Investigating RNA interference, cross-kingdom RNA exchange and antioxidant response in Nicotiana benthamiana-Fusarium verticillioides phytopathosystem

Abstract

Fusarium verticillioides, fitopatojenler içinde önemli bir mikotoksijenik mantardır. Sürdürülebilir tarım için F. verticillioides ile mücadele etmek için etkili ve uzun vadeli stratejiler kullanmak çok önemlidir. RNA interferansı(RNAi), bitki-patojen etkileşimi sırasında bitkinin doğal savunma mekanizması olarak biyotik streste etkili rol oynamaktadır. Bu araştırmada, bitkilerdeki RNAi mekanizmasını ve F. verticillioides'e karşı bitki bağışıklık cevabının moleküler seviyede araştırmak için F. verticillioides-N. benthamiana fito-patosistemi kullanıldı. 5-6 yaprak evresindeki N. benthamiana bitkileri, 1010 spor/ml F. verticilliodes inokulumu ile muamele edildi. Kontrol grubu bitkileri, spor inokulumu yerine su ile muamele edildi. İnokulumdan 14 gün sonra, antioksidan enzim aktivitesi, toplam klorofil tayini, toplam fenolik içerik tayini, toplam protein içeriği, mikroskobik gözlemler ve RNA izolasyonu analizi için tam gelişmiş 4. ve 5. yapraklar hasat edildi. Patojenite sırasında RNAi mekanizmasında ve türler arası RNA değişiminde yer alan genlerin belirlenmesi için, mikroRNA(miRNA)' ların ve tahmin edilen hedef genlerinin(mRNA) ve uzun kodlamayan RNA(lncRNA)' ların dizileri miRBase ve patojen-konak etkileşimi (PHI-base) veri tabanlarından elde edildi. miRNA, lncRNA ve mRNA'nın rekabetçi endojen RNA (ceRNA) düzenleyici ağını oluşturmak için psRNATarget kullanıldı ve gen ekspresyon seviyelerini değerlendirmek için qRT-PCR kullanıldı. Sonuç olarak, N. benthamiana bitkisinde F. verticillioides'e karşı; toplam fenolik ve toplam klorofil içeriği, glutathione reductase enzim aktivitesinde, mikroskobik incelemelerde ve ekspresyon seviyeleri ölçülen ceRNA düzenleyici ağında yer alan IPS1, miR172, ve AP2'de kontrol grubuna göre istatistiksel önemli bulgular elde edilmiştir. Bu çalışma, TÜBİTAK 221O321 numaralı proje ile desteklenmiştir.Fusarium verticillioides is an important mycotoxigenic fungus in phytopathogens. And it is crucial for sustainable agriculture to employ effective and long-term strategies for managing F. verticillioides. RNA interference (RNAi) has emerged as plant natural defence mechanism during the plant pathogen interaction. In this research, the F. verticillioides-N. benthamiana phyto-pathosystem was utilized to investigate the mechanism of RNAi and the molecular control of the plant immune response to F. verticillioides. 5-6 leaves stage N. benthamiana plants were treated with 1010 spores/ml F. verticilliodes inoculum. The control group plants were treated with water instead of spore inoculum. After 14 days inoculation, fully developed 4th and 5th leaves were harvested for the analysis of the antioxidant enzyme activity, total phenolic content, total protein content, microscopic observations and RNA isolation. For identifying the genes involved in the RNAi process and cross-kingdom RNA exchange during pathogenicity, the sequences of microRNAs, their predicted mRNAs, and long non-coding RNA were obtained from the miRBase and pathogen-host interaction (PHI-base) databases, respectively. The psRNATarget was used to construct the competitive endogenous RNA (ceRNA) regulatory network of miRNA, lncRNA, and mRNA, and qRT-PCR was utilized to evaluate their gene expression levels. As a result, against F. verticillioides in N. benthamiana, statistically significant results were obtained in total phenolic and total chlorophyll content, glutathione reductase enzyme activity, microscopic observations, and the expression levels of IPS1, miR172, and AP2 which are part of the ceRNA regulatory network. This work was supported by TUBITAK project number 221O321.