1
دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه
2
دانشیار، گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه
10.22092/ijrfpbgr.2023.360647.1427
چکیده
تولید سریع و انبوه متابولیت‌های ثانویه از طریق روش‌های شیمیایی عمدتاً پرهزینه، مشکل و غیرممکن است. با توجه به اهمیت اقتصادی این متابولیت‌ها و تولید اندک آنها در گیاهان دارویی، راهکارهایی مانند کشت ریشه‌های مویین و استفاده از محرک‌های زیستی و غیرزیستی برای افزایش این متابولیت‌ها پیشنهاد شده است. تجمع تروپان آلکالوئید آتروپین در شابیزک (.Atropa belladonna L) اهمیت زیادی در صنعت داروسازی دارد. در این پژوهش، با استفاده از سویه A7 باکتری آگروباکتریوم رایزوژنز (Agrobacterium rhizogenes)، ریشه مویین تراریخت در گیاه شابیزک تولید شد. تراریختی ریشه‌های مویین به‌وسیله آزمون PCR مورد تأیید قرار گرفتند. نتایج حاصل از آزمون PCR صحت تکثیر قطعه bp780 برای ژن rolB را در ریشه‌های مویین تراریخت نشان داد. در ادامه این تحقیق، اثر غلظتهای مختلف (صفر، 125، 250 و 500 میکرومولار) اسیدسالیسیلیک در دو زمان تیمار 24 و 48 ساعت بر میزان تولید آتروپین، میزان رشد گیاه و فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی در ریشه‌های مویین شابیزک بررسی شد. دادههای جمع‌آوری شده به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار تجزیه واریانس شدند. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که اثر غلظت اسیدسالیسیلیک بر کلیه صفات معنیدار بود (P<0.01). اثر زمان بر میزان آتروپین و آسکوربات پراکسیداز و اثر متقابل تیمار در زمان بر میزان آتروپین، کاتالاز و گایاکول پراکسیداز معنیدار بود(P<0.01, 0.05) . نتایج نشان داد که اثر غلظتهای مختلف اسیدسالیسیلیک به‌طورکلی موجب کاهش معنیدار رشد ریشه‌های مویین در مقایسه با کشت‌های شاهد شد و کمترین میزان وزن تر و خشک ریشه‌های مویین (79/2 و 148/0 گرم) در غلظت 500 میکرومولار اسیدسالیسیلیک در مقایسه با شاهد (76/6 و 273/0گرم) بدست آمد. بااین‌حال، براساس آنالیز GC/MS، بیشترین میزان آتروپین (11 برابر بیشتر از شاهد) در تیمار 250 میکرومولار اسیدسالیسیلیک در مدت زمان 24 ساعت بدست آمد. بیشترین میزان فعالیت آنزیم کاتالاز و گایاگول پراکسیداز، به ترتیب در غلظتهای 250 و 125 میکرومولار اسیدسالیسیلیک به مدت 24 ساعت و بیشترین میزان فعالیت آنزیم آسکوربات پراکسیداز در غلظت 250 میکرومولار اسیدسالیسیلیک در مقایسه با شاهد بدست آمد. براساس نتایج، چنین استنباط می‌شود که محرک اسیدسالیسیلیک در غلظتهای پایین، برای علامت‌رسانی سلول مفید بوده و باعث تحریک تولید متابولیت‌های ثانویه شده اما در غلظتهای بالا، موجب اختلال در رشد ریشه‌های مویین می‌شود.
Abdala, G., Miersch, O., Kramell, R., Vigliocco, A., Agostini, E., Forchetti, G. and Alemano, S., 2003. Jasmonate and octadecanoid occurrence in tomato hairy roots. Endogenous level changes in response to NaCl. Plant Growth Regulation, 40(1): 21-27.
Aebi, H., 1984. Catalase in vitro. Methods in enzymology, 105, 121-126.
Ahmadian Chashmi, N., Sharifi, M., Karimi, F. and Rahnama, H., 2010. Comparative study of tropane alkaloids production in hairy roots and plantlet cultures of Atropa belladonna by salicylic acid treatments. Iranian Journal of Plant Biology, 2(3): 63-76.
Ajungla, L., Patil, P. P., Barmukh, R. B. and Nikam, T. D. 2009. Influence of biotic and abiotic elicitors on accumulation of hyoscyamine and scopolamine in root cultures of Datura metel L. Indian Journal of Biotechnology, 8(3): 317-322.
Asghari, M., 2015. New (Non-Classic) Plant Hormones and Growth Regulators. Urmia University, Urmia, Iran, 352p. (In Persian).
Bavi, K., Khavari-Nejad, R.A., Najafi, F. and Ghanati, F., 2022. Stimulation of phenolic compounds production in Zataria multiflora Boiss. Cell suspension culture through salicylic acid elicitation. Journal of Plant Research, 34(4): 806-817. (In Persian).
Cai, Z., Kastell, A., Mewis, I., Knorr, D. and Smetanska, I., 2012. Polysaccharide elicitors enhance anthocyanin and phenolic acid accumulation in cell suspension cultures of Vitis vinifera. Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC), 108(3): 401-409.
Chaichana, N. and Dheeranupattana, S., 2012. Effects of Methyl Jasmonate and Salicylic Acid on Alkaloid Production from in vitro Culture of Stemona sp. International Journal of Bioscience, Biochemistry and Bioinformatics, 2(3):
Chen, J. Y., Wen, P. F., Kong, W. F., Pan, Q. H., Zhan, J. C., Li, J. M. and Huang, W. D., 2006. Effect of salicylic acid on phenylpropanoids and phenylalanine ammonia-lyase in harvested grape berries. Postharvest Biology and Technology, 40(1): 64-72.
Cheruvathur, M. K. and Thomas, T. D. 2014. Effect of plant growth regulators and elicitors on rhinacanthin accumulation in hairy root cultures of Rhinacanthus nasutus (L.) Kurz. Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC), 118(1): 169-177.
Chotikadachanarong, K., Dheeranupattana, S., Jatisatienr, C., Wangkarn, S., Mungkornasawakul, P., Pyne, S. G. and Sastraruji, T., 2011. Influence of Salicylic Acid on Alkaloid Production by Root Cultures of Stemona curtisii Hook. F. Journal of Biological Sciences, 3(4): 322-325.
Farag, M.A., Al-Mahdy, D.A., Meyer, A., Westphal, H. and Wessjohann, L.A., 2017. Metabolomics reveals biotic and abiotic elicitor effects on the soft coral Sarcophyton ehrenbergi terpenoid content. Scientific reports, 7(1): 1-11.
Hayat, S., Ali, B. and Ahmad, A., 2007. Salicylic acid: biosynthesis, metabolism and physiological role in plants. In Salicylic acid: A plant hormone (pp. 1-14). Springer Netherlands.
Horvath, E., Szalai, G. and Janda, T., 2007. Induction of abiotic stress tolerance by salicylic acid signaling. Journal of Plant Growth Regulation 26: 290-300.
Kai, G., Yang, S., Zhang, Y., Luo, X., Fu, X., Zhang, A. and Xiao, J., 2012. Effects of different elicitors on yield of tropane alkaloids in hairy roots of Anisodus acutangulus. Molecular biology reports, 39(2): 1721-1729.
Kamada, H., Okamura, N., Satake, M., Harada, H. and Shimomura, K., 1986. Alkaloid production by hairy root cultures in Atropa belladonna.Plant cell reports, 5(4): 239-242.
Kamalipourazad, M., Sharifi, M., Maivan, H. Z., Behmanesh, M., and Chashmi, N. A., 2016. Induction of aromatic amino acids and phenylpropanoid compounds in Scrophularia striata Boiss. Cell culture in response to chitosan-induced oxidative stress. Plant Physiology and Biochemistry, 107: 374-384.
Kang, S. M., Jung, H. Y., Kang, Y. M., Yun, D. J., Bahk, J. D., Yang, J. K. and Choi, M. S., 2004. Effects of methyl jasmonate and salicylic acid on the production of tropane alkaloids and the expression of PMT and H6H in adventitious root cultures of Scopolia parviflora. Plant Science, 166(3): 745-751.
Khalili, M., Hasanloo, T., Kazemi Tabar, S.K. and Rahnama, H., 2009. Influence of exogenous salicylic acid on flavonolignans and lipoxygenase activity in the hairy root cultures of Silybum marianum. Cell Biology International, 33: 988-994.
Khalili, M., Hasanloo, T., Kazemi Tabar, S.K. and Sepehrifar, R., 2010. Effect of salicylic acid on antioxidant activity in milk thistle hairy root cultures. Journal of Medicinal Plants, 35: 51-60
Khan, S., Qureshi, M. I., Alam, T. and Abdin, M. Z., 2007. Protocol for isolation of genomic DNA from dry and fresh roots of medicinal plants suitable for RAPD and restriction digestion. African Journal of Biotechnology, 6(3):
Laspina, N. V., Groppa, M. D., Tomaro, M. L. and Benavides, M. P., 2005. Nitric oxide protects sunflower leaves against Cd-induced oxidative stress. Plant Science, 169(2): 323-330.
Li, J., Wang, J., Li, J., Li, J., Liu, S. and Gao, W., 2016. Salicylic acid induces the change in the adventitious root of Glycyrrhiza uralensis Fisch: bioactive compounds and antioxidant enzymes. Research on Chemical Intermediates, 42(2): 1503-1519.
