بررسی بیان ژن‌های درگیر در مسیر بیوسنتزی ‌ترپن‌ها تحت تأثیر متیل‌جاسمونات در سیاه‌دانه(Nigella sativa)

نوع مقاله: مقاله علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

2 نویسنده مسئول مکاتبات، استادیار، عضو هیئت علمی گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران پست الکترونیک: m.majdi@uok.ac.ir

3 دانشیار، عضو هیئت علمی گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

4 استادیار، عضو هیئت علمی گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

چکیده

سیاه‌دانه یکی از گیاهان دارویی مهم متعلق به خانواده  Ranunculaceaeمی‌باشد که انواع متعددی از متابولیت‌های ثانویه شامل مونو ترپن‌ها و تری‌ترپن‌ها را تولید می‌کند که در صنعت و پزشکی کاربرد دارند. در این پژوهش بیان نسبی برخی ژن‌های کلیدی مسیر ترپن‌ها شامل یک ژن مونوترپن‌سنتازی(MTS) ، ژرانیل‌دی‌فسفات‌سنتاز (GDS)، بتاآمیرین‌سنتاز (βAS) و اسکوآلن‌اپوکسیداز (SQE) تحت تیمار متیل‌جاسمونات در سیاه‌دانه بررسی شد. متیل‌جاسمونات با غلظت‌ 1/0 میلی‌مولار روی برگ‌های سیاه‌دانه که در شرایط رشدی گلخانه‌ای قرار داشتند محلول‌پاشی شد و در زمانهای 0، 4، 8، 24، 48 و 72 ساعت نمونه‌برداری انجام شد. بعد از استخراج  RNAو سنتز cDNA واکنش RT-PCR توسط آغازگرهای اختصاصی ژن‌های مختلف انجام شد. نتایج حاصل از RT-PCR نیمه‌کمی نشان‌داد که الگوی بیان ژن ژرانیل‌دی‌فسفات‌سنتاز متفاوت از سه ژن دیگر بود. بیان نسبی برای ژن ژرانیل‌دی‌فسفات‌سنتاز 4 ساعت پس از اعمال تیمار به حداکثر رسید و در 8 ساعت نیز در همان سطح باقی ماند و سپس میزان بیان این ژن در ساعات بعد کاهش یافت. الگوی بیان برای سه ژن مونوترپن‌سنتاز، بتاآمیرین‌سنتاز و اسکوآلن‌اپوکسیداز مشابه و دارای روند صعودی بود. نتایج حاصل از اعمال تیمار متیل‌جاسمونات‌ نشان ‌داد که تمام ژن‌های مورد مطالعه در این تحقیق در اثر متیل جاسمونات القاء می‌شوند که می‌تواند به‎دلیل نقش ترپن‌ها در مسیرهای دفاعی و انتقال پیام باشد. در نتیجه می‌توان تیمار متیل‌جاسمونات را برای القای مسیر بیوسنتزی ترپن‎ها و بررسی آنزیم‌ها و متابولیت‎های مرتبط با متابولیسم ترپنوییدها پیشنهاد کرد.

کلیدواژه‌ها


-      Aggarwal, B., Sundaram, C., Malani, N. and Ichikawa, H., 2007. Curcumin: the india solid gold. Advance in Experimental Medicine and Biology, 59: 31-38.

-      Aharoni, A., Jongsma, M.A., Kim, T.Y., Ri, M.B., Giri, A.P., Verstappen, F. W. A., Schwab, W. and Bouwmeester, H.J., 2006. Metabolic engineering of terpeniod biosynthesis in plants. Phytochemistry, 5: 49-58

-      Barmley, P.M., 1997. Isoprenoid metabolism.  In: Dey, P.M., and Hrborne, J.B., " Plant Biochemistry", Academic Press, San Diego, PP. 417-437.

-      Davis, E.M. and Croteau, R., 2000. Cyclization enzymes in the biosynthesis of monoterpenes, sesquiterpenes, and diterpenes. Current Chemistry, 209: p. 54-95.

-      Elyasi, R., Majdi, M., Bahramnejad, B. and Mirzaghaderi, GH., 2015. Expression pattern analysis of genes involved in the biosynthetic pathway of monoterpenes and triterpenes in black cumin (Nigella sativa) plants treated with salicylic acid. Iranian Journal of Rangelands and Forests Plant Breeding and Genetic Research, 23: 164-174

-      Guodong, W. and Dixon, R.A., 2008. Heterodimericgeranyl (geranyl) diphosphate synthase from hop (Humulus lupulus) and the evolution of monoterpene biosynthesis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 14: 1-6.

-      Hayashi, H., Huang, P., Takada, S., Obinata, M., Inoue, K. and Shibuya, M., 2004. Biological and Pharmaceutical Bulletin, 27: 1086–1092.

-      Iqbal, M.S., Nadeem, S.H., Mehbood, S.H., Chafoor, A., Rajoka, M.I., Qureshi, A.S. and Niaz, B., 2011. Exploration of genotype specific fingerprinting of Nigella sativa L. using RAPD markers. Turkish Journal Agriculture and Forestry, 35: 1-10.

-      Irmler, S., Schorder, G., St-Pierre, B., Crouch, N.P., Hotze, M., Schmidt, J., Strack, D., Matern, U. and Schroder, J., 2000. Indole alkaloid biosynthesis in Catharan thusroseus: new enzyme activities and identification of cytochrome P-450 CYP72A1 as secologanin synthase. Plant Journal, 24: 797-804.

-      Kozlowski, G., Buchala, A. and M´etraux, J.P., 1999. Methyl jasmonate protects Norway spruce (Picea abies (L.) Karst.) seedlings against Pythium against Pythium ultimumTrow. Physiological and Molecular Plant Pathology, 55: 53-58.

-      Kushiro, T., Shibuya, M. and Ebizuka, Y., 1998. Beta-amyrin synthase-cloning of oxidosqualenecyclase that catalyzes the formation of the most popular triterpene among higher plants. European Journal of Biochemistry, 15: 238-244.

-      Lichtenthaler, H.K., 1999. The 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate pathway of isoprenoid biosynthesis in plants. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 50:47–65.

-      Lohrasebi, T., Malboobi, M.A., Samaeian, A. and Sanei, V., 2007. Differential expression of Arabidopsis thaliana acid phosphatases in response to abiotic stresses. Iranian Journal of Biotechnology, 5: 130-139.

-      Mangas, S., Bonfill, M., Osuna, L., Moyano, E., Tortoriello, J., Cusido, R.M., Piñol, M.T. and Palazón, J., 2006. The effect of methyl jasmonate on triterpene and sterol metabolisms of Centellaasiatica, Ruscusaculeatus and Galphimia glauca cultured plants. Phytochemistry,  67: 2041-2049.

-      Piotr, C. and Sacchi, N., 2006. The single-step method of RNA isolation by acid guanidiniumthiocyanate-phenol-chloroform extraction: twenty-something years on. Nature Protocols, 1: 581-585.

-      Scholz, M., Lipinski, M., Leupold, M., Luftmann, H., Harving, L., Ofir, R., Fischer, R., Prufer, D. and Muller, K., 2009. Methyl jasmonate induced accumulation of kalapanaxsaponin I in Nigella Sativa. Phytochemistry, 70: 517-522.

-      Shabani, L., Ehsanpour, A.A. and Esmaeili, A., 2010. Assessment of squalene synthase and beta-amyrin synthase gene expression in licorice roots treated with methyl jasmonate and salicylic acid using real-time qPCR. Russian Journal of Plant Physiology, 57: 480-484.

-      ShamsiFard, M.H.,  2012.Transcript analysis of Geranyldiphosphate synthase gene in different tissues of black cumin (Nigella sativa L.). M.Sc. Thesis, Agricultural Biotechnology, Faculty of Agriculture, University of Kurdistan.

-      Suzuki, H., Naoumkina, M.S., Aziz, N., Huhman, G., Sumner, L., Mendes, J.W. and Dixon, R., 2005. Methyl jasmonate and yeast elicitor induce differential transcriptional and metabolic re-programming in cell suspension cultures of the model legume Medicago truncatula. Planta, 220: 696-707.

-      Tholl, D., 2006. Terpene synthases and the regulation, diversity and biological roles of terpene metabolism. Current Opinion in Plant Biology, 9: 1–8.

-      Wasternack, C. and Parthier, B., 1997. Jasmonate-signalled plant gene expression. Trends in Plant Sciences, 2: 302–307.

-      Xu, R., Fazio, G.C. and Matsuda, S.P.T., 2004. On the origins of triterpenoid skeletal diversity. Phytochemistry, 65: 261-291.

-      Zhao, C.L., Cui, X.M., Chen, Y.P. and Liang, Q., 2010. Key enzymes of triterpenoids aponin biosynthesis and the induction of their activities and gene expressions in plants. Natural Products Communication, 5:1147–1158.