اثر متیل جاسمونات بر روی تولید تاکسول و بیان ژن bapt سرخدار (Taxus baccata)

نوع مقاله : مقاله علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد گروه زیست شناسی، واحد تبریز، دانشگاه آزاد اسلامی، تبریز، ایران

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

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

چکیده

تاکسول یکی از مهمترین متابولیت‌های ثانویه است که نقش مهمی در درمان انواع سرطان‌ها دارد. این ماده ارزشمند طی یک مسیر پیچیده تولید می‌شود و به‌دلیل تولید کم و در خطر انقراض بودن گونه سرخدار، افزایش میزان تولید تاکسول اهمیت زیادی پیدا کرده است. در این تحقیق، نمونه‌های گیاهی تحت تیمار متیل جاسمونات با مقادیر 0، 100، 250 و 500 میکرومولار قرار گرفتند. نمونه‌ها به مدت 48 و 72 ساعت در فیتوترون نگه‌داری شدند. پس از اعمال متیل جاسمونات، بیان ژن bapt ساقه با روش Real Time PCR و میزان تاکسول تولیدی با دستگاه کروماتوگرافی مایع با کارآیی بالا (HPLC) اندازه‌گیری شد. اطلاعات حاصل مورد تجزیه آماری قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیان ژن bapt در غلظت 100 میکرومولار در 48 ساعت، 13/5 برابر گیاه شاهد بود. همچنین بیشترین میزان تاکسول در گیاه تیمار شده با متیل جاسمونات 500 میکرومولار در 72 ساعت با 315/0 میلی‌گرم بر گرم وزن خشک مشاهده شد. آزمون همبستگی پیرسون نشان داد که رابطه‌ای بین میزان بیان ژن و تولید تاکسول وجود ندارد. به نظر می‌رسد علت این موضوع، اختلاف زمانی بین بیان ژن و تولید تاکسول تحت متیل جاسمونات می‌باشد. با توجه به اهمیت تاکسول در صنایع داروسازی، پیشنهاد می‌شود در تحقیقات آینده، از غلظت‌های بالاتر از  500 میکرومولار متیل جاسمونات با زمان‌های بیشتر از 3 روز نیز  برای بررسی احتمال افزایش تولید تاکسول استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Bonfill, M., Exposito, O., Moyano, E., Cusidó, R.M., Palazón, J. and Pinol, M.T., 2006. Manipulation by culture mixing and elicitation of paclitaxel and baccatin III production in Taxus baccata suspension cultures. In Vitro Cellular & Developmental Biology-Plant, 42(5), 422-426.
  • Croteau, R., Ketchum, R.E., Long, R.M., Kaspera, R. and Wildung, M.R., 2006. Taxol biosynthesis and molecular genetics. Phytochemistry Reviews, 5(1), 75-97.
  • Gundlach, H., Müller, M.J., Kutchan, T.M. and Zenk, M.H., 1992. Jasmonic acid is a signal transducer in elicitor-induced plant cell cultures. Proceedings of the National Academy of Sciences, 89(6), 2389-2393.
  • Hou, L., Zhao, Y., Song, G.Q., Ma, Y.H., Jin, X.H., Jin, S.L., Fang, Y.H. and Chen, Y.C., 2019. Interfering cellular lactate homeostasis overcomes Taxol resistance of breast cancer cells through the microRNA-124-mediated lactate transporter (MCT1) inhibition. Cancer cell international, 19(1), 1-12.
  • Howat, S., Park, B., Oh, I.S., Jin, Y.W., Lee, E.K. and Loake, G.J., 2014. Paclitaxel: biosynthesis, production and future prospects. New biotechnology, 31(3), 242-245.
  • Jiang, L., Zhang, K., Lü, X., Yang, L., Wang, S., Chen, D., Yang, Y. and Qiu, D., 2021. Characterization and expression analysis of genes encoding Taxol biosynthetic enzymes in Taxus Journal of Forestry Research, 32(6), 2507-2515.
  • Kai, G., Zhao, L., Zhang, L., Li, Z., Guo, B., Zhao, D., Sun, X., Miao, Z. and Tang, K., 2005. Characterization and expression profile analysis of a new cDNA encoding taxadiene synthase from Taxus media. BMB Reports, 38(6), 668-675.
  • Keinänen, M., Oldham, N.J. and Baldwin, I.T., 2001. Rapid HPLC screening of jasmonate-induced increases in tobacco alkaloids, phenolics, and diterpene glycosides in Nicotiana attenuata. Journal of agricultural and food chemistry, 49(8), 3553-3558.
  • Khalifa, A.M., Elsheikh, M.A., Khalifa, A.M. and Elnaggar, Y.S., 2019. Current strategies for different paclitaxel-loaded Nano-delivery Systems towards therapeutic applications for ovarian carcinoma: A review article. Journal of Controlled Release, 311, 125-137.
  • Lenka, S.K., Boutaoui, N., Paulose, B., Vongpaseuth, K., Normanly, J., Roberts, S.C. and Walker, E.L., 2012. Identification and expression analysis of methyl jasmonate responsive ESTs in paclitaxel producing Taxus cuspidata suspension culture cells. BMC genomics, 13(1), 1-10.
  • Lenka, S.K., Nims, N.E., Vongpaseuth, K., Boshar, R.A., Roberts, S.C. and Walker, E.L., 2015. 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, 6, p.115.
  • Li, S.T., Zhang, P., Zhang, M., Fu, C.H., Zhao, C.F., Dong, Y.S., Guo, A.Y. and Yu, L.J., 2012. Transcriptional profile of Taxus chinensis cells in response to methyl jasmonate. BMC genomics, 13(1), 1-11.
  • Moon, W.J., Yoo, B.S., Kim, D.I. and Byun, S.Y., 1998. Elicitation kinetics of taxane production in suspension cultures of Taxus baccata Biotechnology techniques, 12(1), 79-81.
  • Naill, M.C. and Roberts, S.C., 2005. Flow cytometric analysis of protein content in Taxus protoplasts and single cells as compared to aggregated suspension cultures. Plant cell reports, 23(8), 528-533.
  • Nims, E., Dubois, C.P., Roberts, S.C. and Walker, E.L., 2006. Expression profiling of genes involved in paclitaxel biosynthesis for targeted metabolic engineering. Metabolic engineering, 8(5), 385-394.
  • 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.
  • Priyadarshini, K. and Keerthi, A.U., 2012. Paclitaxel against cancer: a short review. Med chem, 2(7), 139-141.
  • Singh, G., Gavrieli, J., Oakey, J.S. and Curtis, W.R., 1998. Interaction of methyl jasmonate, wounding and fungal elicitation during sesquiterpene induction in Hyoscyamus muticus in root cultures. Plant cell reports, 17(5), 391-395.
  • Walker, K., Fujisaki, S., Long, R. and Croteau, R., 2002. Molecular cloning and heterologous expression of the C-13 phenylpropanoid side chain-CoA acyltransferase that functions in Taxol biosynthesis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 99(20), 12715-12720.
  • Wang, T., Li, L., Zhuang, W., Zhang, F., Shu, X., Wang, N. and Wang, Z., 2021. Recent Research Progress in Taxol Biosynthetic Pathway and Acylation Reactions Mediated by Taxus Acyltransferases. Molecules, 26(10), p.2855.
  • Wani, M.C. and Horwitz, S.B., 2014. Nature as a Remarkable Chemist: A personal story of the discovery and development of Taxol®. Anti-cancer drugs, 25(5), p.482.
  • Wani, M.C., Taylor, H.L., Wall, M.E., Coggon, P. and McPhail, A.T., 1971. Plant antitumor agents. VI. Isolation and structure of Taxol, a novel antileukemic and antitumor agent from Taxus brevifolia. Journal of the American Chemical Society, 93(9), 2325-2327.
  • Yukimune, Y., Hara, Y., Nomura, E., Seto, H. and Yoshida, S., 2000. The configuration of methyl jasmonate affects paclitaxel and baccatin III production in Taxus Phytochemistry, 54(1), 13-17.
  • Yukimune, Y., Tabata, H., Higashi, Y. and Hara, Y., 1996. Methyl jasmonate-induced overproduction of paclitaxel and baccatin III in Taxus cell suspension cultures. Nature biotechnology, 14(9), 1129-1132.
  • Zagouri, F., Korakiti, A.M., Zakopoulou, R., Kyriazoglou, A., Zografos, E., Haidopoulos, D., Apostolidou, K., Papatheodoridi, M.A. and Dimopoulos, M.A., 2019. Taxanes during pregnancy in cervical cancer: A systematic review and pooled analysis. Cancer Treatment Reviews, 79, p.101885.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار