SUPERVISOR
بهرام شریف نبی (استاد راهنما) محمد جوان نیکخواه (استاد راهنما) محمد رضوی (استاد مشاور)
STUDENT
Fariba Ghaderi
فریبا قادری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392
TITLE
Genetic Structure of Parastagonospora nodorum Populations, the Causal Agent of Wheat Glume Blotch in Iran
Parastagonospora nodorum blotch disease is a major wheat pathogen in most wheat-growing areas of the world. Acollection of 268 Parastagonospora isolates were collected from naturally infected wheat fields of four provinces from Iran: Kogiluyeh and BoyerAhmad, Khuzestan, Golestan and Fars. Based on morphological characteristics, 219 P. nodorum isolates were isolated from wheat and Phalaris arundinacea . 49 P. avenae isolates were found on Avena sativa , Phalaris arundinacea , Bromus hordeaceus and Aegilops tauschii . The complete ITS region and partial nucleotide sequences of the ?-tubulin and ?-xylosidase genes were concatenated and used for phylogenetic analysis of Parastagonospora isolates. P. nodorum formed the largest clade, identified on wheat and Phalaris arundinacea . P. avenae f.sp. avenaria (Paa) were the second largest clade, found on Phalaris arundinacea and Avena sativa. The third clade P. avenae f.sp. tritici 5 (Pat5) was isolated from Phalaris arundinace a , Bromus hordeaceus , and Aegilops tauschii . Pat5 and Paa are reported from Iran for the first and also all of the identified hosts are new host to the world. In this study, P. nodorum isolates from Iran were analyzed for genetic variation using 11 simple sequene repeat (SSR) markers developed from the genome sequence of the fungus. Atotal of 100 alleles were detected anaysing 11 microsatellite loci across all 217 P. nodorum isoates, of the 217 isolates analyzed, 213 haplotypes were detected. All of Iranian wheat regions( four regions) had a high gene diversity, genotypic diversity and clonal fractions. High gene flow and low genetic differentiation were observed among Ghachsaran and Norabad. Furthermore, the high genetic differentiation and low gene flow were detected between south of Iran (Ghachsaran, Noorabad and Dezphool) and north of Iran (Gorgan). Population analysis using STRUCTURE revealed that Iranian isolates were subdivided into three populations coreesponding to the the three regions (South 1, South2, North). The results showed that sexual recombination is possible into identified three populations, because Linkage disequlibrium tests ( and ) supported the hypothesis of random mating, both mating types ( MAT1 and MAT2 ) were present and frequencie of them were almost equal at these regions.The center of origin of Parastagnospora nodorum wasn’t clear despite earlier intensive global population genetic and Phylogeographical studies. Our Results revealed the high level genetic diversity and allelic richness among Iranian populations. We compared neutral marker diversity with diversity at effector loci to clarify the origin of P. nodorum. We detected the Iranian population harboring both the highest sequence diversity for necrotrophic effectors (NEs) and the highest diversity at neutral loci in comparison to global P. nodorum populations previously reported. In fact, these findings support that Iran can be the center of origin of P.nodorum. Keywords : Effectors, Mating types, Population genetics, Phylogeny, Morphologhy, SSR
