تجزیه و تحلیل ترانسکریپتوم کورم‌های زعفران ژن‌های مرتبط با بیماری پوسیدگی کورم را آشکار می‌کند

زعفران (Crocus sativus L.) بدون شک گران‌قیمت‌ترین ادویه در جهان است. نیاز آبی کم، روش‌های کشاورزی ساده، کاربردهای متنوع در صنایع غذایی، دارویی و نساجی، از مزایای اصلی برای کشت گسترده آن در سراسر جهان هستند. زعفران از نظر ژنتیکی عقیم است و بنابراین از طریق کورم‌ها تکثیر می‌شود. به عنوان یک گیاه چندساله، کورم‌های آن حداقل برای سه فصل کشت متوالی در مزرعه باقی می‌مانند که حساسیت آن‌ها به پاتوژن‌های خاک‌زاد را افزایش می‌دهد. در میان پاتوژن‌های مخرب گیاهی خاک‌زاد، Fusarium oxysporum f. sp.، عامل پوسیدگی کورم، تهدید قابل توجهی برای کشت زعفران در سطح جهانی ایجاد می‌کند. توسعه راهبردهای مدیریتی مؤثر علیه F. oxysporum به دلیل عدم وجود ژنوتیپ‌های مقاوم و درک محدود از بیماری‌زایی آن با مانع مواجه شده است. برای ارزیابی و یافتن ژن‌های مرتبط با پاسخ به عفونت F. oxysporum، ترانسکریپتوم کورم پس از مایه‌زنی با F. oxysporum توسط RNA-seq تجزیه و تحلیل شد. بیش از ۲۹۴,۵۲۰ و ۲۴۳,۳۲۸ رونوشت ثبت شد. از بین ۱۶۸,۴۴۸ یونیژن شناسایی شده، به ترتیب ۳۴,۸۶۲، ۱۵,۲۳۴ و ۲۷,۲۱۳ یونیژن در پایگاه داده پروتئین غیر تکراری NCBI، GO و UniProtKB/Swiss-Prot حاشیه‌نویسی شدند. از بین ۳۸,۶۴۳ ژن حاشیه‌نویسی شده، ۲۱۶۹ ژن بیان تفاضلی در پاسخ به F. oxysporum نشان دادند. در میان این ژن‌ها، ۱۸۳۲ ژن کاهش بیان و ۳۳۷ ژن افزایش بیان نشان دادند. تجزیه و تحلیل کمی RT-PCR الگوهای بیان ۱۰ ژن مرکزی از جمله کیتیناز، یک کیناز سرین/ترئونین و یک ژن فاکتور رونویسی WRKY را تأیید کرد. در مقابل، بیان نسبی یک پکتین متیل استراز، یک فلاودوکسین-مانند کینون اکسیدورداکتاز و ژن‌های HSP کاهش یافته یافت شد. یافته‌های این مطالعه به وضوح نشان می‌دهد که عفونت F. oxysporum به طور قابل توجهی بیان ژن‌های R کورم‌ها را مختل می‌کند، که نشان می‌دهد چنین ژن‌هایی می‌توانند برای بهبود مقاومت گیاه زعفران در برابر پاتوژن‌های خاک‌زاد قارچی و اومیست در برنامه‌های اصالح نباتی آینده استفاده شوند.

Saffron (Crocus sativus L.) is by far the most expensive spice in the world. Low water requirements, straightforward agricultural practices, diverse applications in the food, pharmaceutical and textile industries, are major advantages for its widely cultivation worldwide. Saffron is genetically sterile and hence it is propagated through corms. As a perennial plant, its corms remain in the field for at least three consecutive cultivation seasons, increasing their susceptibility to soilborne pathogens. Among devastating soilborne plant pathogens, Fusarium oxysporum f. sp., the causal agent of corm rot, poses a significant threat to saffron cultivation globally. The development of effective management strategies against F. oxysporum is impeded by the absence of resistant genotypes and a limited understanding of its pathogenicity. To assess and find genes associated with the response to F. oxysporum infection, the corm transcriptome was analyzed following F. oxysporum inoculation by RNA-seq. More than 294,520 and 243,328 transcripts were documented. Out of 168,448 identified unigenes, 34,862, 15,234 and 27,213 unigenes were annotated in NCBI non-redundant (Nr) protein database, GO and UniProtKB/Swiss-Prot databases, respectively. Out of 38,643 annotated genes, 2169 genes exhibited differential expression in response to F. oxysporum. Among these, 1832 genes showed decreased expression, whereas 337 genes displayed increased expression. Quantitative RT-PCR analysis confirmed the expression patterns of 10 hub genes, including chitinase, a serine/threonine kinase and a WRKY transcription factor gene. In contrast, the relative expression of a pectin methylesterase, a Flavodoxin-like quinone oxidoreductase and HSP genes were found to be down-regulated. The findings of this study clearly demonstrate that F. oxysporum infection significantly perturbs the expression of corms R-genes, suggesting that such genes can be used to improve saffron plant resistance to fungal and connycees soilborne pathogens in future breeding programs.