Liu, Z. B., Chen, J. G., Yin, Z. P., Shangguan, X. C., Peng, D. Y., Lu, T., and Lin, P., 2018. Methyl jasmonate and salicylic acid elicitation increase content and yield of chlorogenic acid and its derivatives in Gardenia jasminoides cell suspension cultures. Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC), 134(1): 79-93.
Maqbool, F., Singh, S., Kaloo, Z. A. and Jan, M., 2014. Medicinal importance of Genus Atropa Royle-A review. International Journal of Advanced Research, 2(2): 48-54.
Naeini, M. S., Naghavi, M. R., Bihamta, M. R., Sabokdast, M. and Salehi, M., 2021. Production of some benzylisoquinoline alkaloids in Papaver armeniacum L. hairy root cultures elicited with salicylic acid and methyl jasmonate. In Vitro Cellular & Developmental Biology-Plant, 57(2), 261-271.
Nakano, Y. and Asada, K., 1981. Hydrogen peroxide is scavenged by ascorbate-specific peroxidase in spinach chloroplasts. Plant and Cell Physiology, 22(5): 867-880.
Parsa, M. and Zeinali, A., 2016. Effects of salicylic acid elicitor on the production of tropane alkaloids (atropine and scopolamine) in hairy roots and in vitro roots cultures of Hyoscyamus niger L. Iranian Journal of Medicinal and Aromatic Plants, 32(4): 655-666. (In Persian).
Pu, G. B., Ma, D. M., Chen, J. L., Ma, L. Q., Wang, H., Li, G. F. and Liu, B. Y., 2009. Salicylic acid activates artemisinin biosynthesis in Artemisia annua L. Plant Cell Reports, 28(7), 1127-1135.
Rani, A. and Prassad, M. P., 2013. Studies on the Organogenesis of Atropa Belladonna in In-vitro Conditions. International Journal of Biotechnology and Bioengineering Research, 4(5): 457-464.
Roy, S., Sen, C. K. and Hänninen, O., 1996. Monitoring of polycyclic aromatic hydrocarbons using ‘moss bags’: Bioaccumulation and responses of antioxidant enzymes in Fontinalis antipyretica Hedw. Chemosphere, 32(12): 2305-2315.
Samadi, S., Ghasemnajad, A. and Alizadeh, M., 2015. Investigation on phenylalanine ammonia-lyase activity of artichoke (Cynara scolymus L.) affected by methyl jasmonate and salicylic acid in in-vitro conditions. Journal of Plant Production Research, 21(4): 135-148.
Shuncang, Z., Hongyan, L., Xiao, L., Yan, Y., Pengguo, X., Yanyan, J. and Zongsuo, L., 2015. Enhanced production of phenolic acids in Salvia miltiorrhiza hairy root cultures by combing the RNAi-mediated silencing of chalcone synthase gene with salicylic acid treatment. Biochemical Engineering Journal, 103: 185–192.
Sivanandhan, G., Selvaraj, N., Ganapathi, A. and Manickavasagam, M., 2016. Elicitation Approaches for Withanolide Production in Hairy Root Culture of Withania somnifera (L.) Dunal. Biotechnology of Plant Secondary Metabolism: Methods and Protocols, 1-18.
Taghizadeh, M., Nasibi, F., Kalantari, K. M., and Ghanati, F., 2019. Evaluation of secondary metabolites and antioxidant activity in Dracocephalum polychaetum Bornm. Cell suspension culture under magnetite nanoparticles and static magnetic field elicitation. Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC), 136(3), 489-498.
Teixeira da Silva, J.A., 2006. Floriculture, Ornamental and Plant Biotechnology: Advances and Topical Issues. Global Science Books, Ltd: London, 646p.
Vasconsuelo, A. and Boland, R., 2007. Molecular aspects of the early stages of elicitation of secondary metabolites in plants. Plant Science, 172(5): 861-875.
Wen, P. F., Chen, J. Y., Kong, W. F., Pan, Q. H., Wan, S. B. and Huang, W. D., 2005. Salicylic acid induced the expression of phenylalanine ammonia-lyase gene in grape berry. Plant Science, 169(5): 928-934.
Xo, H., Park, J., Kim, Y., Park, N., Lee, S., Park, S. 2009. Optimization of growth and pyranocoumarins production in hairy root culture of Angelica gigas Nakai. Journal of Medicinal Plants Research, 3: 978-981.
Zarei, B., Taghipour, Z. and Kahrizi, D., 2020. Effect of Growth Regulators on In Vitro Callogenesis and Regeneration of Atropa Belladonna. Iranian Journal of Rangelands and Forests Plant Breeding and Genetic Research, 27(2): 231-239. (In Persian).
)