بررسی الگوی بیان ژن ‏dbat‏ و تولید تاکسول در برگ سرخدار (‏Taxus baccata‏) تحت تأثیر متیل‌جاسمونات

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دکترای تخصصی اصلاح نباتات، مؤسسه‎ ‎تحقیقات‎ ‎جنگل‌ها‎ ‎و‎ ‎مراتع‎ ‎کشور،‎ ‎سازمان‎ ‎تحقیقات،‎ ‎آموزش‎ ‎و‎ ‎ترویج‎ ‎کشاورزی،‎ ‎تهران، ایران

2 استادیار، دکترای تخصصی ژنتیک مولکولی، واحد تبریز،‎ ‎دانشگاه‎ ‎آزاد اسلامی،‎ ‎تبریز، ایران‏

3 دانش‌آموخته‎ ‎کارشناسی‎ ‎ارشد گروه زیست شناسی،‎ ‎واحد تبریز،‎ ‎دانشگاه‎ ‎آزاد اسلامی،‎ ‎تبریز،‎ ‎ایران‏

4 دانشجوی دکترای اصلاح نباتات، گروه به‌نژادی و بیوتکنولوژی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

سرخدار یکی از با ارزش‌ترین منابع گیاهی است که فواید و کاربردهای متنوعی دارد. برگ این گیاه منبع خوبی برای استخراج ماده ضد‌سرطان تاکسول است. امروزه رویکردهای درمانی برای استفاده از داروهای گیاهی توسعه یافته است، بنابراین بررسی‌ مسیر بیوسنتزی گیاهان دارویی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این پژوهش، نمونه­های گیاهی تحت تیمار با متیل‌جاسمونات با غلظت‌های متفاوت صفر، ۱۰۰، ۲۵۰ و ۵۰۰ میکرومولار قرار گرفتند و در دو زمان متفاوت ۴۸ ساعت و ۷۲ ساعت در فیتوترون نگه‌داری شدند. پس از اعمال تیمار، بیان ژن dbat با روش Real Time PCR اندازه‌گیری شد. همچنین مقدار تاکسول تولیدی با کروماتوگرافی مایع با کارآیی بالا (HPLC) بررسی شد و اطلاعات به‌دست­آمده تجزیه و تحلیل شد. نتایج نشان‌ داد که بیشترین مقدار بیان ژن با 68/1 برابر گیاه شاهد مربوط به تیمار 250 میکرومولار متیل‌جاسمونات در 72 ساعت بود و همچنین کمترین بیان ژن نیز با کمتر از 5 درصد گیاه شاهد مربوط به تیمار 100 میکرومولار متیل‌جاسمونات، در 48 ساعت محاسبه شد. در این بررسی بیشترین مقدار تاکسول تولیدی در گیاه تحت تیمار با غلظت ۵۰۰ میکرومولار متیل‌جاسمونات و زمان ۴۸ ساعت به مقدار ۳۲۷۶/۰ میلی­گرم بر­گرم وزن خشک مشاهده شد. آزمون همبستگی پیرسون بیانگر این بود که هیچ رابطه‌ معنی­داری بین مقدار بیان ژن و تاکسول تولیدی وجود ندارد. امکان دارد علت این امر اختلاف بین زمان بیان ژن و تولید تاکسول تحت تأثیر محرک متیل‌‌جاسمونات باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Study of dbat gene expression pattern and Taxol production in Yew (Taxus baccata) ‎leaves under the influence of Methyl Jasmonate

نویسندگان [English]

  • Yousef Mohammadi 1
  • Mohammad Reza Mashayekhi, 2
  • Yalda Zhoulideh 3
  • Shiva Gheytaranpour-Sehrigh 4
1 Assistant Professor, Biotechnology Research Department, RIFR Institute
2 Assit. Prof., Molecular Genetics, Department of Biology, Tabriz Branch, Islamic Azad university, Tabriz, Iran
3 M.Sc., Department of Biology, Tabriz Branch, Islamic Azad university, Tabriz, Iran
4 Plant breeding and biotechnology, Faculty of Agriculture, University of Tabriz
چکیده [English]

Taxus is one of the most valuable plant resources that has a variety of benefits and uses. The leaves of this plant are a good source for extracting an anti-cancer drug called Taxol. Today, therapeutic approaches for use herbal medicines have been developed, so the study of the biosynthetic pathway of medicinal plants is important. In the present study, plant samples were treated with Methyl Jasmonate at different concentrations of 0, 100, 250 and 500 μM and kept for 48 hours and 72 hours. After treatment, dbat gene expression was measured by Real Time PCR, also the amount of Taxol produced was examined by High-performance liquid chromatography (HPLC) and the obtained data were analyzed. The results showed that at 72 hours, the expression of dbat gene at a concentration of 250 μM was 1.68 times higher than the control plant. In addition, at 48 hours and 100 μM, the expression of dbat gene was lower than all treatments. Also, the highest amount of Taxol produced in the treated plant was observed with a concentration of 500 μM Methyl Jasmonate and a time of 48 hours at the rate of 0.3276 mg / g dry weight. Pearson correlation test showed that there was no significant relationship between gene expression and Taxol production. This may be due to the difference between the expression time of the gene and the Taxol produced under the influence of the Methyl Jasmonate.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Elicitor
  • HPLC
  • Paclitaxel
  • Secondary metabolites

مراجع

Croteau, R.; Ketchum, R. E.; Long, R. M.; Kaspera, R.; Wildung, M. R., Taxol biosynthesis and molecular genetics. Phytochemistry Reviews 2006, 5 (1), 75-97.
Hayashi, H.; Huang, P.; Takada, S.; Obinata, M.; Inoue, K.; Shibuya, M.; Ebizuka, Y., Differential expression of three oxidosqualene cyclase mRNAs in Glycyrrhiza glabra. Biological and Pharmaceutical Bulletin 2004, 27 (7), 1086-1092.
Jafari Afrapoly, M.; Sefidi, K.; Waez-Mousavi, S.M; Varamesh, S., Qualitative and quantitative evaluation of dead trees in English yew (Taxus baccata) in Afratakhteh Forests, Golestan Province, and northeastern Hyrcanian forests Iran Journal of Forest Research and Development 2018, 3 (4), 305-316. (In Persian)
Kai, G.; Zhao, L.; Zhang, L.; Li, Z.; Guo, B.; Zhao, D.; Sun, X.; Miao, Z.; Tang, K., Characterization and expression profile analysis of a new cDNA encoding taxadiene synthase from Taxus media. BMB Reports 2005, 38 (6), 668-675.
Lenka, S. K.; Boutaoui, N.; Paulose, B.; Vongpaseuth, K.; Normanly, J.; Roberts, S. C.; Walker, E. L., Identification and expression analysis of methyl jasmonate responsive ESTs in paclitaxel producing Taxus cuspidata suspension culture cells. BMC genomics 2012, 13 (1), 1-10.
Lenka, S. K.; Nims, N. E.; Vongpaseuth, K.; Boshar, R. A.; Roberts, S. C.; Walker, E. L., Jasmonate-responsive expression of paclitaxel biosynthesis genes in Taxus cuspidata cultured cells is negatively regulated by the bHLH transcription factors TcJAMYC1, TcJAMYC2, and TcJAMYC4. Frontiers in plant science 2015, 6, 115.
Mendoza, D.; Cuaspud, O.; Arias, J. P.; Ruiz, O.; Arias, M., Effect of salicylic acid and methyl jasmonate in the production of phenolic compounds in plant cell suspension cultures of Thevetia peruviana. Biotechnology reports 2018, 19, e00273.
Naill, M. C.; Roberts, S. C., Flow cytometric analysis of protein content in Taxus protoplasts and single cells as compared to aggregated suspension cultures. Plant cell reports 2005, 23 (8), 528-533.
Namdeo, A., Plant cell elicitation for production of secondary metabolites: a review. Pharmacogn Rev 2007, 1 (1), 69-79.
Nims, E.; Dubois, C. P.; Roberts, S. C.; Walker, E. L., Expression profiling of genes involved in paclitaxel biosynthesis for targeted metabolic engineering. Metabolic engineering 2006, 8 (5), 385-394.
Onrubia, M.; Moyano, E.; Bonfill, M.; Cusidó, R. M.; Goossens, A.; Palazón, J., Coronatine, a more powerful elicitor for inducing taxane biosynthesis in Taxus media cell cultures than methyl jasmonate. Journal of plant physiology 2013, 170 (2), 211-219.
Pfaffl, M. W.; Horgan, G. W.; Dempfle, L., Relative expression software tool (REST©) for group-wise comparison and statistical analysis of relative expression results in real-time PCR. Nucleic acids research 2002, 30 (9), e36-e36.
Pucci, C.; Martinelli, C.; Ciofani, G., Innovative approaches for cancer treatment: Current perspectives and new challenges. Ecancermedicalscience 2019, 13.
Ramirez-Estrada, K.; Vidal-Limon, H.; Hidalgo, D.; Moyano, E.; Golenioswki, M.; Cusidó, R. M.; Palazon, J., Elicitation, an effective strategy for the biotechnological production of bioactive high-added value compounds in plant cell factories. Molecules 2016, 21 (2), 182.
Razavi, S.A.; Hosseini Nasr, S.M.; Valizadeh, M., Effect of cutting type and plant growth regulators (IBA, NAA, 2, 4-D) on rooting of Taxus baccata L. cuttings Iran Journal of Forest Research and Development 2018, 4 (1), 73-83. (In Persian)
Schiff, P. B.; Fant, J.; Horwitz, S. B., Promotion of microtubule assembly in vitro by taxol. Nature 1979, 277 (5698), 665-667.
Suzuki, H.; Reddy, M.; Naoumkina, M.; Aziz, N.; May, G. D.; Huhman, D. V.; Sumner, L. W.; Blount, J. W.; Mendes, P.; Dixon, R. A., Methyl jasmonate and yeast elicitor induce differential transcriptional and metabolic re-programming in cell suspension cultures of the model legume Medicago truncatula. Planta 2005, 220 (5), 696-707.
Wang, J.; Song, L.; Gong, X.; Xu, J.; Li, M., Functions of jasmonic acid in plant regulation and response to abiotic stress. International Journal of Molecular Sciences 2020, 21 (4), 1446.
Wang, T.; Li, L.; Zhuang, W.; Zhang, F.; Shu, X.; Wang, N.; Wang, Z., Recent Research Progress in Taxol Biosynthetic Pathway and Acylation Reactions Mediated by Taxus Acyltransferases. Molecules 2021, 26 (10), 2855.
Wani, M. C.; Taylor, H. L.; Wall, M. E.; Coggon, P.; McPhail, A. T., Plant antitumor agents. VI. Isolation and structure of taxol, a novel antileukemic and antitumor agent from Taxus brevifolia. Journal of the American Chemical Society 1971, 93 (9), 2325-2327.
Wasternack, C.; Strnad, M., Jasmonates: News on occurrence, biosynthesis, metabolism and action of an ancient group of signaling compounds. International journal of molecular sciences 2018, 19 (9), 2539.
Yukimune, Y.; Hara, Y.; Nomura, E.; Seto, H.; Yoshida, S., The configuration of methyl jasmonate affects paclitaxel and baccatin III production in Taxus cells. Phytochemistry 2000, 54 (1), 13-17.
Yukimune, Y.; Tabata, H.; Higashi, Y.; Hara, Y., Methyl jasmonate-induced overproduction of paclitaxel and baccatin III in Taxus cell suspension cultures. Nature biotechnology 1996, 14 (9), 1129-1132.
پژوهش و توسعه جنگل
دوره 8، شماره 4
آذر 1401
صفحه 403-414

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار