यहां हम एक Aspergillus flavus विकास और मक्का एक रोधी प्रोटीन व्यक्त गुठली में aflatoxin उत्पादन का विश्लेषण करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं । एक GFP-व्यक्त एक. flavus तनाव का उपयोग हम संक्रमण और वास्तविक समय में परिपक्व गुठली में कवक के प्रसार पर नजर रखी । परख तेजी से, विश्वसनीय है, और reproducible ।
खाद्य और फ़ीड फसलों में Aflatoxin संदूषण दुनिया भर में एक बड़ी चुनौती है । Aflatoxins, कवक Aspergillus flavus (ए. flavus) द्वारा उत्पादित शक्तिशाली कैंसर है कि काफी हद तक मक्का में फसल मूल्य और अन्य तेल मानव और पशु स्वास्थ्य के लिए गंभीर खतरा खड़ी के अलावा मूंगफली की तरह समृद्ध फसलों को कम कर रहे हैं । पारंपरिक प्रजनन, प्रतिरोध जुड़े प्रोटीन की ट्रांसजेनिक अभिव्यक्ति सहित विभिंन दृष्टिकोण, और आरएनए हस्तक्षेप (RNAi)-आधारित मेजबान-प्रेरित जीन मुंह बंद करने के महत्वपूर्ण ए flavus जीन लक्ष्य, को बढ़ाने के लिए मूल्यांकन किया जा रहा है अतिसंवेदनशील फसलों में aflatoxin प्रतिरोध । पिछले अध्ययनों में ए. flavus रोगजनन और aflatoxin उत्पादन में α-amylase की एक महत्वपूर्ण भूमिका दर्शाई गई है, इस जीन/एंजाइम का सुझाव है कि दोनों ए. flavus वृद्धि और aflatoxin उत्पादन को कम करने के लिए एक संभावित लक्ष्य है । इस संबंध में, वर्तमान अध्ययन heterologous अभिव्यक्ति का मूल्यांकन करने के लिए किया गया था (के गठन CaMV 35S प्रवर्तक के नियंत्रण में) एक Lablab purpureus एल α-amylase अवरोधक की तरह प्रोटीन (AILP) के खिलाफ मक्का में . flavus. AILP एक ३६-केडीए प्रोटीन है, जो ए. flavus α-amylase एंजाइम का प्रतिस्पर्धी अवरोधक है और लेक्टिन – arcelin – α-amylase अवरोधक आम बीन में प्रोटीन परिवार के अंतर्गत आता है. इन विट्रो अध्ययनों से पहले वर्तमान काम करने के लिए एक. flavus α-amylase गतिविधि और कवक विकास के निषेध में AILP की भूमिका का प्रदर्शन किया था । कवक विकास और परिपक्व गुठली में aflatoxin उत्पादन एक GFP-व्यक्त ए flavus तनाव का उपयोग कर वास्तविक समय में निगरानी की गई । इस कर्नेल स्क्रीनिंग परख (केएसए) स्थापित करने के लिए बहुत आसान है और संक्रमण पर विश्वसनीय और reproducible डेटा प्रदान करता है और प्रसार की हद है कि जर्मप्लाज्म और ट्रांसजेनिक लाइनों के मूल्यांकन के लिए quantified जा सकता है । GFP तनाव से प्रतिदीप्ति कवक विकास को बारीकी से संबंधित है और विस्तार से, यह aflatoxin मूल्यों को अच्छी तरह से संबंधित है । वर्तमान कार्य का लक्ष्य aflatoxin प्रतिरोध बढ़ाने के लिए मक्का जैसी व्यावसायिक रूप से महत्वपूर्ण फसल में इस पिछले ज्ञान को लागू करना था. हमारे परिणाम एक 35%-AILP में एक. flavus विकास में 72% कमी-एक्सप्रेस ट्रांसजेनिक मक्का गुठली जो, बारी में, एक 62% में अनुवाद-88% aflatoxin के स्तर में कमी दिखाते हैं ।
