تأثیر اندازه ریزنمونه بر تولید زیست توده و ویژگی‏ های کالوس در کشت درون شیشه ‏ای سرخدار اروپایی (Taxus baccata L.) و اقیانوس آرام (T. brevifolia Nutt.)

نوع مقاله : مقاله علمی - پژوهشی

نویسندگان

گروه ژنتیک و به نژادی گیاهی - پردیس کشاورزی - دانشگاه تربیت مدرس

10.22092/ijrfpbgr.2024.364201.1453

چکیده

سابقه و هدف:
پاکلی‌تاکسل یکی از پرمصرف‌ترین داروها در درمان سرطان است که در مقادیر بسیار کم (01/0 – 03/0 درصد وزن خشک) در پوست درختان نادر گونه‏های Taxus وجود دارد. امروزه موفقیت در کشت و تولید کالوس‏های با کمیت و کیفیت در شرایط درون‌شیشه‌ای‌ به منظور تولید حداکثری متابولیت‌های ثانویه دارویی و جلوگیری از انقراض گونه‏های گیاهی ارزشمند از اهمیت ویژه‏ای برخوردار است. در این راستا، اندازه ریزنمونه کشت بافتی به دلیل تعیین توانایی بازتولیدی، تأثیر قابل ملاحظه‎ای بر میزان زیست‌توده کالوس و کیفیت آن دارد. از این‌رو، این پژوهش با هدف معرفی اندازه بهینه‌ ریزنمونه‌های ساقه دو گونه سرخدار اروپایی و اقیانوس آرام در تولید کالوس با کمیت و کیفیت بیشتر انجام شد.
مواد و روش‌ها
 در این تحقیق، از بافت ساقه دو گونه سرخدار Taxus baccata و T. brevifolia به عنوان ریزنمونه برای کشت بافت و تولید کالوس استفاده شد. ریزنمونه‏های ساقه هر دو گونه سرخدار پس از حذف قسمت انتهایی برگ‌ها، به صورت مجزا در پنج گروه با اندازه‌های 2–5/1، 5/2–2، 3–5/2، 5/3–3 و 4–5/3 سانتی‏متر تهیه شدند. کلیه ریزنمونه‏ها پس از ضدعفونی با اتانول (70 درصد)، هیپوکلریت سدیم (5/1 درصد) و آنتی‏بیوتیک سفوتاکسیم (200 میلی‏گرم در لیتر)، روی محیط کشت B5 جامد کشت و در اتاق رشد در دمای 25 درجه سانتی‌گراد و تاریکی نگهداری شدند. صفات مورد مطالعه شامل میزان زیست‌توده کالوس تولیدی به تفکیک گونه و اندازه ریزنمونه، 28 روز پس از کشت ریزنمونه‏ها ارزیابی شد. همچنین ویژگی‏های مورفولوژیک کالوس‌های حاصل از هر گونه شامل نوع بافت کالوس‌ با سه ساختار پنبه‌ای، نرم و مخلوط (ترکیبی از پنبه‌ای و نرم)، رنگ کالوس‌ شامل سفید، قهوه‌ای و مخلوط (ترکیبی از سفید و قهوه‌ای) بررسی گردید. شدت ترشح ترکیبات فنولی براساس شدت رنگ در محیط کشت از صفر تا پنج (فاقد، خیلی‌کم، کم، متوسط، زیاد و خیلی‌زیاد) امتیازدهی شد. آزمایش به صورت فاکتوریل با دو عامل گونه در دو سطح و اندازه ریزنمونه در پنج سطح در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی اجرا شد. تجزیه آماری با استفاده از روش‏های تجزیه واریانس و مقایسه میانگین با آزمون دانکن برای داده‌های کالوس‌زایی و آزمون کای‏اسکور برای داده‌های ترکیبات فنولی انجام شد. همچنین از همبستگی پیرسون به منظور ارزیابی ارتباط بین اندازه ریزنمونه و زیست‌توده و ترکیبات فنولی استفاده شد.
یافته‌ها
براساس نتایج، کالوس‌های حاصل از ریزنمونه‌های با طول کمتر از 5/2 سانتی‌متر در گونه T. brevifolia دارای 33% وزن تر بیشتری در مقایسه با T. baccata بود. افزایش طول ریزنمونه از 2–5/1 به 3–5/2 سانتی‌متر سبب افزایش 6/2 برابری زیست‌توده کالوس گونه  T. baccataو 5/1 برابری در T. brevifolia شد. ترشح ترکیبات فنولی نیز در ریزنمونه‌های با طول کمتر از 5/2 سانتی‌متر در گونه  T. brevifolia14 درصد کمتر از T. baccata مشاهده شد. با افزایش طول ریزنمونه‏ها به 3–5/2، 5/3–3 و 4– 5/3 سانتی‌متر ترشح ترکیبات فنولی به ترتیب 4، 6 و 15% در T. brevifolia در مقایسه با T. baccata بیشتر بود. نتایج نشان داد، کالوس‌های حاصل از ریزنمونه‌های T. baccata و T. brevifolia به ترتیب دارای 82 و 27% بافت پنبه‌ای، 2 و 52% بافت نرم و 16 و 21%  بافت مخلوط بودند. بیشترین درصد کالوس‌های سفید رنگ با 63% کالوس به T. baccata تعلق داشت و بافت مخلوط و قهوه‌ای به ترتیب در %30 و 7% از کالوس‏ها مشاهده شد. در حالی ‌که تنها 37% از کالوس‌های  T. Brevifoliaسفید رنگ بودند و 33% و 30% به ترتیب مخلوط و قهوه‌ای رنگ بودند. نتایج همچنین حکایت از وجود همبستگی متوسط 57/0 و 40/0 به ترتیب بین اندازه ریزنمونه با زیست‌توده تولیدی در گونه T. baccata و T. brevifolia از یکسو و همبستگی ضعیف 23/0 و 25/0 بین اندازه ریزنمونه با شدت ترشح ترکیبات فنولی در دو گونه مورد مطالعه داشت.
نتیجه‌گیری
نتایج نشان داد امکان افزایش معنی‏دار زیست‌توده کالوس با کمترین میزان ترکیبات فنولی از ریزنمونه‏های ساقه دو گونه سرخدار با افزایش طول معین در اندازه ریزنمونه میسر است. همچنین با در نظر گرفتن زیست‌توده تولیدی و ویژگی‌های کالوس مشخص شد که طول 5/2–2 سانتی‌متر به دلیل تولید زیست‌توده کالوس بیشتر از یکسو و ترشح ترکیبات فنولی کمتر از سوی دیگر به عنوان بهینه اندازه ریزنمونه ساقه در کشت بافت دو گونه مورد مطالعه پیشنهاد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  1. Abbasin, Z., Zamani, S., Movahedi, S., Khaksar, G., and Tabatabaei, B. S., 2010. In vitro micropropagation of Yew (Taxus baccata) and production of plantlets. Biotechnology, 9(1): 48-54.
  2. Albuquerque, B. R., Heleno, S. A., Oliveira, M. B. P., Barros, L., and Ferreira, I. C. 2021. Phenolic compounds: Current industrial applications, limitations and future challenges. Food & function, 12(1): 14-29.
  3. Aldbass, A. M., 2022. Use of Natural Products and Their Derivative in Cancer Research for the Discovery of Safer Treatments. Journal of Pharmaceutical Research International, 10: 39-46.
  4. Ashrafi, S., Mofid, M. R., Otroshi, M., Ebrahimi, M., and Khosroshahli, M., 2010. Effects of plant growth regulators on the callogenesis and taxol production in cell suspension of Taxus baccata Trakia Journal of Science, 8(2): 36-43.
  5. Behjat, B. S., Omidi, M., Naghavi, M. R., Hariri, F. A., Kalateh, S. J., Shafiee, M., and Shafiee, M., 2014. Effect of explants, salts concentration medium and hormone treatments on Taxus baccata in vitro International Journal of Bioscience, 5: 1-9.
  6. Benjamin, E. D., Ishaku, G. A., Peingurta, F. A., and Afolabi, A. S., 2019. Callus culture for the production of therapeutic compounds. American Journal of Plant Biology, 4(4): 76-84.
  7. Bhuju, S. and Gauchan, D. P., 2018. Taxus wallichiana (Zucc.), an endangered anti-cancerous plant: a review. International Journal of Research and Review, 5(21): 10-21.
  8. Esmaeili, S., Sharifi, M., Ghanati, F., Soltani, B. M., Samari, E., and Sagharyan, M., 2023. Exogenous melatonin induces phenolic compounds production in Linum album cells by altering nitric oxide and salicylic acid. Scientific Reports, 13(1): 4158.
  9. Gauchan, D. P., Bhuju, S., Lamichhane, J., Shakya, R., and García-Gil, M. R., 2021. Establishment of regenerative callus, cell suspension system, and molecular characterization of Taxus wallichiana for the in vitro production of Taxol. Journal of Applied Pharmaceutical Science, 11(6): 022-034.
  10. Ghafoori, R., Bernard, F., Abolmaali, S., and Mousavi, A., 2012. Improved effect of glutathione on the induction and growth of Taxus baccata callus. Annals of Biological Research, 3(4): 1726-1730.
  11. Hosseini, N. S., Ghasimi Hagh, Z., and Khoshghalb, H., 2020. Morphological, antioxidant enzyme activity and secondary metabolites accumulation in response of polyethylene glycol-induced osmotic stress in embryo-derived plantlets and callus cultures of Salvia leriifolia. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 140: 143-155.
  12. Hrubša, M., Siatka, T., Nejmanová, I., Vopršalová, M., Kujovská Krčmová, L., Matoušová, K., and Oemonom, M., 2022. Biological properties of vitamins of the B-complex, part 1: Vitamins B1, B2, B3, and B5. Nutrients, 14(3): 484.
  13. Irshad, M., He, B., Liu, S., Mitra, S., Debnath, B., Li, M., Hafiz, M., and Qiu, D., 2017. In vitro regeneration of Abelmoschus esculentus Cv. Wufu: Influence of anti-browning additives on phenolic secretion and callus formation frequency in explants. Horticulture, Environment, and Biotechnology, 58: 503-513.
  14. Jogi, Q., Chen, A., Sun, M., Wang, S., Kandhro, M. N., Soomro, A. H., and Babar, N., 2020. Impact of phyto-hormone concentrations in optimizing cell suspension culture of flue-cured tobacco (Nicotiana tabaccum ) cultivars. Pure and Applied Biology, 9(4): 2589-2598.
  15. Karimi, N., Mofid, M. R., Ebrahimi, M., and Khayyam Nekouei, S. M., 2010. Effect of genotype, explant size and position on callus induction in Cereus peruvianum (Cactaceae). Trakia Journal of Sciences, 8(1): 33-37.
  16. Karjadi, A. K., and Gunaeni, N., 2022. The Effect of Antiviral Ribavirin, Explant Size, Varieties on Growth and Development in Potato Meristematic. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 985(1): 12-22.
  17. Karjadi, A. K., and Waluyo, N., 2021. The effect of explant size and addition of antiviral ribavirin on proliferation of meristematic potatoes (Solanum tuberosum). In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 807(3): 17-32.
  18. Kashani, K., Jalali Javaran, M., Sabet, M. S., and Moieni, A., 2018. Identification of rate-limiting enzymes involved in paclitaxel biosynthesis pathway affected by coronatine and methyl-β-cyclodextrin in Taxus baccata cell suspension cultures. DARU Journal of Pharmaceutical Sciences, 26: 129-142.
  19. Khosroushahi, A. Y., Naderi-Manesh, H., and Simonsen, H. T., 2011. Effect of antioxidants and carbohydrates in callus cultures of Taxus brevifolia: evaluation of browning, callus growth, total phenolics and paclitaxel production. BioImpacts: 1(1): 37-42.
  20. Lin, S. L., Wei, , Lin, J. F., Guo, L. Q., Wu, G. P., Wei, J. B., Huang, J. J., and Ouyang, P. L., 2018. Bio-production of baccatin III, an important precursor of paclitaxel by a cost effective approach. Molecular Biotechnology, 60: 492–505.
  21. Mirjalili, M. H., 2022. Influence of Titania–graphene nanocomposite and coronatine on taxanes production and expression patterns of the key genes involved in taxol biosynthetic pathway in cell suspension culture of Taxus baccata. 3: 1-13.
  22. Mohammadi, Y., Mashayekhi, M. R., Zhoulideh, Y., and Gheytaranpour-Sehrigh, Sh., 2022. Study of dbat gene expression pattern and Taxol production in Yew (Taxus baccata) leaves under the influence of Methyl Jasmonate. Journal of Forest Research and Development, 8(4): 403-414 (In Persian).
  23. Nasiri, J., Naghavi, M. R., Alizadeh, H., Fattahi Moghadam, M. R., Mashouf, A., and Nabizadeh, M., 2015. Modified AHP-based decision-making model toward accurate selection of eligible maintenance media for production of taxanes in Taxus baccata callus culture. Acta Physiologiae Plantarum, 37: 1-15.
  24. Rahmati, Z., Payam Nour, V., Ghasemi Bezdi, K., and Ebrahimi, P., 2017. Optimization of culture medium for in vitro callogensis in Taxus baccata and T. brevifolia Nut. Forest and Wood Products, 70(3): 381-391 (In Persian).
  25. Sarmadi, M., Karimi, N., Palazón, J., Ghassempour, A., and Mirjalili, M. H., 2020. Physiological, biochemical, and metabolic responses of a Taxus baccata callus culture under drought stress. In Vitro Cellular & Developmental Biology-Plant, 56: 703-717.
  26. Sarmadi, M., Karimi, N., Palazón, J., Ghassempour, A., and Mirjalili, M. H., 2019. Improved effects of polyethylene glycol on the growth, antioxidative enzymes activity and taxanes production in a Taxus baccata callus culture. Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC), 137: 319-328.
  27. Setamam, N., 2019. Effects of different concentration of both naphthaleneacetic acid and 6-benzylaminopurine in callus induction of capsicum frutescens. Gading Journal for Science and Technology, 2(1): 23-30.
  28. Toulabi, S. B., Moieni, A., Ghanati, F., and Emami, F., 2015. Investigation of the effects of the basal medium, auxin and antioxidants on the induction and maintenance of callus and Taxol production in Yew (Taxus baccata). Journal of Advances in Biology and Biotechnology, 3(2): 58-67.
  29. Zhang, B., Tian, L., Xie, J., Chen, G., and Wang, F., 2020. Targeting miRNAs by natural products: a new way for cancer therapy. Biomedicine and Pharmacotherapy, 130: 11-17.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار