غربالگری بیولوژیکی و مولکولی برخی ارقام و کلونهای امیدبخش سیب‌زمینی برای مقاومت به ویروس X سیب‌زمینی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.

2 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد دامغان، دامغان، ایران.

3 دانشیار، موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.

چکیده

این پژوهش به‌منظور غربالگری برخی ژنوتیپ‌های سیب‌زمینی شامل 35 رقم تجاری در ایران و 24 کلون امیدبخش حاصل از برنامه‌های به نژادی، نسبت به ویروس X سیب زمینی (Potato virus X = PVX) با استفاده از آزمون‌های بیولوژیکی و نشانگرهای مولکولی انجام شد. برای این منظور، ابتدا جدایه ویروسی روی گیاه محک گل تکمه‌ای مایه‌زنی و خالص‌سازی بیولوژیک و سپس با مایه‌زنی روی گیاه توتون، تکثیر و در محیط کشت بافت نگهداری گردید. برای ارزیابی واکنش ژنوتیپ‌ها نسبت به این ویروس از روش استاندارد مرکز بین‌المللی سیب‌زمینی(CIP) شامل مایه‌زنی مکانیکی و پیوند استفاده شد. ابتدا سه گیاهچه سیب‌زمینی از هر ژنوتیپ به‌صورت مکانیکی در شرایط گلخانه‌ای توسط عصاره آلوده به ویروس مایه‌زنی شد و ژنوتیپ‌ها براساس نتایج آزمون DAS-ELISA در دو گروه مقاوم و حساس قرار گرفتند. به‌منظور تعیین نوع مقاومت ژنوتیپ‌های مقاوم بر روی گیاهان گوجه‌فرنگی آلوده به PVX در سه تکرار پیوند و آلودگی آنها توسط آزمون الایزا بررسی شد. نتایج حاصل از هر دو آزمایش مایه‌زنی مکانیکی و پیوند نشان داد که 12 رقم تجاری و 11 کلون امیدبخش سیب‌زمینی دارای مقاومت از نوع بسیار بالا (Extreme Resistance, ER) و 9 رقم تجاری و یک کلون امیدبخش دارای مقاومت از نوع فوق حساسیت (Hypersensitive Reaction, HR) نسبت به PVX بودند. سایر ژنوتیپ‌ها شامل 14 رقم تجاری و 12 کلون امیدبخش در حداقل یکی از تکرارها به PVX آلوده شدند و به‌عنوان حساس شناسایی گردیدند. غربالگری برای ژن‌های مقاومت Rx1 و Rx2 نیز توسط واکنش زنجیره‌ای پلی‌مراز (PCR) به‌ترتیب با استفاده از نشانگرهای اختصاصی 5RX1 و106RX2 در ژنوتیپ‌های با مقاومت ER انجام شد. نتایج بررسی‌های مولکولی نیز نشان داد که 13 ژنوتیپ سیب‌زمینی دارای ژن مقاومت Rx1 و هفت ژنوتیپ دارای ژن مقاومت Rx2 بودند و در ژنوتیپ‌های با مقاومت HR و حساس هیچیک از این ژن‌ها ردیابی نشد و با نتایج آزمایش‌های گلخانه‌ای و سرولوژیکی مطابقت داشت. با توجه به نتایج این پژوهش از ژنوتیپ‌های با مقاومت ER به ویروس و دارای ژن Rx1 و یا Rx2 می توان در برنامه‌های به نژادی به عنوان والد مقاوم برای تولید ارقام سیب زمینی با صفات مطلوب زراعی و مقاوم نسبت به PVX استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Biological and Molecular Screening of Some Potato Cultivars and Promising Clones for Resistance to Potato Virus X (PVX)

نویسندگان [English]

  • R. Ahamadvand 1
  • H. Javanmard Tousi 2
  • A. Mousa Pour Gorji 3
1 Assistant Professor, Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Karaj, Iran.
2 Islamic Azad University, Damghan Branch, Damghan, Iran.
3 Associate Professor, Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Karaj, Iran.
چکیده [English]

This study was performed to screen 35 commercial potato cultivars and 24 promising clones for resistance to Potato virus X (PVX) using biological and molecular marker assays. To purify and propagate the virus, infected potato samples were inoculated on common globe amaranth (Gompherena globose) and then on tobacco and maintained under in vitro conditions. The reaction of genotypes to PVX were evaluated based on International Potato Centre (CIP) standard method by mechanical inoculation and grafting under the greenhouse conditions. In mechanical experiment, three plants of each genotype were inoculated and the resistant genotypes were identified based on virus detection by ELISA. To determine the type of resistance, the resistant genotypes were grafted on tomato cv. Rutgers plants infected with PVX in three replications, and their infection by virus was examined using DAS-ELISA, 21 days post inoculation. The results of both experiments showed that 12 commercial potato cultivars and 11 promising clones were extremely resistance (ER) to PVX. Moreover, nine commercial potato cultivars and one promising clone showed hypersensitive resistance (HR) reaction. Twenty-six genotypes showed infection to PVX, at least in one replication, and considered as susceptible to the virus. In addition, resistance genes, Rx1 and Rx2, were successfully amplified in resistant genotypes using specific primers 5RX1 and 106RX2, respectively. However, no PCR product could be detected in the PVX susceptible and HR genotypes which were in accordance with the results of biological assays. Finally, Rx1 and Rx2 genes were detected in 13 and seven potato genotypes, respectively. It was concluded that genotypes carrying Rx1 and Rx2 genes can be used in potato breeding programs to develop new potato cultivars with desirable agronomic characteristics and resistance to PVX.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Potato
  • extreme resistance
  • hypersensitive resistance
  • molecular marker
  • resistant cultivar

مراجع

Ahmadvand, R., Wolf, I., Gorji, A. M., Polgár, Z., and Taller, J. 2013. Development of molecular tools for distinguishing between the highly similar Rx1 and Rx2 PVX extreme resistance genes in tetraploid potato. Potato Research 56: 277-291.
 
Anonymous, 2019. Statistical Year Book of Agricultural Crops. 1st Volume: Filed Crops. Ministry of Jihad-e-Agriculture, Tehran, Iran. 97 pp. (in Persian).
 
Beemster, A. B. R. 1987. Virus translocation and mature-plant resistance in potato plants. pp. 116-125. In: de Bokx, J. A., and van der Want, J. P. H (eds.). Viruses of potatoes and seed potato production. Pudoc, Wageningen, The Netherlands.
 
Bendahmane, A., Baulcombe, D. C., and Kanyuka, K. 1999. The Rx gene from potato controls separate virus resistance and cell death responses. Plant Cell 11: 781-791.
 
Bendahmane, A., Querci, M., kanyuka, K., and Baulcombe, D. C. 2000. Agrobacterium transient expression system as a tool for the isolation of disease resistance genes: application to the Rx2 locus in potato. Plant Journal 21: 73-81.
 
Bonierbale, M. 2007. Procedures for standard evaluation trials of advanced potato clones. An International cooperator's guide. International Potato Center, Peru. 126 pp.
 
Clark, M. F., and Adams, A. 1977. Characteristics of the microplate method of enzyme-linked immunosorbent assay for the detection of plant viruses. Journal of General Virology 34: 475-483.
 
Cockerham, G. 1970. Genetical studies on resistance to Potato viruses X and Y. Heredity 25: 309-348.
 
de Bokx, J.A., Beemster, R. H. R., Lambers, H. J., van Hoof, H. A., Maat, D. Z., Reestman, A. J., Rozendaal, A., Schepers, A., and van Slogteren, D. H. M. 1972. Viruses of potatoes and seed-potato production. Centre for Agricultural Publishing and Documentation. Wageningen, The Netherlands. 237 pp.
 
