مطالعه مکانیسم تعامل بین زعفران و قارچ Fusarium oxysporum بر پایه RNA-seq دوگانه

زعفران (Crocus sativus) محصولی بسیار مهم با خواص درمانی متنوع است. قارچ Fusarium oxysporum یک قارچ خاک‌زی گسترده است که بیماری پوسیدگی زعفران را ایجاد می‌کند. در حال حاضر، استراتژی مؤثری برای کنترل این بیماری وجود ندارد، زیرا واریته مقاوم و اطلاعات کافی درباره مقاومت و مکانیسم‌های بیماری‌زایی محدود است. در این مطالعه ابتدا فرایند عفونت و پاسخ‌های فیزیولوژیکی زعفران آلوده به F. oxysporum توصیف شد. مکانیسم مولکولی این تعاملات عفونی توسط تحلیل دوال RNA-seq آشکار گردید.

در روز سوم عفونت، هیف‌ها کاملاً وارد و مستعمره سلول‌های غده شدند؛ در حالی که در روز ششم هیف‌ها در سلول‌های آوند چوبی مشاهده شدند و این آوندها را مسدود کردند. نتایج ترانسکریپتوم نشان داد که در میزبان، مسیرهای متابولیسم فنیل‌پروپانوئید، انتقال سیگنال هورمون‌های گیاهی و تعامل با پاتوژن فعال شده‌اند. این مسیرها به تقویت دیواره سلولی، بروز حساسیت فراوان و تجمع پروتئین‌های ضد باکتری و فیتوتوکسین‌های مختلف کمک کردند. در ضمن، در قارچ بسیاری از ژن‌های بالاتر رفته مربوط به آنزیم‌های تخریب دیواره سلولی، سنتز توکسین‌ها و ژن‌های بیماری‌زایی نشان‌دهنده بیماری‌زایی قوی آن بودند. این مطالعه ایده‌های جدیدی برای کنترل پوسیدگی غده زعفران فراهم کرده و پایه نظری برای شناسایی ژن‌های کلیدی عملکردی ارائه می‌دهد.

Saffron (Crocus sativus) is a highly important crop with diverse medicinal properties. F. oxysporum is a widely-distributed soil-borne fungus, causing the serious saffron rot disease. Currently, there is no effective management strategy to control this disease because of no resistant cultivars and limited information about the resistance and pathogenic mechanisms. In this study, we first characterized the infection process and physiological responses of saffron infected by F. oxysporum. The molecular mechanism of these infection interactions was revealed by dual RNA-seq analysis. On the 3rd day of infection, the hyphae completely entered, colonized and spread in the corm cells; while on the 6th day of infection, hyphae had appeared in the xylem cells, blocking these vessels.

Transcriptome results indicate that within the host, phenylpropanoid metabolism, plant hormone signal transduction and plant pathogen interaction pathways were activated during infection. These pathways were conducive to the enhancement of cell wall, the occurrence of hypersensitivity, and the accumulation of various antibacterial proteins and phytoantitoxins. Meanwhile, in the fungus, many up-regulated genes were related to F. oxysporum cell wall degrading enzymes, toxin synthesis and pathogenicity gene, showing its strong pathogenicity. This study provides new ideas for the control of saffron corm rot, and also provides a theoretical basis for mining the key functional genes.