ساختار و تنوع ژن‌های پپتیدسنتتاز غیرریبوزومی (NRPS) در ژنوم Colletotrichum lindemuthianum، عامل آنتراکنوز لوبیا

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زیست شناسی، دانشکده علوم، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

2 گروه ژنتیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

3 گروه علوم گیاهی، ساختمان کشاورزی، دانشگاه مانیتوبا، کانادا

10.22034/ijpp.2026.2021891.510

چکیده

متابولیت‌های ثانویه قارچ‌ها، به‌ویژه پپتیدهای غیرریبوزومی(NRPs)، از مهم‌ترین فاکتورهای بیماری‌زایی و سازگاری اکولوژیکی این موجودات به‌شمار می‌روند. این ترکیبات عمدتاً توسط آنزیم‌های پپتیدسنتتاز غیرریبوزومی (NRPS) سنتز می‌شوند که قادر به استفاده از طیف گسترده‌ای از آمینواسیدها و تولید مولکول‌هایی با فعالیت‌های زیستی قوی هستند. در این پژوهش برای اولین بار ژنوم قارچ بیماری‌زایColletotrichum lindemuthianum ، عامل آنتراکنوز لوبیا (Phaseolus vulgaris)، از نظر خوشه‌های ژنی بیوسنتزی پپتیدهای غیرریبوزومی (NRPS) مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از ترکیبی از آنالیزهای ژنومیکی، ۱۴ ژن NRPS شناسایی شد که شامل ۶ ژن تک‌مدولی و ۸ ژن چندمدولی بود. آنالیز ساختار دمینی نشان داد که ۴ ژن چندمدولی به‌جای دمین تراکمی معمول، با دمین PP و در یک مورد با دمین اپیمریزاسیون خاتمه می‌یابند؛ ساختاری که مکانیسم‌های غیرمعمول آزادسازی پپتید را پیشنهاد می‌کند. آنالیز فیلوژنتیکی دمین‌های آدنیلاسیون، ۱۴ کلاد مجزا ایجاد کرد که برخی از آن‌ها (NRPS1، NRPS4 و NRPS8) با NRPSهای شناخته‌شده در تولید آپیسیدین و سیدروفور همولوژی بالایی نشان دادند. این یافته‌ها تنوع بالای مسیرهای بیوسنتزی متابولیت‌های ثانویه در C. lindemuthianum را نشان می‌دهد که احتمالاً در اختصاصیت میزبان، جذب آهن و بیماری‌زایی نقش کلیدی دارند. نتایج این پژوهش زیربنای مهمی برای مطالعات عملکردی آینده (حذف ژن، متابولومیکس و آزمون‌های بیماری‌زایی) فراهم می‌کند تا نقش دقیق این خوشه‌ها در چرخه بیماری‌زایی و برهم‌کنش پاتوژن–میزبان روشن شود و به توسعه راهبردهای نوین کنترل بیولوژیک آنتراکنوز لوبیا کمک کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Structural diversity and biosynthetic gene clusters of non-ribosomal peptide synthetases (NRPS) in the genome of Colletotrichum lindemuthianum, the causal agent of common bean anthracnose

نویسندگان [English]

  • Leila Shabani 1
  • Motahare Fatehi 1
  • Somayeh Reiisi 2
  • Mohammad Sayari 3
1 Department of Plant Science, Faculty of Science, Shahrekord University, Iran
2 Department of Genetics, Faculty of Basic Sciences, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
3 Department of Plant Science, Agriculture Building, University of Manitoba, Winnipeg, Canada
چکیده [English]

Secondary metabolites of fungi, particularly non-ribosomal peptides (NRPs), are key virulence and ecological adaptation factors. These compounds are primarily synthesized by giant non-ribosomal peptide synthetases (NRPSs), which can incorporate a wide range of amino acids, including non-proteinogenic and D-amino acids, to produce molecules with potent biological activities. In this study, the genome of the phytopathogenic fungus Colletotrichum lindemuthianum, the causal agent of common bean anthracnose (Phaseolus vulgaris), was analyzed for the first time for NRPS biosynthetic gene clusters. Using a combination of genomic analyses, 14 NRPS genes were identified, comprising 6 single-module and 8 multi-module genes. Domain analysis revealed that four multi-module NRPSs unusually terminate with a PP domain instead of the typical condensation domain, while one terminates with an epimerization domain, suggesting alternative peptide release mechanisms. Phylogenetic analysis of adenylation domains formed 14 distinct clades, several of which (NRPS1, NRPS4 and NRPS8) displayed high homology with known NRPSs involved in apicidin and siderophore production. These findings highlight the considerable diversity of secondary metabolite pathways in C. lindemuthianum, which likely contributes to host specificity, iron acquisition, and pathogenicity. The results provide a critical foundation for future functional studies (gene knockouts, metabolomics, and virulence assays) to elucidate the precise roles of these clusters in the pathogen–host interaction and to develop novel biological control strategies for bean anthracnose.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Apicidin
  • Colletotrichum lindemuthianum
  • Non-ribosomal peptides
  • Pathogenicity
  • Siderophore