تعیین ویژگی های تکاملی و ساختار ژنتیکی جدایه های ویروس پیچیدگی بوته چغندرقند ایران (Beet curly top Iran virus) بر پایه ژن V2

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، ملاثانی، ایران

2 استادیار، گروه کشاورزی، مجتمع آموزش عالی میناب، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس، ایران.

چکیده

هدف: ویروس پیچیدگی بوته چغندرقند ایران (BCTIV) یکی از ویروس‌های مخرب در ایران است که سالانه خسارت قابل توجهی به صنعت کشاورزی کشور وارد می‌سازد. BCTIV دارای ژنوم دی‌اِن‌اِی تک‌لای حلقوی است که پنج چارچوب خوانش باز شامل V1، V2 و V3 بر روی رشته ژنومی، و C1 و C2 برروی رشته مکمل ژنومی دارد. چارچوب خوانش باز V2 علاوه بر نقش داشتن در همانندسازی و بروز نشانه‌های بیماری، به عنوان یک سرکوب‌گر خاموشی فعال است و با تداخل در این مسیر دفاعی گیاه، منجر به پیدایش بیماری می‌شود. این پژوهش با هدف تعیین ویژگی‌های تکاملی و ساختار ژنتیکی V2 در میان جدایه‌های مختلف BCTIV انجام گرفت.
مواد و روش‌ها: تعداد 31 توالی نوکلئوتیدی V2 متعلق به جدایه‌های مختلف BCTIV از بانک ژن استخراج و مورد واکاوی قرار گرفت، بدین ترتیب که ابتدا همردیف‌سازی توالی نوکلئوتیدی انجام شد و سپس درخت تبارزایی ترسیم گردید. واکاوی چندشکلی نوکلئوتیدی در بین توالی‌ها تعیین گردید و وقوع چندشکلی واردسازی-حذف (InDel) در بین توالی‌ها مورد بررسی قرار گرفت. نرخ‌های جایگزینی نامترادف (dN) و مترادف (dS) و نسبت dN/dS به منظور بررسی فشار انتخاب طبیعی بر روی توالی‌های نوکلئوتیدی و رمز-های V2 محاسبه گردید. واکاوی آنتروپی نیز برای بررسی تغییرات احتمالی در جایگاه‌های نوکلئوتیدی انجام گرفت.
نتایج: بر اساس میزبان و محل جغرافیایی، توالی‌های V2 در خوشه‌های مختلفی از درخت فیلوژنتیکی قرار گرفتند. واکاوی چندشکلی نوکلئوتیدی منجر به شناسایی تعداد 20 هاپلوتیپ در بین توالی‌ها شد و تعداد 94 جایگاه‌ چندشکلی با تنوع هاپلوتیپی و نوکلئوتیدی به ترتیب برابر با 963/0 و 06517/0 محاسبه گردید. میانگین تعداد تفاوت‌های نوکلئوتیدی نیز 463/23 بود. چندشکلی InDel در بین توالی‌ها مشاهده نشد و نرخ‌های dN و dS نیز در مورد توالی‌های به ترتیب 60699/0- و 03020/0 محاسبه شد که هردو معنی‌دار نبودند. همچنین نسبت dN/dS نیز برابر 10201/20- بود و تعداد 34 و 26 جایگاه در بین رمز‌ها به ترتیب مقدار منفی و مثبتی از این نسبت را نشان دادند. همچنین، 9 رویداد نوترکیبی در موقعیت‌های نوکلئوتیدی مختلف مشاهده گردید. نتایج واکاوی آنتروپی نیز نشان داد که جایگاه نوکلئوتیدی ۲۴۷ با نرخ آنتروپی 93/0 بیشترین تغییرات را دارد.
نتیجه‌گیری: نتایج پیشنهاد می‌کند که تنوع موجود در توالی نوکلئوتیدی V2 در جدایه‌های مختلف BCTIV، فعالیت سرکوب خاموشی ژن و شدت بیماری‌زاییِ ویروس را در میزبانان مختلف، تحت تأثیر قرار می‌دهد. بعلاوه، تغییرپذیری این بخش از ژنوم ویروس ممکن است در آینده منجر به افزایش دامنه میزبانی ویروس یا غلبه بر مقاومت ارقام گیاهی گردد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Determining the Evolutionary Characteristics and Genetic Structure of the Isolates of Beet Curly Top Iran Virus Based on the V2 Gene

نویسندگان [English]

  • Mohamad Hamed Ghodoum Parizipour 1
  • Aminallah Tahmasebi 2
1 Assistant Professor, Department of Plant Protection, Faculty of Agriculture, Agricultural Sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Mollasani, Iran
2 Assistant Professor, Department of Agriculture, Minab Higher Education Center, University of Hormozgan, Bandar Abbas, Iran
چکیده [English]

Objective
Beet curly top Iran virus (BCTIV) is a destructive virus causing damage to agriculture industry annually. BCTIV has a circular single-stranded DNA genome with five open reading frames (ORFs): V1, V2 and V3 on genomic strand, and C1 and C2 on complementary strand. V2 acts as a suppressor of silencing interfering with this defense pathway. This study was aimed to determine the evolutionary characteristics and genetic structure of V2 among different BCTIV isolates.
Materials and methods
Total number of 31 BCTIV V2 nucleotide sequences were extracted from the GenBank and analyzed. The nucleotide sequence was aligned and the phylogenetic tree was drawn. Nucleotide polymorphism analysis was determined. Also, the occurrence of insertion-deletion polymorphism (InDel) was investigated. Nonsynonymous (dN) and synonymous (dS) substitution rates and dN/dS ratio were calculated in order to check the selection pressure on nucleotide sequences and V2 codons. Entropy analysis was also performed to investigate possible variations in nucleotide positions.
Results
Based on the host and geographical location, V2 sequences were placed in different clusters of the phylogenetic tree. 20 haplotypes and 94 polymorphic loci was detected. Haplotype and nucleotide diversity was calculated as 0.963 and 0.06517, respectively. The mean nucleotide differences was 23.463. InDel polymorphism was not observed. The rates of dN and dS were calculated as -0.60699 and 0.03020, respectively, both of which were not significant. The dN/dS ratio was also -20.10201. Total number of 26 positions among the codons showed a positive value of dN/dS ratio, while 34 positions had a negative value. Also, at least 9 recombination events were observed. Entropy analysis showed that nucleotide position 247 has the most changes with an entropy rate of 0.93.
Conclusions
The results suggest that the variation in the nucleotide sequence of BCTIV V2 can be effective in suppressing gene silencing and the pathogenicity of different isolates in different hosts. The variability of this part of the virus genome may in the future lead to an increase in the range of host range of the virus or to overcome the resistance of plant varieties.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Defense response
  • Geminivirus
  • Gene silencing
  • Nucleotide analysis
  • Plant infection

مراجع

بهادر یاسر، محمدآبادی محمدرضا، خضری امین و همکاران (1395) مطالعه تنوع ژنتیکی جمعیتهای زنبور عسل استان کرمان با استفاده از نشانگرهای ISSR. پژوهشهای تولیدات دامی 13(1)، 192-186.
عسکری ناهید، باقی زاده امین، محمدآبادی محمدرضا (1389). مطالعه تنوع ژنتیکی در چهار جمعیت بز کرکی راینی با استفاده از نشانگرهای ISSR. مجله ژنتیک نوین 5، 56-49.
قاسمی میمندی مهرداد، محمدآبادی محمدرضا ، منتظری مهدیه (1395) ارزیابی ساختار ژنتیکی شتر با استفاده از روش­های PCA و خوشه­بندی سلسله مراتبی. مجله بیوتکنولوژی کشاورزی 8(3)، 96-83.
محمدی فر آمنه، محمدآبادی محمد رضا کاربرد نشانگرهای ریزماهواره برای مطالعه ژنوم گوسفند کرمانی (1390). مجله علوم دامی ایران 42(4)، 344-337.
 
References
Alinaghizadeh R, Mohammad Abadi MR, Moradnasab Badrabadi S (2007) Kappa-casein gene study in Iranian Sistani cattle breed (Bos indicus) using PCR-RFLP. Pakistan J Biol Sci 10 (23), 4291-4294.
Askari N, A Baghizadeh, MR Mohammadabadi (2010) Study of genetic diversity in four populations of Raeini cashmere goat using ISSR markers. Modern Genet J 5 (2), 49-56 (In Persian).
Askari N, Baghizadeh A, Mohammadabadi MR (2008) Analysis Of The Genetic Structure Of Iranian Indigenous Raeni Cashmere Goat Populations Using Microsatellite Markers. Biotechnology 2 (3), 1-4.
Bahador Y, Mohammadabadi MR, Khezri A, et al. (2016) Study of Genetic Diversity in Honey Bee Populations in Kerman Province using ISSR Markers. Research on Animal Production 7 (13), 186-192 (In Persian).
Barazandeh A, Mohammadabadi MR, Ghaderi-Zefrehei M, et al. (2016) Predicting CpG Islands and Their Relationship with Genomic Feature in Cattle by Hidden Markov Model Algorithm. Iran J Appl Anim Sci 6 (3), 571-579.
Bennett CW (1971) The curly top disease of sugarbeet and other plants. Am Phytopathol Soc Monogr 7, e81.
Bolok Yazdi HR, Heydarnejad J, Massumi H (2008) Genomic characterization and genetic diversity of beet curly top Iran virus: a geminivirus with a novel nonanuceotide. Virus Gene 36, 539-545.
Eini O, Sahraei GE, Behjatnia SAA (2016) Molecular characterization and construction of an infectious clone of a pepper isolate of Beet curly top Iran virus. Mol Biol Res Commun 5(2), e101.‏
Gharouni Kardani S, Heydarnejad J, Zakiaghl M, et al. (2013) Diversity of Beet curly top Iran virus isolated from different hosts in Iran. Virus Gene 46(3), 571-575.‏
Ghasemi Meymandi M, Mohammadabadi MR, Montazeri M (2016) Analysing Genetic Structure of Camelus dromedarius Using PCA and Hierarchical clustering methods. Agric Biotechnol J 8 (3), 83-96 (In Persian).
Gholamhoseini F, Mohammadabadi MR, Asadi Fozi M (2018) Polymorphism of the growth hormone gene and its effect on production and reproduction traits in goat. Iran J Appl Anim Sci 8 (4), 653-659.
Gooki FG, Mohammadabadi M, Fozi MA, Soflaei M (2019) Association of Biometric Traits with Growth Hormone Gene Diversity in Raini Cashmere Goats. Walailak J Sci Technol 16 (7), 499-508.
Harrison BD (1985) Advances in geminivirus research. Annu Rev Phytopathol 23, 55-82.
Heydarnejad J, Hosseini Abhari E, Bolok Yazdi HR, Massumi H (2007) Curly top of cultivated plants and weeds and report of a unique Curtovirus from Iran. J Phytopathol 155, 321-325.
Heydarnejad J, Keyvani N, Razavinejad S, et al. (2013) Fulfilling Koch’s postulates for beet curly top Iran virus and proposal for consideration of new genus in the family Geminiviridae. Arch Virol 158(2), 435-443.‏
Jones DT, Taylor WR, Thornton JM (1992) The rapid generation of mutation data matrices from protein sequences. Bioinformatics 8(3), 275-282.
Jovel J, Walker M, Sanfacon H (2007) Recovery of Nicotiana benthamiana plants from a necrotic response induced by a nepovirus is associated with RNA silencing but not with reduced virus titer. J Virol 81, 12285-12297.
Kamali M, Heydarnejad J, Pouramini N, et al. (2017) Genome sequences of Beet curly top Iran virus, Oat dwarf virus, Turnip curly top virus, and Wheat dwarf virus identified in leafhoppers. Genome Announc 5(8), e01674-16.‏
Mohammadabadi M, Ghasemi Meymandi M, Montazeri M, et al. (2021) Molecular characterization of Iranian dromedaries using microsatellite markers. Acta Agronomica 69 (4), 321-330.
Mohammadifar A, Mohammadabadi M (2018) Melanocortin-3 receptor (MC3R) gene association with growth and egg production traits in fars indigenous chicken. Malays Appl Biol 47 (3), 85-90.
Mohammadifar A, Mohammadabadi MR (2011) Application of Microsatellite Markers for a Study of Kermani Sheep Genome. Iran J Anim Sci 42 (4), 337-344 (In Persian).
Mohamadipoor Saadatabadi L, Mohammadabadi M, Amiri Z, et al. (2021) Signature selection analysis reveals candidate genes associated with production traits in Iranian sheep breeds. BMC Vet Res 17 (1), 1-9.
Nei M, Gojobori T (1986) Simple methods for estimating the numbers of synonymous and nonsynonymous nucleotide substitutions. Mol Biol Evol 3(5), 418-426.
Luna AP, Rodríguez-Negrete EA, Morilla G, et al. (2017) V2 from a Curtovirus is a suppressor of post-transcriptional gene silencing. J GenVirol 98, 2607-2614.‏
Raja P, Sanville CB, Buchman CR, Bisaro D (2008) Viral genome methylation as an epigenic defence against geminiviruses. J Virol 82, 8997-9007.
Rojas MR, Hagen C, Lucas WJ, Gilbertson RL (2005) Exploiting chinks in the plants armor: evolution and emergence of geminiviruses. Annu Rev Phytopathol 43, 361-394.
Rozas J, Sánchez-DelBarrio JC, Messeguer X, Rozas R (2003) DnaSP, DNA polymorphism analyses by the coalescent and other methods. Bioinformatics 19, 2496-2497.
Sherwin WB (2010) Entropy and information approaches to genetic diversity and its expression: genomic geography. Entropy 12, 1765-1798.
Soleimani R, Matic S, Taheri H, et al. (2013) The unconventional geminivirus Beet curly top Iran virus: Satisfying koch's postulates and determining vector and host range. Ann Appl Biol 162(2), 174-181.‏
Tahmasebi A, Afsharifar A, Heydari A, Mehrabadi M (2018) Evolutionary features of 8K (KDa) silencing suppressor protein of Potato mop-top virus. Mol Biol Res Commun 7(1), 43.‏
Tamura K, Nei M (1993) Estimation of the number of nucleotide substitutions in the control region of mitochondrial DNA in humans and chimpanzees. Mol Biol Evol 10(3), 512-526.
Yang Z (1994) Maximum likelihood phylogenetic estimation from DNA sequences with variable rates over sites: approximate methods. J Mol Evol 39, 306-314.
Yıldırım K, Kavas M, Kaya R, et al. (2022) Genome-based identification of beet curly top Iran virus infecting sugar beet in Turkey and investigation of its pathogenicity by agroinfection. J Virol Methods 300, 114380.
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 15، شماره 4
آذر 1402
صفحه 43-60

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار