کاربرد بارکدگذاری DNA توسط مارکر ریبوزومی ITS در شناسایی و طبقه بندی مولکولی قارچ‌های اکتومیکوریز

نوع مقاله : نامه‌های علمی

نویسندگان

1 دانش آموخته دکترا، گروه بیماری‌شناسی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس و پژوهشگر مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه بیماری‌شناسی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 استاد، گروه بیماری‌شناسی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

4 پژوهشگر، مؤسسه تحقیقات جنگلها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

چکیده

همزیستی اکتومیکوریزایی، همزیستی گسترده میان قارچ‌های خاکزی و ریشه‌های درختان جنگلی می‌باشد که در استقرار و عملکرد گیاهان در اکوسیستم‌های جنگلی نقش مهمی ایفا می‌کند. شناسایی قارچ­های اکتومیکوریز، گام نخست تمام مطالعات مرتبط با این همزیستی بوده و برای بهره‌برداری از حداکثر پتانسیل آن در مدیریت جنگل امری ضروری­ست. در دهه اخیر، تکنیک­های مولکولیِ آنالیزِ DNA برای حل چالش­های تاکسونومی مرتبط با شناسایی قارچ­های اکتومیکوریز در سطح نوک ریشه­های به دست آمده از عرصه، بخصوص وقتی داده­های ریخت شناسی متمایزکننده نبوده، استفاده شده است. تحقیق حاضر با هدف معرفی و تایید کارآیی آنالیزهای مولکولی DNA و مطالعات فیلوژنی در شناسایی قارچ‌های اکتومیکوریزِ درختان بلوط (Quercus sp.) در جنگل‌های شمال کشور اجرا شد. در بازدید از این جنگل­ها، نوک‌ریشه‌های اکتومیکوریزایی درختان بلوط جمع‌آوری و برای شناسایی مولکولی قارچ­ها ناحیه ITS1-5.8S-ITS2 با آغازگرهای گونه‌های قارچی، تکثیر و تعیین توالی شد. سپس تجزیه و تحلیل فیلوژنتیکی آنها به همراه توالی‌های موجود در پایگاه­های معتبر با روش بیس (Bayesian method) صورت گرفت که نتیجه آن شناسایی 49 تاکسون مختلف از قارچ­های اکتومیکوریز متعلق به 13 جنس بود. این بررسی نشان داد جمعیت متنوعی از قارچهای اکتومیکوریز در جنگل­های هیرکانی همراه درختان بلوط وجود دارد و استفاده از توالی ناحیه ITS rDNA ابزاری دقیق و ارزشمند جهت شناسایی این قارچ­ها در عرصه­های جنگلی ایران است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Application of DNA barcoding using ribosomal ITS marker for the identification and molecular taxonomy of ectomycorrhizal fungi

نویسندگان [English]

  • Seyyedeh Masoumeh Zamani 1
  • Naser Zamani 2
  • Ebrahim Mohammadi Goltape 3
  • Mohammad Reza Arefipoor 4
1 Ph.D., Department of Plant Pathology, College Agricalture, Tarbiat Modares University and Research Expert, Research Institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran
2 Associate Prof., Department of Plant Pathology, Faculty of Agricalture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 Prof., Department of Plant Pathology, Faculty of Agricalture, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
4 Research Expert, Research Institute of Forests and Rangelands, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran
چکیده [English]

Ectomycorrhizal associations between soil fungi and the roots of forest trees are almost universal and play
an important role in the establishment and function of these plants in forest ecosystems. Identification of
ectomycorrhizal fungi is the first step of all studies related to this symbiosis and is essential to exploit its
maximum potential in forest management. In the last decade, molecular DNA analysis techniques have been
used to solve the systematic challenges associated with the identification of ectomycorrhizal fungi at root tips
obtained from the ecosystems, especially when the morphological data are not distinctive. The present study
was designed with the aim of using ITS rDNA sequences and and their molecular phylogenetic analyses to
identify the ectomycorrhizal fungi associating with oak trees (Quercus sp.) in the northern forests of Iran. In
present study, ectomycorrhizal root tips of oak trees were collected for molecular identifications. Molecular
analysis involved sequencing of ITS1-5.8S-ITS2 region and Bayesian phylogenetically analysis with other
sequences on website databases. A total of 49 taxa of ectomycorrhizal fungi belonging to 13 genera were
identified. This study documented high ectomycorrhizal diversity in Hyrcanian forests in association with oak
trees, and confirmed ITS sequences have reliable divergence useful in ectomycorrhizal fungi delimitation in
forests.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Molecular taxonomy
  • Ectomycorrhizal fungi
  • Hyrcanian forests

مراجع

- زمانی، س. م.، 1393. شناسایی قارچ‌های اکتومیکوریز درختان بلوط در برخی جنگل­های ایران و بررسی پروفایل متابولیکی و ترنسکریپتومیکی ریشه‌های همزیست Quercus castaneifolia. رساله دکترا، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، 228 صفحه.
- شرافتی، م.، کاظم‌پور اوصالو، ش.، خوش‌سخن مظفر، م.، اسماعیل بگی، ش. و سعادتی، ن.، 1393. تبارزایی جنس گل فراموشم مکن (Myosotis, Boraginaceae)  بر اساس توالی‌ هسته‌ای nrDNA ITS. تاکسونومی و بیوسیستماتیک، 6 (19): 85-96.
- Agerer, R., 1986-2006. Colour Atlas of Ectomycorrhizae. Einhorn- Verlag Eduard Dietenberger, München.
- Altschul, S.F., Madden, T.L., Schaffer, A.A., Zhang, J., Zhang, Z., Miller, W. and Lipman D., 1997. Gapped BLAST and PSIBLAST: a new generation of protein database search programs. Nucleic Acids Research, 25: 3389–3402.
- Avis, P.G., McLaughlin, C.J., Dentinger, B.C. and Reich, P.B., 2003. Longterm increase in nitrogen supply alters above- and belowground ectomycorrhizal communities and increases the dominance of Russula spp. in a temperate oak savanna. New Phytologist, 160: 239–253.
- Avis, P.G., Mueller, G.M. and Lussenhop, J., 2008. Ectomycorrhizal fungal communities in two North American oak forests respond to nitrogen addition. New Phytologist, 179: 472–483.
- Brundrett, M., Bougher, N., Dell, B., Grove, T. and Malajczuk, N., 1996. Working with mycorrhizas in forestry and agriculture. Australian Centre for International Agricultural Research, Canberra, 374p.
- Burke, D.J., Martin, K.J., Rygiewicz, P.T and Topa, M.A., 2005. Relative abundance of ectomycorrhizas in a managed loblolly pine (Pinus taeda) genetics plantation as determined through terminal restriction fragment length polymorphism profiles. Canadian Journal of Botany, 84: 924-932.
- Courtecuisse, R., 1999. Mushrooms of Britain and Europe. Harper Collins, London, 960p.
- Dahlberg, A., 2001. Community ecology of ectomycorrhizal fungi: an advancing interdisciplinary field. New Phytologist, 150: 555-562.
- Dickie, I.A. and Reich, P.B., 2005. Ectomycorrhizal fungal communities at forest edges. Journal of Ecology, 93: 244–255.
- Gardes, M. and Bruns, T.D., 1993. ITS primers with enhanced specificity for basidiomycetes– application to the identification of mycorrhizae and rusts. Molecular Ecology, 2: 113-118.
- Hawley, G.L., 2006. Ectomycorrhizal characterisation, species diversity and community dynamics in Pinus patula plantations. PhD thesis, Rhodes University, 206p.
- Ingleby, K., Mason, P.A., Last, F.T. and Fleming, L.V., 1990. Identification of ectomycorrhizas. ITE Research Publication 5. Her Majesty’s Stationary Office. London, UK, 112p.
- Iotti, M., Barbieri, E., Stocchi, V.and Zambonelli, A., 2005. Morphological and molecular characterisation of mycelia of ectomycorrhizal fungi in pure culture. Fungal Diversity, 19: 51-68.
- Jargeat, P., Martos, F., Carriconde, F., Gryta, H., Moreau, P.A. and Gardes, M., 2010. Phylogenetic species delimitation in ectomycorrhizal fungi and implications for barcoding: the case of the Tricholoma scalpturatum complex (Basidiomycota). Molecular Ecology, 19: 5216–5230.
- Jonsson, L., Dahlberg, A., Nilsson, M., Zackrisson, O. and Karen, O., 1999. Ectomycorrhizal fungal communities in late-successional Swedish boreal forests, and their composition following wildfire. Molecular Ecology, 8: 205-215.
