SUPERVISOR
امیر مساح (استاد راهنما) کرامت اله ایزدپناه (استاد راهنما) مجید طالبی (استاد مشاور)
STUDENT
Mozhgan Hortamani
مژگان هرتمنی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393
TITLE
Maize Iranian Mosaic Virus: Genetic Diversity and Comparison of Virus Gene Transcription Levels in Maize and Planthopper Vector
Maize Iranian mosaic virus (MIMV) is a distinct member of the genus Nucleorhabdovirus . In this study, the genetic diversity of MIMV isolates collected from different geographical regions of Iran, different hosts and different symptoms was determined during 2015-2016. The sequences of the nucleocapsid protein, glycoprotein, and a 500 bp fragment of polymerase genes as well as non-coding regions were determined. Genetic diversity in coding regions was less than 1.3 % in nucleocapsid protein and glycoprotein genes and 1 % in polymerase gene. The diversity in non-coding regions was higher compared to ORFs especially between P and gene 3 (up to 14.7 %). In phylogenetic analysis no correlation was found between MIMV isolates and geographical regions, type of symptoms and hosts. The ratio of non-synonymous to synonymous polymorphic sites indicated purifying selection has acted upon the analyzed gene. Considering the fact that maize has been imported to Iran and its cultivation has increased in recent years it appears that MIMV has been transmitted from weeds or other field crops to maize by its planthopper vectors and likely, the dependence of MIMV on planthoppers for spreading can explain its low diversity. In this study, also expression of all MIMV genes in maize during 28 days post-inoculation (dpi) and in inoculative planthoppers, Laodelphax striatellus, was examined using quantitative RT-PCR (RT-qPCR) assay. Accumulation of MIMV P, gene 3, M, G and L transcripts relative to the N transcripts were determined and normalized to the 18S rRNA in maize plant and ribosomal protein S13 gene (RPS13) in planthopper using the comparative C T method. In plants, higher levels of the MIMV N transcripts were found relative to other transcripts while MIMV L transcripts were at lowest levels. The highest accumulation of MIMV transcripts was found at 14 dpi. At 21 dpi, we assessed the lowest transcript levels for all genes which increased again at 28 dpi, although in lower amounts than 14 dpi. In Laodelphax striatellus , MIMV M, G and L transcripts accumulated at lower levels than other transcripts. Gene 3 level was high in both plant and planthopper. Our results showed that transcript accumulation for the MIMV genes was similar in both hosts (maize and planthopper) and followed the pattern of sequential transcriptional attenuation from the 3? to the 5? end of the genome similar to vertebrate-infecting rhabdoviruses. These results indicate the regulation of virus gene transcription for this plant-infecting rhabdovirus is similar to some vertebrate-infecting rhabdoviruses reflects the amount of viral mRNAs is directly related to their demands in virus life cycle. New insights on genetic diversity mechanisms can play an important role to prevent the development of emerging viruses. The information on the low genetic diversity of MIMV will be helpful in production of maize cultivars with durable resistance. Keywords: Maize Iranian mosaic virus, Genetic diversity, RT-qPCR, Laodelphax striatellus, Gene expresion.
دراین پژوهش تنوع ژنتیکی جدایه های مختلف ویروس موزاییک ایرانی ذرت جمع آوری شده از مناطق جغرافیایی مختلف ایران و از میزبان های مختلف ویروس با علایم متفاوت بر اساس توالی مربوط به ژن های نوکلئوکپسید، گلیکوپروتیین و قطعه 500 جفت بازی از ژن پلی مراز و همچنین نواحی غیر کد کننده بین ژن ها مورد مطالعه قرار گرفت. تنوع ژنتیکی در ژن های نوکلئوکپسید و گلیکوپروتیین به میزان 3/1 در صد و درژن پلی مراز 1 درصد بود. تنوع ژنتیکی در نواحی غیرکد کننده بیشتر از نواحی ژنی بود به طوری که در ناحیه بین ژن فسفوپروتیین و ژن 3 به بیش از 14% می رسید. در تجزیه و تحلیل های فیلوژنتیکی جدایه ها، ارتباطی بین گروه بندی فیلوژنتیکی و منطقه جغرافیایی، دامنه میزبانی و نوع علایم ویروسی دیده نشد. نسبت جانشینی های نامترادف به مترادف کمتر از 1 وبیانگر وجود فشار انتخاب منفی بر روی ژن های مورد مطالعه بود. با توجه به این که ذرت گیاه وارداتی به ایران است و کشت آن در سال های اخیر توسعه یافته است به نظر می رسد ویروس موزاییک ایرانی ذرت از علف های هرز به میزبان های زراعی و ذرت منتقل شده است و احتمالا وابستگی شدید ویروس موزاییک ایرانی ذرت به زنجرک ناقل، به عنوان تنها راه انتقال شناخته شده برای ویروس، می تواند دلیل پایین بودن تنوع ژنتیکی ویروس باشد. در این مطالعه، همچنین میزان بیان تمامی ژن های ویروسی در چهار بازه زمانی 7، 14، 21 و 28 روز پس از مایه زنی ویروس توسط ناقل و همچنین در زنجرک ناقل انتقال دهنده ویروس، Laodelphax striatellus ، توسط آزمون RT-qPCR بررسی و اندازه گیری شد. میزان ترانویسی ژن های P، gene 3، M، G و L نسبت به ژن N تعیین و با ژن های رفرنس 18S rRNA و ribosomal protein S13 gene (RPS13) به ترتیب در گیاه و زنجرک نرمال سازی صورت گرفت. در گیاهان آلوده میزان ترانویسی ژن ها از سمت ژن نوکلئوکپسید به سمت ژن پلی مراز کاهش پیدا کرد به گونه ای که بیشترین میزان ترانویسی مربوط به ژن N و کمترین میزان مربوط به ژن L بود. در بازه های زمانی مورد سنجش، بیشترین میزان ترانویسی مربوط به 14 روز پس از مایه زنی و کمترین میزان ترانویسی 21 روز پس از مایه زنی بود. در زنجرک ناقل میزان ترانویسی ژن های M، G و L کمتر از سایر ژن ها بود. میزان ترانویسی ژن 3 در هر دو میزبان گیاه و زنجرک نسبتا بالا بود. نتایج تحقیق حاضر نشان دهنده تشابه الگوی ترانویسی در دو میزبان گیاه و زنجرک با رابدوویروس های جانوری مطالعه شده بود و روند کاهشی از سمت ?3 به?5 را نشان داد. این نتایج وجود مکانیزم های تنظیمی ترانویسی ژن های ویروس مشابه رابدوویروس های جانوری را اثبات کرد. به این ترتیب میزان ترانویسی ژن های ویروس در ارتباط مستقیم با میزان تقاضای ویروس به محصول هر یک از ژن ها در طی فرآیند آلودگی می باشد. مطالعات مبتنی بر تنوع ژنتیکی در ویروس های گیاهی می تواند اطلاعات با ارزشی در خصوص احتمال بروز نژادهای جدید ویروس در اختیار ما قرار دهد. تنوع ژنتیکی پایین در ویروس موزاییک ایرانی ذرت، می تواند به عنوان یک عامل مهم در تولید واریته هایی با مقاومت پایدار در نظر گرفته شود. کلمات کلیدی: ویروس موزاییک ایرانی ذرت، گروه بندی فیلوژنتیکی، Laodelphax striatellus ، RT-qPCR، 18S rRNA و ribosomal protein S13 gene (RPS13)