De Jong, W., Forsyth, A., Leister, D., Gebhardt, C., and Baulcombe, D. C. 1997. A potato hypersensitive resistance gene against Potato virus X maps to a resistance gene cluster on chromosome 5. Theoretical and Applied Genetics 95: 246-252.
 
Ezekiel, R., Singh, N., Sharma, S., and Kaur, A. 2013. Beneficial phytochemicals in potato-a review. Food Research International 50: 487-496.
 
Huisman, M. J., Linthorst, H. J. M., Bol, J. F., and Cornelissen, J. C. 1988. The complete nucleotide sequence of Potato virus X and its homologies at the amino acid level with various plus-stranded RNA viruses. Journal of General Virology 69: 1789-1798.
 
Jones, R. A. C. 1990. Strain group specific and virus specific hypersensitive reactions to infection with potyviruses in potato cultivars. Annals of Applied Biology 117: 93-105.
 
Kanyuka, K. B. A., Bendahmane, A., van der Voort, J. N. A. M. R., and van der Vossen, E. A. G. 1999. Mapping of intra locus duplications and introgressed DNA: aids to map-based cloning of genes from complex genomes illustrated by physical analysis of the Rx locus in tetraploid potato. Theoretical and Applied Genetics 98: 679-689.
 
Loebenstein, G., and Carr, J. P. 2006. Natural resistance mechanisms of plants to viruses. Springer. The Netherlands. 547 pp.
 
Massumi, H., Poormohammadi, S., Pishyar, S., Maddahian, M., Heydarnejad, J., Hosseini-Pour, A., van Bysterveldt, K., and Varsani, A. 2014. Molecular characterization and field survey of Iranian Potato virus X isolates. Virus Disease 25: 338-344.
 
Ozkaynak, E., Devran, Z., and Kaheci, E. 2018. Development of Turkish potato varieties tolerance to Potato virus Y and Potato virus X. Ekin. Journal of Crop Breeding and Genetics 4: 55-59.
 
Pajouhandeh, M. 2001. Creation of in vitro virus free potato germplasm bank. M. Sc. Thesis. Tarbiat Modares University. Tehran, Iran. 185 pp.
 
Ritter, E., Debener, T., Barone, A., Salamini, F., and Gebhardt, C. 1991. RFLP mapping on potato chromosomes of two genes controlling extreme resistance to Potato virus X (PVX). Molecular and General Genetics 227: 81-85.
 
Scholthof, K. B. G., Adkins, S., Czosnek, H., Palukaitis, P., Jacquot, E., Hohn, T., Hohn, B., Saunders, K., Candresse, T., and Ahlquist, P. 2011. Top 10 plant viruses in molecular plant pathology. Molecular Plant Pathology 12: 938-954.
 
Shaikhaldein, H. O., Hoffmann, B., Alaraidh, I. A., and Aseel, D .G. 2018. Evaluation of extreme resistance genes of Potato virus X (Rx1 and Rx2) in different potato genotypes. Journal of Plant Diseases and Protection 125: 251-257.
 
Shokrollahi, N., Pourrahim, R., Farzadfar, Sh., and Nazari, S. 2012. Biological and molecular characterization of two Potato virus X- isolates from Hamedan province. Applied Entomology and Phytopathology 80: 119-130 (in Persian).
 
Tuvesson, S., Dayteg, C., Hagberg, P., Manninen, O., Tanhuanpää, P., Tenhola-Roininen, T., Kiviharju, E., Weyen, J., Förster, J., and Schondelmaier, J. 2007. Molecular markers and doubled haploids in European plant breeding programmes. Euphytica 158: 305-312.
 
Walbot, V., and Warren, C. 1988. Regulation of Mu element copy number in maize lines with an active or inactive Mutator transposable element system. Molecular and General Genetics 211: 27-34.
 
 
نهال و بذر
دوره 37، شماره 1
فروردین 1400
صفحه 63-82

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار