شناسایی و تحلیل بیان ژن‌های درگیر در مسیر دفاعی ETI در بنه‌های زعفران آلوده به بیماری پوسیدگی بنه (Fusarium oxysporum)

زعفران (Crocus sativus L.) گیاهی چندساله از خانواده زنبق‌یان است که عمدتاً در ایران کشت می‌شود. علیرغم ارزش اقتصادی بالای زعفران در ایران و جهان به عنوان یک ادویه گران‌بها، کشت آن با چالش‌های قابل توجهی از سوی عوامل بیماری‌زای متعددی مواجه است که به طور قابل توجهی بر عملکرد و کیفیت آن تأثیر می‌گذارند. ژن‌های مقاومت (R-genes) پروتئین‌های R را کد می‌کنند که نقش مهمی در فعال‌سازی مکانیسم‌های دفاعی گیاه در برابر عوامل بیماری‌زا ایفا می‌کنند. ژن‌های NBS-LRR خانواده‌ای از ژن‌های R درون سلولی هستند که با ایجاد ایمنی تحریک‌شده با افکتور (ETI) مقاومت را به گیاهان اعطا می‌کنند.

در این مطالعه، یک مطالعه in silico بر روی ترنسکریپتوم بنه‌های زعفران آلوده به Fusarium oxysporum برای شناسایی ژن‌های NBS-LRR در 48 و 72 ساعت پس از تلقیح با استفاده از نرم‌افزارها و پایگاه‌های داده بیوانفورماتیک انجام شد. از توالی‌های ژن NBS-LRR آرابیدوپسیس برای شناسایی اعضای NBS-LRR در ترنسکریپتوم بنه زعفران استفاده شد. سپس پروفایل بیان ژن‌های کاندید NBS-LRR مورد مطالعه قرار گرفت. بر اساس نتایج الگوریتم‌های BLASTX، 63326 رونوشت مستندسازی شد. نتایج این مطالعه حضور 30 رونوشت ژن NBS-LRR را در ترنسکریپتوم بنه‌های زعفران نشان داد. بیان ژن‌های انتخابی در بنه‌های آلوده در مقایسه با بنه‌های شاهد سالم به طور معنی‌داری افزایش یافته بود. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل ژن‌های انتخابی NBS-LRR نشان داد که سطح بیان آن‌ها در 72 ساعت پس از تلقیح در مقایسه با 48 ساعت بیشتر بود. ژن LRR1 در 48 و 72 ساعت پس از تلقیح سطح بیان بالاتری نسبت به ژن LRR2 داشت.

به علاوه، نتایج این مطالعه نشان داد که ژن‌های NBS-LRR تقریباً در تمام بافت‌های زعفران بیان می‌شوند که نشان از involvement آن‌ها در پاسخ زعفران به عفونت‌های قارچی دارد. یافته‌های این مطالعه نشان می‌دهد که ژن‌های NBS-LRR پتانسیل قابل توجهی برای استفاده در برنامه‌های به‌نژادی آینده زعفران دارند.

Saffron (Crocus sativus L.), a perennial plant of the Iridaceae family, is predominantly cultivated in Iran. Despite its high economic value both domestically and globally as a precious spice, its cultivation faces substantial challenges from numerous pathogens which significantly impact both yield and quality. Resistance genes (R-genes) encode R-proteins that play a crucial role in activating plant defense mechanisms against pathogens. Nucleotide-binding site leucine-rich repeat (NBS-LRR) genes are a family of intracellular R-genes that confer resistance to plants by initiating Effector-Triggered Immunity (ETI).

In this study, an in silico study was conducted on the transcriptome of saffron corms infected with Fusarium oxysporum to identify NBS-LRR genes at 48 and 72 hours after inoculation using bioinformatics software and databases. Arabidopsis NBS-LRR gene sequences were used to identify NBS-LRR members in the saffron corm transcriptome. Then, the expression profile of NBS-LRR candidate genes was studied. Based on the results of BLASTX algorithms, 63326 transcripts were documented. The results of this study revealed the presence of 30 NBS-LRR gene transcripts in the transcriptome of saffron corms. The expression of the selected genes was significantly up-regulated in infected corms compared to healthy control corms. Furthermore, analysis of the selected NBS-LRR genes indicated that their expression levels were higher at 72 hours after inoculation compared to 48 hours. The LRR1 gene had a higher expression level than the LRR2 gene at 48 and 72-hours post-inoculation.

Plus, the results of this study revealed that NBS-LRR genes are expressed in almost all saffron tissues, suggesting their involvement in the saffron’s response to fungal infections. The findings of this study suggest that NBS-LRR genes hold significant potential for utilization in future saffron breeding programs.