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Influence of Organic Fertilizers on the Transcriptome of Rosa Corymbifera Laxa Roots with Regard to Replant Disease

Carina Hieger

出版	2016
URL	http://books.google.com.hk/books?id=fcW4swEACAAJ&hl=&source=gbs_api

註釋

Verlangsamtes Wachstum und ein schwach entwickeltes Wurzelsystem sind Symptome, die bei Rosen auftreten, wenn sie in Erde gepflanzt werden, die bereits mit Rosengewächsen bewirtschaftet wurde. Dieser Effekt ist als Bodenmüdigkeit bekannt und ist vor allem für den kommerziellen Anbau ein ernstzunehmendes Problem. Die Ursache der spezifischen Bodenmüdigkeit ist noch nicht ausreichend untersucht, doch wissenschaftliche Studien legen nahe, dass die Interaktionen zwischen Pflanzen, Boden und Mikroorganismen eine entscheidende Rolle spielen. Im Zuge dieser Studie wurde daher mithilfe der vergleichenden Transkriptom-Analyse die Reaktion der Pflanze auf bestimmte Bodenbedingungen und Behandlungen untersucht. Rosa corymbifera Laxa Pflanzen wurden auf gesunden (keine vorhergegangene Rosenkultivierung) und auf müden (10 Jahre Rosenkultivierung) Boden gepflanzt und mit Melasse und Kompostextrakt behandelt. Zusätzlich wurden Kontrollpflanzen auf beiden Bodenarten nur mit Wasser gegossen. Nach 15 Wochen erfolgte die Extraktion der RNA. Daraus wurden anschließend cDNA libraries erstellt, welche mithilfe der Illumina Hiseq2500 Technologie sequenziert wurden. Die Anwendung bioinformatischer Werkzeuge ermöglichte es auf Basis der Sequenzdaten signifikante Unterschiede der Genexpression zwischen den einzelnen Versuchsreihen festzustellen. Die Untersuchung brachte beispielsweise hervor, dass 509 Gene, im Vergleich zwischen gesundem und müdem Boden, in den Rosenwurzeln signifikant differenziell exprimiert wurden. Nach der Analyse der differenziellen Genexpression wurden die Gene aufgrund ähnlicher Expressionsprofile in Cluster gegliedert. Um neben der Genannotation noch weitere Informationen zu erhalten, wurden die Gene Ontology (GO)-Beschreibungen ermittelt und KEGG Pathway Analysen durchgeführt. Manche Gene kodieren Proteine, die zum Beispiel in der Biosynthese von Phytohormonen, im Zucker-Stoffwechsel oder in der Reaktion auf Reize involviert sind. Durch die Analyse wurde eine Korrelation zwischen Melasse-Behandlung beziehungsweise Kompostextrakt-Behandlung und spezifischen Genexpressionsprofilen erkannt. Für den Beweis, dass die Düngemittel gegen die negativen Effekte der Rosenmüdigkeit eingesetzt werden können, sind weitere Experimente notwendig.*****When roses are repeatedly grown on sites where Rosaceae plants have previously been cultivated, they often show poor shoot and root development. This phenomenon of `rose replant disease ́ is a significant problem in commercial rose cultivation. While the underlying mechanisms are not well known, scientific evidence shows that plant-soil-microbial interactions are a critical factor. We have used a comparative transcriptomics approach to investigate the plant response to different soil conditions and treatment regimes in rose replant disease. For this, we extracted RNA from roots of Rosa corymbifera Laxa plants that were grown on `fresh ́ (no previous rose cultivation) and `sick ́ (10 years of rose cultivation) soil. They also received different treatments (for 15 weeks) of organic fertilizers, including molasses and compost extract. Additionally, control plants on both soil types were only treated with water, simulating normal conditions. RNA preparations were used for constructing cDNA libraries, which were sequenced using the Illumina Hiseq2500 technology. Comparative analysis of the root transcriptome allowed us to comprehensively characterize the plant response under specific soil and treatment conditions. For instance, we found 509 genes significantly differentially expressed in roots of rose plants grown on a `sick ́ versus `control ́ soil. After the measurement of differential expression, the genes with similar expression patterns were partitioned into clusters. In addition to the gene annotation, the GO terms of each gene were evaluated and a KEGG pathway analysis was performed. Some genes encode proteins involved in, for instance, phyto hormone biosynthesis, sugar metabolism, amino acid biosynthesis, and responses to different stimuli. The study allowed us to reveal a correlation between molasses treatment or compost extract treatment and different gene expression patterns. In order to confirm that the usage of organic fertilizers is beneficial against negative effects of rose replant disease, additional experimental tests are necessary.