SUPERVISOR
قباد بابایی (استاد مشاور) امیر مساح (استاد راهنما)
STUDENT
Sajjad Mojaveri
سجاد مجاوری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
Detection of Important Aphid-borne Viruses in Alfalfa Foliage and Seed in Isfahan and Chaharmahal Bakhtiari Provinces
Alfalfa ( Medicago sativae L.) as a perennial herbaceous legume is the most important forage crops in the world. Aphid-borne viruses infecting alfalfa such as Alfalfa mosaic virus (AMV), Cucumber mosaic virus (CMV), Peanut stunt virus (PSV) and Bean leaf roll virus (BLRV) are the most important viruses in decreasing alfalfa yield. Despite many reports of aphid-borne viruses incidence in alfalfa around the world, there is no information on aphid-borne viruses incidence in central region of Iran. To detect AMV, CMV, PSV and BLRV, in 1394 and 1395, alfalfa samples showing symptoms such as leaf malformation, little leaf, dwarfing, interveinal and vein yellowing were collected from alfalfa fields in Isfahan and Chaharmahal Bakhtiari provinces. Total RNA was extracted from leaf samples and used as template in RT-PCR with specific primer pairs AMV-5pr/AMV-3pr (901 bp), CMV-MP5/CMV-MP3 (843 bp), PSV-F8/PSV-R8 (932 bp) and BLRV-F1/BLRV-R2 (621 bp) for detection of AMV, CMV, PSV and BLRV, respectively. The specific bands of AMV, PSV and BLRV were amplified in several samples in RT-PCR. However, no CMV specific band was amplified in collected samples. The PCR products of some AMV, PSV and BLRV infected samples were sequenced. The BLAST analysis confirmed the RT-PCR results. Out of 173 collected samples, 69 samples were infected with AMV, three samples were infected with PSV, five samples were infected with BLRV, 66 samples had mixed infection with AMV/PSV, 16 samples had mixed infection with AMV/BLRV, one sample had mixed infection with PSV/BLRV and 13 samples had mixed infection with AMV/PSV/BLRV. For molecular comparisons seven PSV isolates (D1, D14, D17, F1C1, Mo22, M8 and LoA4) and nine BLRV isolates (B1, M3, D5, H2, Fa5, DaC, DaE5, ShB7 and F1D1) collected from different geographical regions were sequenced. Multiple alignments of nucleotide sequence of coat protein gene of Isfahan and Chaharmahal Bakhtiari PSV and BLRV isolates and those of other isolates available at GenBank were carried out by CLC sequencing viewer 7.7 and DNAMAN 4 softwares. The results showed Isfahan and Chaharmahal Bakhtiari PSV isolates shared 97.79% identity with each other. The highest identity (94.4%) was found between Mo22 isolate (Mobarakeh) and W isolate of United States (Accession No. U31366). D14 and D17 isolates (Dastgerd) and S isolate of China (Accession No. AJ222803) showed the lowest identity (74.2%). Phylogenetic analysis by Neighbor-joining method with 10000 bootstrap replicates using MEGA 5 software revealed that Isfahan and Chaharmahal Bakhtiari PSV isolates clustered together with GenBank isolates of PSV subgroup II. Multiple alignment of BLRV isolates showed that Isfahan and Chaharmahal Bakhtiari BLRV isolates shared 99.4% identity to each other. D5 (Dastgerd) and isolates from Argentina (Accession No. KR261610) and United States (Accession No. 003369) had the highest identity (96.3%) and Fa5 isolate (Farokhshahr) and WA isolate from United States (Accession. No. HM439776) had the lowest identity (94.4%). In phylogenetic tree drawn by Neighbor-joining method with 10000 bootstrap replicates using MEGA 5 software, Isfahan and Chaharmahal Bakhtiari BLRV isolates were grouped in a distinct cluster and separated from other isolates of BLRV available at GenBank. To determine viral infection in alfalfa seeds, total RNA was extracted from 13 alfalfa plants with seed pods showing viral symptoms and subjected to RT-PCR using AMV, CMV, PSV and BLRV specific primer pairs. The results showed all alfalfa plants are only infected with AMV. The alfalfa seeds were allowed to germinate in Petri dishes containing wet filter papers. Three days after germination, total RNA was extracted from seedlings and RT-PCR was carried out. The results showed the presence of AMV in seeds of 11 out of 13 alfalfa plants. It seems that aphid-borne viruses infecting alfalfa in decreasing order of incidence in alfalfa fields of Isfahan and Chaharmahal Bakhtiari provinces are AMV, BLRV and PSV (subgroup II), whereas CMV has no importance. In addition, there is no distinct relationship between virus species and symptom type in infected plants. Keywords : Alfalfa mosaic virus , Peanut stunt virus , Bean leaf roll virus , RT-PCR, Coat protein gene, Seed, Alfalfa
یونجه ( Medicago sativa L.) به عنوان یک گیاه علفی چند ساله ، یکی از مهم ترین گیاهان علوفه ای جهان محسوب می شود. ویروس های شته زاد مانند ویروس موزاییک یونجه ( Alfalfa mosaic virus, AMV)، ویروس موزاییک خیار ( Cucumber mosaic virus , CMV)، ویروس کوتولگی بادام زمینی ( Peanut stunt virus , PSV) و ویروس پیچیدگی برگ لوبیا ( Bean leaf roll virus , BLRV) از عوامل اصلی کاهش دهنده عملکرد یونجه محسوب می شوند. علیرغم گزارش های متعدد از میزان فراوانی ویروس های شته زاد در مزارع یونجه در دنیا، وضعیت فراوانی این ویروس ها در منطقه مرکزی ایران چندان مشخص نیست. برای دستیابی به اطلاعاتی در این زمینه، طی سال های 1394و 1395 نمونه های مشکوک به آلودگی ویروسی با علائم بد شکلی برگ، ریز برگی، کوتولگی، زردی رگبرگ و زردی بین رگبرگ از مزارع یونجه استان های اصفهان و چهارمحال و بختیاری جمع آوری شدند. آر.ان.ای کل نمونه ها به روش لیتیم کلراید استخراج شد و به عنوان الگو در واکنش RT-PCR مورد استفاده قرار گرفت. از جفت آغازگرهای AMV-5pr/AMV-3pr ( bp901)، CMV-MP5/CMV-MP3 ( bp843)، PSV-F8/PSV-R8 ( bp932) و BLRV-F1/BLRV-R2 ( bp621) به ترتیب جهت ردیابی ویروس های AMV، CMV، PSV و BLRV استفاده شد. نتایج حاصل از RT-PCR نشان دهنده تکثیر باندهای اختصاصی برای سه ویروس AMV، PSV و BLRV در تعدادی از نمونه های جمع آوری شده بود، ولی ویروس CMV در هیچ یک از نمونه ها ردیابی نشد . به منظور تایید نتایج به دست آمده از RT-PCR، محصول PCR تعدادی از نمونه ها توالی یابی شد. بررسی توالی ها با نرم افزار LAST نتایج حاصل از RT-PCR را تایید نمود. از 173 نمونه جمع آوری شده، 69 نمونه دارای آلودگی تکی به AMV، 5 نمونه دارای آلودگی تکی به BLRV، 3 نمونه دارای آلودگی تکی به PSV، 16 نمونه دارای آلودکی مخلوط AMV/PSV ، 66 نمونه دارای آلودگی مخلوط AMV/BLRV، 1 نمونه دارای آلودگی مخلوط BLRV/PSV و 13 نمونه دارای آلودگی مخلوط به هر سه ویروس تشخیص داده شد. جهت انجام مقایسات مولکولی هفت جدایه PSV (جدایه های D1، D14، D17، FlC1، Mo22، M8 و LoA4) و نه جدایه BLRV (جدایه های B1، FlD1، DaC، DaE5، H2، M3، ShB7، D5 و Fa5) جمع آوری شده از مناطق مختلف جغرافیایی تعیین توالی شدند. همردیف سازی چندتایی بر اساس توالی نوکلئوتیدی ژن پروتیین پوششی جدایه های PSV و BLRV حاصل از این تحقیق با تعدادی از جدایه ای موجود در بانک ژن با استفاده از نرم افزار های CLC Sequence Viewer 7.7 و DNAMAN 4 انجام شد. نتایج حاصل نشان داد که جدایه های PSV استان های اصفهان و چهار محال و بختیاری به میزان 79/97 درصد با همدیگر تشابه نوکلئوتیدی دارند. بیشترین میزان یکسانی 4/94 درصد میان جدایه Mo22 (مبارکه) و جدایه W از آمریکا (شماره دسترسی U31366) و کمترین میزان یکسانی 2/74 درصد بین جدایه های D14 و D17 (دستگرد) با جدایه S از چین (شماره دسترسی AJ222803) بدست آمد. رسم درخت تبارزایی به روش Neighbor-joining با 10000 بار تکرار با استفاده از نرم افزار MEGA5 مشخص نمود که جدایه های PSV حاصل از این تحقیق با جدایه های زیر گروه II این ویروس در یک شاخه قرار گرفتند. همردیف سازی چند تایی توالی نوکلئوتیدی ژن پروتتین پوششی جدایه های BLRV استان های اصفهان و چهارمحال و بختیاری با جدایه های موجود در بانک ژن نشان داد این جدایه ها دارای 4/99 درصد یکسانی می باشند. جدایه D5 () و جدایه ای از آرژانتین (شماره دسترسی KR261610) و آمریکا (شماره دسترسی NC003369) بیشترین یکسانی (3/96 درصد) و جدایه Fa5 (فرخ شهر) و جدایه WA از آمریکا (شماره دسترسی HM439776) کمترین یکسانی نوکلئوتیدی (4/94 درصد) را داشتند. در درخت تبارزایی ترسیم شده به روش Neighbor-joining با 10000 بار تکرار با استفاده از نرم افزار MEGA5 ، جدایه های BLRV در این تحقیق در یک شاخه مجزا از سایر جدایه های دیگر نقاط دنیا قرار گرفتند. به منظور تعیین وجود آلودگی ویروسی در بذر یونجه، ابتدا آر.ان.ای کل از برگ 13 بوته جمع آوری شده دارای علائم ویروسی و غلاف بذر استخراج و RT-PCR با استفاده از هر چهار آغازگر اختصاصی انجام شد. نتایج RT-PCR تنها حضور ویروس AMV را در بوته ها تایید کرد. سپس بذرهای حاصل از هر بوته به صورت جداگانه در پتری حاوی کاغذ صافی مرطوب قرار داده شدند. سه روز پس از جوانه زنی بذر ها، استخراج آر.ان.ای کل و RT-PCR از گیاهچه ها انجام شد. نتایج نشان داد که ویروس AMV در بذر های 11 بوته از 13بوته حضور دارد. به نظر می رسد ویروس های شته زاد آلوده کننده یونجه در استان های اصفهان و چها محال و بختیاری به ترتیب فراوانی به صورت AMV BLRV PSV (زیر گروه II) می باشد و CMV از اهمیت چندانی برخوردار نمی باشد. همچنین رابطه مشخصی بین نوع ویروس و علائم ایجاد شده وجود ندارد. کلمات کلیدی: ویروس موزاییک یونجه، ویروس کوتولگی بادام زمینی، ویروس پیچیدگی برگ لوبیا، RT-PCR، ژن پروتیین پوششی، بذر، یونجه