- Kõljalg, U., Larsson, K.H., Abarenkov, K., Nilsson, R.H., Alexander, I.J., Eberhardt, U., Erland, S., Hoiland, K., Kjoller, R., Larsson, E., Pennanen, T., Sen, R., Taylor, A.F.S., Tedersoo, L., Vralstad, T. and Ursing, B.M., 2005. UNITE: a database providing web-based methods for the molecular identification of ectomycorrhizal fungi. New Phytologist, 166: 1063-1068.
- Morris, M.H., Perez-Perez, M.A., Smith, M.E. and Bledsoe, C.S., 2009. Influence of host species on ectomycorrhizal communities associated with two co-occurring oaks (Quercus spp.) in a tropical cloud forest. FEMS Microbiology Ecology, 69:274–287.
- Morris, M.H., Smith, M.E., Rizzo, D.M., Rejmánek, M. and Bledsoe, C.S., 2008. Contrasting ectomycorrhizal fungal communities on the roots of co-occurring oaks (Quercus spp.) in a California woodland. New Phytologist, 178: 167–176.
- Nilsson, R.H., Kristiansson, E., Ryberg, M., Hellenberg, N. and Larsson, K.H., 2008. Intraspecific ITS variability in the kingdom Fungi as expressed in the international sequence databases and its implications for molecular species identification. Evolutionary Bioinformatics, 4: 193–201.
- Richard, F., Millot, S., Gardes, M. and Selosse, M.A., 2005. Diversity and specificity of ectomycorrhizal fungi retrieved from an old-growth Mediterranean forest dominated by Quercus ilex. New Phytologist, 166: 1011–1023.
- Ronquist, F. and Huelsenbeck, J.P., 2003. MrBayes 3: Bayesian phylogenetic inference under mixed models. Bioinformatics, 19: 1572-1574.
- Scattolina, L., Lancellotti, E., Franceschini, A. and Montecchio, L., 2014. The ectomycorrhizal community in Mediterranean old-growth Quercus ilex forests along an altitudinal gradient. Plant Biosystems, 148(1): 74-82.
- Smith, M.E., Douhan, G.W. and Rizzo, D.M., 2007. Ectomycorrhizal community structure in a xeric Quercus woodland based on rDNA sequence analysis of sporocarps and pooled roots. New Phytologist, 174: 847–863.
- Taylor, J.W., Turner, E., Pringle, A., Dettman, J. and Johannesson, H., 2007. Fungal species: thoughts on their recognition, maintenance and selection. In: Gadd, G.M., Watkinson, S.C. and Dyer, P.S. (Eds.). Fungi in the Environment. Cambridge University Press, Cambridge. pp. 313–339.
- Thornhill, D.J., LaJeunesse, T.C., Kemp, D.W., Fitt, W.K. and Schmidt, G.W., 2006. Multi-year, seasonal genotypic surveys of coral-algal symbiosis reveal prevalent stability or post-bleaching reversion. Molecular Biology and Evolution, 148: 711- 722.
- Timling, I., Dahlberg, A., Walker, D.A., Gardes, M., Charcosset, J.Y., Welker, J.M. and Taylor, D.L., 2012. Distribution and drivers of ectomycorrhizal fungal communities across the North American Arctic. Ecosphere, 3:art111.
- van der Westhuizen, G.C.A. and Eicker, A., 1994. Field Guide: Mushrooms of Southern Africa. Struik Publishers, Cape Town, 207p.
- Walker, J.F., Miller, O.K. and Horton, J.L., 2005. Hyperdiversity of ectomycorrhizal fungus assemblages in mixed forests in the southern Appalachian Mountains. Molecular Ecology, 14: 829–838.
- Weiβ, M., Yang, Z.L. and Oberwinkler, F., 1998. Molecular phylogenetic studies in the genus Amanita. Canadian Journal of Botany 76: 1170–1179.
- White, T.J., Brun,s T.D., Lee, S. and Taylor, J.W., 1990. Amplification and direct sequencing of fungal ribosomal RNA genes for phylogenetics. In: Innis, M.A., Gelfand, D.H., Sninsky, J.J. and White, T.J. (Eds.) PCR protocols: a guide to methods and applications. Academic Press, San Diego. pp. 315-322.
طبیعت ایران
دوره 3، شماره 2 - شماره پیاپی 9
خرداد و تیر 1397
صفحه 22-29

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار