Gaudin)

نویسندگان [English]

  • Sanaz Hanifezade erdi 1
  • Mohammad Taghi Alebrahim 2
  • Eskandar Zand 3
  • Hamidreza Sasanfar 4
  • motahareh mohsenpour 5
1 M.Sc. of Weed Science, Faculty of Agriculture and Natural Resources, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.
2 University of Ardebil
3 Iranian Research Institute of Plant Protection
4 Assistant Professor, Iranian Research Iinstitute of Plant Protection
5 Assistant Professor, Department of Genetic Engineering and Biosafety, Agricultural Biotechnology Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Karaj, Iran
چکیده [English]

The present study aimed to investigate the probability of mutation occurrence at the target site of acetolactate synthase (ALS) inhibitors in annual ryegrass. For this purpose, annual ryegrass seeds were collected from a wheat field in Golestan province, where the occurrence of resistance had been reported. A whole-plant assay was conducted in a greenhouse using the recommended rate (1.5 L ha⁻¹) of the herbicide iodosulfuron-methyl-sodium+mesosulfuron-methyl (Atlantis, OD 1.2%). Four weeks after treatment, samples were collected to evaluate the resistance ratio and study the molecular resistance mechanism at the target site. DNA extraction, amplification, and purification of the ALS gene from the total genomic DNA of the L183 population were performed using PCR and electrophoresis. The excised gel fragment containing the ALS gene was sent for sequencing to facilitate further molecular investigations. The results indicated that the L183 annual ryegrass population, with a survival rate of 89.29%, a dry weight percentage of 86.22%, and a fresh weight reduction of 9.28% compared to the untreated control, was highly resistant (RRR) to iodosulfuron-methyl-sodium+mesosulfuron-methyl. Molecular sequencing of the ALS gene in the L183 ryegrass population, compared to the reference ALS gene of Arabidopsis, revealed the potential simultaneous presence of two mutations. These involved the substitution of proline with threonine at codon 197 (Pro-197-Thr) and the substitution of tryptophan with leucine at codon 574 (Trp-574-Leu). These mutations were identified in the bidirectional sequencing of the ALS gene in the L183 annual ryegrass population from Golestan province, and these alleles are likely responsible for resistance. Based on the screening and sequencing results, the occurrence of known two known point mutations, Pro-197-Thr and Trp-574-Leu, in the ALS gene of the L183 annual ryegrass population led to changes in the amino acids of the target protein. These nucleotide alterations caused reduced effectiveness of the herbicide iodosulfuron-methyl-sodium+mesosulfuron-methyl and the emergence of resistance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • ALS inhibitor
  • herbicide resistance
  • resistance mechanism
  • sequencing
  • target-site resistance
دوره 20، شماره 1
دو فصلنامه دانش علفهای هرز در هماهنگی با سال میلادی منتشر می شود -شماره یک از 1 تیر1403 لغایت 30 آذر 1403
تیر 1403
صفحه 147-164