ارزیابی بیان ژن منتون منتول ردوکتاز تحت تاثیر تنش خشکی، شوری و دما در گیاه نعناع فلفلی (Mentha piperita)

نوع مقاله : مقاله علمی - پژوهشی

نویسندگان

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

2 گروه ژنتیک، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران

10.22092/ijrfpbgr.2021.127816.1354

چکیده

نعناع فلفلی (Mentha piperita) یکی از مهمترین گیاهان دارویی تولید کننده متابولیت ­های ثانویه است. منتول یک جزء مهم از منوترپن ­های اسانس نعناع فلفلی است که کاربرد گسترده­ ای در صنایع داروسازی و مصارف صنعتی دارد. این منوترپن ارزشمند توسط آنزیم منتون منتول ردوکتاز(MMR)  تولید می­ شود. رشد گیاه و همچنین بیان این ژن تحت تأثیر عوامل تنش ­زای محیطی دستخوش تغییر می ­شود. در این تحقیق ریزوم­ های گیاه نعناع فلفلی پس از ضدعفونی سطحی، در ظروف حاوی محیط کشت MS با مقادیر 0، 50 و 100 میلی‌مولار کلرید سدیم و 0، 50، 100 و 150 میلی‌مولار مانیتول کاشته شدند و بعد در اتاقک‏ های رشد با دماهای 23، 26 و 29 درجه سانتی­گراد قرار گرفتند. سه هفته پس از اعمال تنش ­ها، بیان ژن برگ گیاهان کشت شده با روش Real Time PCR اندازه ­گیری شد و اطلاعات حاصل آنالیز شد. نتایج بیانگر این بود که بیان ژن منتون منتول ردوکتاز در غلظت­ های پایین کلرید سدیم کاهش یافته ولی در غلظت 100 میلی­مولار نسبت به گیاه شاهد 97 درصد افزایش داشته است. ولی بیان این ژن در غلظت­های بالای مانیتول و همچنین دمای بالا به حداقل سطح خود رسیده است. با توجه به اهمیت نعناع فلفلی در صنایع داروسازی و صنعتی، افزایش تولید منتول با اعمال تیمارهای مختلف حائز اهمیت می­باشد. با توجه به نتایج حاصل، ترکیب ­های تیماری با صفر میلی‌مولار مانیتول،50 میلی‌مولار کلرید سدیم و دمای 23 درجه سانتی‌گراد باعث افزایش 93 درصدی بیان ژن منتون منتول ردوکتاز نسبت به گیاه شاهد شد و پیش­بینی می­شود که تولید منتول به حداکثر میزان خود برسد. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Burbott, A. J. and Loomis, W. D., 1967. Effects of light and temperature on the monoterpenes of peppermint. Plant physiology, 42(1): 20-28.
Charles, D. J., Joly, R. J. and Simon, J. E., 1990. Effects of osmotic stress on the essential oil content and composition of peppermint. Phytochemistry, 29(9): 2837-2840.
Croteau, R. and Gershenzon, J., 1994. Genetic control of monoterpene biosynthesis in mints (Mentha: Lamiaceae). Genetic engineering of plant secondary metabolism, (New York: Plenum Press), pp. 193-229.
Croteau, R. B., Davis, E. M., Ringer, K. L. and Wildung, M. R., 2005. Menthol biosynthesis and molecular genetics. Naturwissenschaften, 92(12): 562.
Davazdahemami, S., 2003. Applications of Medicinal Plants (translation). Nosuh 113p. (In Persian), Isfahan, Iran
Davis, EM., Ringer, KL., McConkey, ME. and Croteau, R., 2005. Monoterpene metabolism: cloning, expression and characterization of menthone reductases from peppermint. Plant Physiology, 137:873–881.
Dow, A., Horning, E. and Cline, T. A., 1981. Salt tolerance studies on irrigated mint, Washington State University Agricultural Research Center, USA.
El-Keltawi, N. E. and Croteau, R., 1987. Salinity depression of growth and essential oil formation in spearmint and marjoram and its reversal by foliar applied cytokinin. Phytochemistry, 26(5): 1333-1334.
Elyasi, R., Majdi, M., Bahramnejad, B. and Mirzaghaderi, Gh., 2016. Expression analysis of genes involved in terpenes biosynthesis in black cumin (Nigella sativa) plants treated with methyl jasmonate. Iranian Journal of Rangelands and Forests Plant Breeding and Genetic Research, 24(1): 54-65. (In Persian)
Farooqi, A., Samgwan, N. and Sangwan, R., 1999. Effect of different photoperiodic regimes on growth, flowering and essential oil in Mentha species. Plant Growth Regulation, 29(3): 181-187.
Faure, O., Diemer, F., Moja, S. and Jullien, F., 1998. Mannitol and thidiazuron improve in vitro shoot regeneration from spearmint and peppermint leaf disks. Plant cell, Tissue and Organ Culture, 52(3): 209-212.
Ghobadi, S., Maroufi, A. and Majd, M., 2017. Differential expression of the key genes involved in the biosynthesis of monoterpenes in different tissues and in response to abiotic elicitors in Summer savory (Satureja hortensis). Journal of Cell and Tissue, 7(3): 275-292.
Gobert, V., Moja, S., Colson, M. and Taberlet, P., 2002. Hybridization in the section Mentha (Lamiaceae) inferred from AFLP markers. American Journal of Botany, 89(12): 2017-23.
Mucciarelli, M., Camusso, W., Bertea, C. M., Bossi, S. and Maffei, M., 2001. Effect of (+)-pulegone and other oil components of Mentha×piperita on cucumber respiration. Phytochemistry, 57(1): 91-98.
Naderi, S., Fakheri, B. and Khaje, H., 2015. The effect of chitosan on menthol dehydrogenase gene expression and menthol content in peppermint (Mentha piperita L.) by Real time PCR. Journal of Medicinal Plants Biotechnology. 1(1): 23-32.
Pfaffl, M.W., Horgan, G.W. and Dempfle, L., 2002. Relative expression software tool (REST©) for group-wise comparison and statistical analysis of relative expression results in real-time PCR. Nucleic Acids Research 30: 1-10.
Seyed Rahmani1, R., Naghavi, M.R., Mohammadi, V. and Ranjbar, M., 2014. Relationship between expression of main MEP pathway genes and monoterpenes contents in Artemisia annua. Iranian Journal of Rangelands and Forests Plant Breeding and Genetic Research, 22(2): 192-200. (In Persian).
Shamsi-Fard, M.H., Mirzaghaderi, G. and Majdi, M. 2014. Transcript expression analysis of geranyl diphosphate synthase gene  in different tissues of black cumin (Nigella sativa L.). Iranian Journal of Rangelands and Forests Plant Breeding and Genetic Research, 22(2): 143-155. (In Persian).
Soleymani, F., Taheri, H. and Shafeinia, A. 2017. Relative expression of genes of menthol biosynthesis pathway in peppermint (Mentha piperita L.) after chitosan, gibberellic acid and methyl jasmonate treatments. Russian Journal of Plant Physiology, 64(1): 59-66.
Wang, Q., Reddy, V. A., Panicker, D., Mao, H. Z., Kumar, N., Rajan, C., Venkatesh, P. N., Chua, N. H. and Sarojam, R., 2016. Metabolic engineering of terpene biosynthesis in plants using a trichome‐specific transcription factor Ms YABBY 5 from spearmint (Mentha spicata). Plant biotechnology Journal, 14(7): 1619-1632.
Zhang, L. and Barritt, G. J., 2004. Evidence that TRPM8 is an androgen-dependent Ca2+ channel required for the survival of prostate cancer cells. Cancer research, 64(22): 8365-8373.