कवक पीढ़ी, Aspergillus, फ़्यूज़ेरियम, Penicillium, और ओल्टेर्नेरिया द्वारा Mycotoxin संदूषण खाद्य और फ़ीड फसलों की एक बड़ी समस्या है वर्ल्डवाइड1,2,3। इन phytopathogenic कवक के बीच, Aspergillus फसल मूल्य और मानव और पशु स्वास्थ्य पर सबसे अधिक प्रतिकूल प्रभाव पड़ता है । Aspergillus flavus (ए. flavus) एक अवसरवादी संयंत्र रोगज़नक़ कि मक्का, बिनौला और मूंगफली के रूप में तेल समृद्ध फसलों को संक्रमित है और शक्तिशाली यलो, aflatoxins, साथ ही कई विषाक्त माध्यमिक चयापचयों (एसएमएस) का उत्पादन । मक्का एक महत्वपूर्ण खाद्य और फ़ीड फसल दुनिया भर में उगाया जाता है और अत्यधिक flavusद्वारा प्रदूषित करने के लिए अतिसंवेदनशील है । खो देता है और मक्का में कम मूल्य पर aflatoxin संदूषण के आर्थिक प्रभाव के रूप में ज्यादा के रूप में $६८६.६ करोड़ डॉलर/वैश्विक जलवायु में परिवर्तन की भविष्यवाणी के साथ अमेरिका2 में वर्ष हो सकता है, aflatoxins के प्रभाव के साथ मक्का में अधिक से अधिक आर्थिक नुकसान में परिणाम सकता है निकट भविष्य में2के रूप में उच्च के रूप में $१.६८ अरब डॉलर/ मनुष्यों और पशुधन में aflatoxins के प्रतिकूल आर्थिक और स्वास्थ्य संबंधी प्रभावों को देखते हुए मक्का में पूर्व-फसल aflatoxin नियंत्रण खाद्य और फीड उत्पादों में aflatoxin संदूषण को रोकने का सबसे कारगर तरीका हो सकता है ।
पिछले कुछ दशकों में बड़े पैमाने पर इस्तेमाल किया गया है कि मक्का में aflatoxin प्रतिरोध के लिए प्रमुख पूर्व फसल नियंत्रण दृष्टिकोण प्रजनन है, जो समय4की एक महत्वपूर्ण राशि की आवश्यकता है के माध्यम से मुख्य रूप से है । हाल ही में, नियंत्रण बड़े पैमाने पर क्षेत्र अनुप्रयोगों5,6में aflatoxin कमी में कुछ सफलता मिली है । इसके अलावा, अत्याधुनिक आणविक उपकरणों के अनुप्रयोग जैसे ‘ होस्ट प्रेरित जीन मुंह बंद करने ‘ (HIGS) के माध्यम से RNAi और प्रतिरोध के ट्रांसजेनिक अभिव्यक्ति-संबंधित प्रोटीन के रूप में कुछ सफलता मिली है एक. flavus वृद्धि और aflatoxin की कमी में छोटे पैमाने पर प्रयोगशाला और क्षेत्र की पढ़ाई में उत्पादन. इन दृष्टिकोण वर्तमान में भविष्य में हेरफेर के लिए नई क्षमता ए flavus जीन लक्ष्यों की पहचान करने के अलावा अनुकूलित किया जा रहा है ।
जीन है कि सीधे mycotoxin उत्पादन में ट्रांसजेनिक नियंत्रण रणनीतियों के संभावित लक्ष्यों के रूप में शामिल कर रहे है के अलावा, कवक amylases प्रारंभिक चरणों के दौरान सफल रोगजनन और mycotoxin उत्पादन बनाए रखने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते दिखाया गया है मेजबान संयंत्र के संक्रमण के । कुछ उदाहरणों में शामिल है Pythium pleroticum (कारण अदरक प्रकंद सड़ांध का एजेंट), फ़्यूज़ेरियम सोलानी (फूलगोभी के कारण एजेंट टूटेगी), जहां pathogenicity और α-amylase अभिव्यक्ति और गतिविधि के बीच सकारात्मक सहसंबंध मनाया गया 7,8. α-amylase गतिविधि या तो जीन नॉकआउट या पछाड़ना दृष्टिकोण के माध्यम से निषेध नकारात्मक कवक विकास और विष उत्पादन को प्रभावित करता है । flavus के एक α-amylase नॉकआउट उत्परिवर्ती aflatoxins जब स्टार्च सब्सट्रेट या रोगाणुओं मक्का गुठली9पर हो उत्पादन करने में असमर्थ था । इसी तरह, फ़्यूज़ेरियम verticillioides में एक α-amylase पीटकर तनाव मक्का गुठली10के संक्रमण के दौरान fumonisin बी1 (mycotoxin) का उत्पादन करने में विफल रहा । एक और अधिक हाल के अध्ययन में, गिल्बर्ट एट अल (२०१८) का प्रदर्शन किया है कि एक RNAi आधारित दस्तक के नीचे एक. flavus α-amylase अभिव्यक्ति HIGS के माध्यम से काफी कम एक. flavus वृद्धि और मक्का कर्नेल संक्रमण के दौरान aflatoxin उत्पादन11 .
α-amylase गतिविधि के विशिष्ट अवरोधकों भी नीचे से प्राप्त के रूप में इसी तरह के परिणाम का उत्पादन किया है α-amylase अभिव्यक्ति के विनियमन । फंगल प्रतिरोध में एक α-amylase अवरोधक की भूमिका पर पहली रिपोर्ट अलगाव और एक 14 के लक्षण वर्णन से आया है-केडीए trypsin-α-amylase अवरोधक मक्का लाइनों से एक. flavus12के लिए प्रतिरोधी । Fakhoury और Woloshuk द्वारा संयंत्र प्रजातियों के कई सैकड़ों के आगे स्क्रीनिंग एक ३६ की पहचान करने के लिए नेतृत्व किया-केडीए α-amylase अवरोधक की तरह प्रोटीन (AILP) जलकुंभी सेम के बीज से, Lablab purpureus L.13. AILP के पेप्टाइड अनुक्रम लेक्टिन से संबंधित lectins सदृश-arcelin-α-amylase अवरोध करनेवाला परिवार आम बीन14,15में सूचना दी । शुद्ध AILP स्तनधारी trypsin के प्रति किसी भी निरोधात्मक गतिविधि प्रदर्शित नहीं करता है और आगे इन विट्रो लक्षण वर्णन में एक. flavus वृद्धि और conidial अंकुरण13की महत्वपूर्ण बाधा दिखाई । यहां प्रस्तुत रिपोर्टों स्पष्ट रूप से पता चलता है α-amylase नियंत्रण के दृष्टिकोण में एक लक्ष्य के रूप में सेवा कर सकते है रोगजनकों या कीट है कि स्टार्च जुड़ाव पर निर्भर प्रतिबंधित (α-amylase गतिविधि के माध्यम से) और एक ऊर्जा के स्रोत के रूप में घुलनशील शर्करा के अधिग्रहण के दौरान उनके मेजबान संयंत्रों के साथ रोगजनक बातचीत ।
अल्फा-amylase एक. flavus pathogenicity9,10,11में महत्वपूर्ण माना जाता है, और एक शक्तिशाली विरोधी के रूप में AILP के महत्व को देखते हुएएक. flavus एजेंट (α-amylase निषेध/antigrowth)13, हमने CaMV 35S प्रवर्तक के अंतर्गत Lablab AILP जीन व्यक्त करने वाले ट्रांसजेनिक मक्का संयंत्रों का सृजन किया । इस लक्ष्य की जांच अगर मक्का में इस α-amylase अवरोधक के heterologous अभिव्यक्ति ए. flavus रोगजनन और aflatoxin उत्पादन के खिलाफ मक्का कर्नेल संक्रमण के दौरान प्रभावी है के लिए किया गया था । हमारे परिणाम प्रदर्शित करता है कि ट्रांसजेनिक मक्का कर्नेल AILP काफी कम एक flavus वृद्धि और कर्नेल संक्रमण के दौरान aflatoxin उत्पादन व्यक्त ।
रोगजनकों और कीटों के कारण कृषि फसलों में उपज घाटा एक वैश्विक समस्या है। वर्तमान में, सिंथेटिक कवक और कीटनाशकों के आवेदन संयंत्र रोगजनकों और कीट को नियंत्रित करने के लिए प्रमुख साधन है, लेकिन भ…
The authors have nothing to disclose.
हम डेविड Meints, Arkansas विश्वविद्यालय के विकास और प्रारंभिक पीढ़ियों के दौरान ट्रांसजेनिक मक्का का विश्लेषण करने में उनकी सहायता के लिए धंयवाद । यह काम USDA-ARS CRIS परियोजना 6054-42000-025-00D के वित्तीय सहायता प्राप्त की । इस लेख में व्यापार के नाम या वाणिज्यिक उत्पादों का उल्लेख केवल विशिष्ट जानकारी प्रदान करने के उद्देश्य के लिए है और अमेरिका के कृषि विभाग द्वारा सिफारिश या समर्थन मतलब नहीं है । USDA-‘ ARS समान रोजगार के अवसर (EEO) नीति जनादेश सभी व्यक्तियों के लिए समान अवसर और एजेंसी के कर्मियों की नीतियों, प्रथाओं के सभी पहलुओं में भेदभाव पर प्रतिबंध लगाता है, और संचालन ।
Agar | Caisson | ||
Amazing Marine Goop | Eclectic Products | ||
C1000 Touch CFX96 Real-Time System | Bio-Rad | ||
Corning Falcon Tissue Culture Dishes, 60 mm | Fisher Scientific | 08-772F | |
Eppendorf 5424 Microcentrifuge | Fisher Scientific | ||
Erlenmeyer flask with stopper, 50 mL | Ace Glass | 6999-10 | |
Ethanol | |||
FluoroQuant Afla | Romer Labs | COKFA1010 | |
Fluted Qualitative Filter Paper Circles, 15 cm | Fisher Scientific | 09-790-14E | |
Force Air Oven | VWR | ||
FQ-Reader | Romer Labs | EQFFM3010 | |
Geno/Grinder 2010 | OPS Diagnostics | SP 2010-115 | |
Innova 44 Incubator Shaker | Brunswick Scientific | ||
iScript cDNA Synthesis Kit | Bio-Rad | 1708890 | |
liquid Nitrogen | |||
Low Form Griffin Beakers, 100 mL | DKW Life Sciences | 14000-100 | |
Methanol | |||
Methylene Chloride | |||
Nexttec 1-step DNA Isolation Kit for Plants | Nexttec | 47N | |
Nikon Eclipse E600 microscope with Nikon DS-Qi1 camera | Nikon | ||
Nikon SMZ25 stereomicroscope with C-HGFI Episcopic Illuminator and Andor Zyla 4.2 sCMOS camera | Nikon | ||
Nunc Square BioAssay Dishes | ThermoFisher Scientific | 240835 | |
Phire Plant Direct PCR Kit | ThermoFisher Scientific | F130WH | |
Polycarbonate Vials, 15 ml | OPS Diagnostics | PCRV 15-100-23 | |
Potato Dextrose Broth | |||
Snap Cap, 22 mm | DKW Life Sciences | 242612 | |
Sodium Phosphate dibasic heptahydrate | Sigma-Aldrich | ||
Sodium Phosphate monobasic | Sigma-Aldrich | ||
Spectrum Plant Total RNA Kit | Sigma-Aldrich | STRN50 | |
Stainless Steel Grinding Balls, 3/8'' | OPS Diagnostics | GBSS 375-1000-02 | |
Stir Plate | |||
Synergy 4 Fluorometer | Biotek | ||
T100 Thermal Cycler | Bio-Rad | ||
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T-9284 | |
V8 juice | Campbell's | ||
Whatman Qualitative Grade Plain Sheets, Grade 3 | Fisher Scientific | 09-820P | |
Wrist-Action Shaker | Burrell Scientific |