سوختگی خوشه گندم با عامل Parastagonospora nodorum یکی از بیماری های مهم گندم می باشد که خسارت قابل ملاحظهای به این محصول در دنیا وارد می کنند. در طی سال های زراعی 1393-1394، تعداد 268 جدایه Parastagonospora از مزارع گندم و علف های هرز حاشیه مزارع استان های فارس، خوزستان، گلستان و کهگیلویه و بویراحمد جداسازی شد. گونه P. nodorum با 219 جدایه، از گندم و Phalaris arundinacea جداسازی گردید و گونه P. avenae با 49 جدایه، از گیاهان Avena sativa ، Phalaris arundinacea ، Bromus hordeaceus و Aegilops tauschii شناسایی شد. در تحقیق حاضر، روابط فیلوژنتیکی جدایه های Parastagonospora بر اساس توالی یابی ناحیه rDNA-ITS، ژن های بتاتوبولین و بتازایلوسیداز مورد ارزیابی قرار گرفت و سه کلاد فیلوژنتیکی مشخص گردید. بزرگترین کلاد با 66 جدایه به گونه . nodorum اختصاص داشت، دومین کلاد با 30 جدایه به P. avenae f.sp. avenaria (Paa) اختصاص داشت که از روی Phalaris arundinacea و Avena sativa شناسایی شدند و سومین کلاد با 19 جدایه به P. avenae f.sp. tritici 5 (Pat5) تعلق داشت که از روی گرامینه های Phalaris arundinacea ، Bromus hordeaceus و Aegilops tauschii شناسایی گردید. در این مطالعه، دوکلاد P. avenae f.sp. avenaria (Paa) و P. avenae f.sp. tritici 5 (Pat5) برای نخستین بار از ایران گزارش می شوند و همچنین تمامی گندمیان مورد مطالعه نیز در این تحقیق بجزء Avena sativa ، به عنوان میزبان های جدید برای هر سه کلاد معرفی میشوند. در تحقیق حاضر ساختار ژننتیکی جمعیتهای ایرانی P. nodorum با استفاده از 11 جفت آغازگر SSR مورد مطالعه قرار گرفت. همه جمعیتهای ایرانی دارای تنوع ژنی و تنوع ژنوتیپی زیاد با ضریب کلونال بسیارکم بودند. کمترین مقدار تمایز ژنتیکی (008/0= F ST ) و بیشترین جریان ژنی(62= Nm ) بین جمعیتهای گچساران و نورآباد محاسبه شد و جمعیتهای جنوب ایران (گچساران، نورآباد و دزفول) تمایز ژنتیکی زیادی با جمعیت گرگان داشتند که با فاصله جغرافیایی بین این دو منطقه مطابقت دارد. آنالیز ساختار جدایههای P. nodorum با استفاده از نرم افزارSTRUCTURE نشان داد که جدایههای ایرانی از چهار منطقه جغرافیایی در سه جمعیت جنوب 1، جنوب 2 و شمال ایران طبقه بندی شدند. نتایج آنالیز عدم تعادل لینکاژی چند جایگاهی، فرضیه آمیزش تصادفی در سطح این سه جمعیت را تایید نمود و همچنین فراوانی تیپ آمیزشی در همه جمعیتها از نسبت 1:1 انحراف نشان نداد که به این ترتیب احتمال وقوع تولیدمثل جنسی و نوترکیبی بین سه جمعیت استنباط شده بسیار بالا ارزیابی گردید. در این پژوهش، ساختار ژنتیکی و تنوع هاپلوتیپ افکتورهای نکروتروفیک در جمعیتهای P. nodorum ایرانی در سطح بین قاره ای با جمعیتهای چین، اروپا، آمریکای شمالی، مکزیک، استرالیا و آفریقا مقایسه و مشخص شد که بیشترین تعداد آلل، تنوع ژنی، غنای آللی و تنوع هاپلوتیپ افکتورها به جمعیت P. nodorum از ایران اختصاص دارد. ورود گندم به قاره های مختلف در زمان های متفاوت اتفاق افتاده است، ابتدا گندم از آسیا وارد اروپا شده و سپس توسط مهاجرین اروپائی به آفریقای جنوبی، استرالیا، مکزیک و آمریکای شمالی معرفی شده است. بنابراین مرکز تنوع P. nodorum در اغلب موارد مرکز پیداش آن میباشد و یافته های این تحقیق نشان می دهد که جمعیت ایرانی دارای بالاترین سطوح تنوع در زمینه افکتورها و جایگاه های خنثی میباشد که می توان به احتمال زیاد، از ایران به عنوان منشأ بیمارگر P. nodorum یاد کرد. کلمات کلیدی: افکتور، تیپ آمیزشی، ژنتیک جمعیت، فیلوژنی، مورفولوژی، SSR