اخبار و اعلانات
آمار
| تعداد نشریات | 20 |
| تعداد شماره‌ها | 385 |
| تعداد مقالات | 3,169 |
| تعداد مشاهده مقاله | 4,342,041 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 2,936,371 |
Investigation in expression of key genes involved in sanguinarine biosynthetic pathway in Papaver genus under drought and salinity | ||
| Iranian Journal of Genetics and Plant Breeding | ||
| مقاله 6، دوره 5، شماره 2 - شماره پیاپی 10، دی 2016، صفحه 48-57 اصل مقاله (1.07 M) | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.30479/ijgpb.2016.1171 | ||
| نویسندگان | ||
| Behnam Davoudnia1؛ Jafar Ahmadi* 2؛ Sedigheh Fabriki-Ourang3 | ||
| 1M.Sc. student, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran. | ||
| 2Professor, Department of Plant Breeding, Imam Khomeini International University, P. O. Box: 759187-4831, Qazvin, Iran. | ||
| 3Assistant Professor, Department of Plant Breeding, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran. | ||
| تاریخ دریافت: 22 مهر 1396، تاریخ پذیرش: 22 مهر 1396 | ||
| چکیده | ||
| The presence of morphine alkaloids, anti-microbial and anti-cancer metabolite, sanguinarine, in different species of Papaver genus has made it one of the most valuable plants in the pharmaceutical industry.With regard to the influence of drought and salinity on the increase of secondary metabolites, the present study attempted to investigate the effect of the mentioned stresses on the key genes expression involved in the sanguinarine biosynthetic pathway. Therefore, the expression of BBE1, DIOX2 and DBOX genes involved in the biosynthesis of sanguinarine was investigated under drought (50% FC), salinity (100 mM NaCl) and non-stress conditions in four species of P. somniferum, P. bractateum, P. armeniacum and P. argemone in a factorial experiment based on a completely randomized design with three replications. Total RNA was extracted from leaves and roots of non-stressed and stressed plants, and then cDNA was synthesized and used for quantitative real-time PCR reactions. The results showed that, increases in the expression of BBE1, DIOX2 and DBOX genes in each of four species under drought condition were more pronounced than salinity. In addition, the level of gene transcripts in roots was more than leaves. The expression of each of the threegenes was higher in P. somniferum and P. bractateum compared to P. armeniacum and P. argemone; so that the highest transcription levels of BBE1 (seven-fold), DIOX2 (four-fold) and DBOX (six-fold) in P. bractateum were related to root under drought, leaf under salinity and root under drought stresses, respectively. BBE1 expression in the studied species was more than DIOX2 and DBOX genes, under the mentioned stresses. In fact, according to sanguinarine biosynthesis pathway, BBE1 is a branching point gene and it seems that these species divert the biosynthesis pathway of benzylisoquinoline alkaloids towards the production of sanguinarine by increasing BBEI gene expression under stress conditions. In conclusion, our results support the idea that P. somniferum and P. bractateum could be used as suitable candidates for metabolite engineering and high yield extraction of sanguinarine. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| BBE1؛ DBOX؛ DIOX2؛ Gene expression؛ Sanguinarine | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| بررسی بیان ژن های کلیدی درگیر در مسیر بیوسنتزی سنگوئینارین در جنس Papaver تحت خشکی و شوری | ||
| نویسندگان [English] | ||
| بهنام داودنیا1؛ جعفر احمدی2؛ صدیقه فابریکی اورنگ3 | ||
| 1دانشجوی کارشناسی ارشد اصلاح نباتات، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران. | ||
| 2استاد گروه تولید و اصلاح نباتات، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران، کدپستی: 4831 – 759187. | ||
| 3استادیار گروه تولید و اصلاح نباتات، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران. | ||
| چکیده [English] | ||
| حضور آلکالوئیدهای مورفینی و متابولیت ضدمیکروبی و ضدسرطانی سنگوئینارین در گونه‌های مختلف جنس پاپاور آن را به یکی از گیاهان باارزش در صنعت داروسازی تبدیل کرده است. با توجه به تأثیر خشکی و شوری بر افزایش متابولیت‌های ثانویه و با توجه به اینکه بسیاری از نقاط جهان به صورت خشک و نیمه‌خشک می‌باشند، در مطالعه حاضر سعی شد تا تأثیر تنش‌های ذکرشده بر بیان ژن‌های کلیدی مسیر بیوسنتز سنگوئینارین بررسی گردد. بنابراین بیان ژن‌های BBE1 ، DIOX2 و DBOX درگیر در مسیر بیوسنتزی سنگوئینارین تحت تنش‌های خشکی (50 درصد ظرفیت زراعی)، شوری (100میلی‌مولار NaCl) و بدون تنش (شاهد) در چهار گونه P. somniferum، mutaetcarb .P، P. armeniacum و P. argemone در قالب آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح کاملاً تصادفی در سه تکرار بررسی گردید. RNA کل از برگ‌ها و ریشه‌های گیاهان در شرایط تنش و عدم تنش استخراج و سپس cDNA سنتز و برای واکنش quantitative real-time PCR مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزایش بیان ژن‌های BBE1 (هفت برابر)، DIOX2 (چهار برابر) و DBOX (شش برابر) در هر چهار گونه در شرایط خشکی بیش از شوری بود. همچنین میزان بیان ژن‌ها در ریشه بیشتر از برگ‌ها بود. بیان هر سه ژن در P. somniferum و P. bractateum بیشتر از گونه‌های P. argemone و P. armeniacum بود؛ به‌طوری‌که بیشترین بیان ژن‌های BBE1 ، DIOX2 و DBOX در P. bractateum به ترتیب مربوط به ریشه در تنش خشکی، برگ در تنش شوری و ریشه در تنش خشکی بود. از آنجا که بیان ژن BBE1 در گونه‌های مورد مطالعه تحت هر دو تنش، بیش از ژن‌های 2XOID و DBOX بود؛ و با توجه به مسیر بیوسنتز سنگوئینارین، BBE1 به عنوان یک آنزیم نقطه انشعاب می‌باشد؛ لذا به نظر می‌رسد این گونه‌ها با افزایش میزان بیان ژن BBE1 در شرایط تنش، مسیر بیوسنتز آلکالوئیدهای بنزیل ایزوکوئینولینی را به سمت تولید سنگوئینارین هدایت می‌کنند. در جمع‌بندی کلی، نتایج این آزمایش این ایده را تقویت می‌کند که، P. somniferum و P. bractateum می‌توانند به‌عنوان کاندید برای مهندسی متابولیت و استخراج پربازده سنگوئینارین مورد استفاده قرار بگیرند. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| بیان ژن, سنگوئینارین, BBE1, DIOX2, DBOX | ||
| مراجع | ||
|
Altinkut A., Kazan K., Ipekci Z., and Gozukirmizi N. (2001). Tolerance to paraquat is correlated with the traits associated with water stress tolerance in segregating F2 populations of barley and wheat. Euphytica, 121: 81–86.
Berenyi S., Csutoras C., and Sipos A. (2009). Recent developments in the chemistry of thebaine and its transformation products as pharmacological targets. Current Medicinal Chemistry, 16(25): 3215–3242.
Brownstein M. J. (1993). A brief history of opiates, opioid peptides, and opioid receptors. Proceedings of the National Academy of Sciences, 90(12): 5391–5393.
Cho H. Y., Son S. Y., Rhee H. S., Yoon S. Y. H., Lee-Parsons C. W., and Park J. M. (2008). Synergistic effects of sequential treatment with methyl jasmonate, salicylic acid and yeast extract on benzophenanthridine alkaloid accumulation and protein expression in Eschscholtzia californica suspension cultures. Journal of Biotechnology, 135(1): 117–122.
Choudhary N. L., Sairam R. K., and Tyagi A. (2005). Expression of D-pyrroline-5-carboxylate synthetase gene during drought in rice (Oryza sativa L.). Indian journal of Biochemistry and Biophysics, 42: 366–370.
Cline S. D., and Coscia C. J. (1988). Stimulation of sanguinarine production by combined fungal elicitation and hormonal deprivation in cell suspension cultures of Papaver bracteatum. Plant Physiology, 86(1): 161–165.
Facchini P. J., and Bird D. A. (1998). Developmental regulation of benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis in opium poppy plants and tissue cultures. In Vitro Cellular & Developmental Biology-Plant, 34(1): 69–79.
Facchini P. J., and De Luca V. (1995). Phloem-specific expression of tyrosine/dopa decarboxylase genes and the biosynthesis of isoquinoline alkaloids in opium poppy. The Plant Cell, 7(11): 1811–1821.
Facchini P. J., and Park S. U. (2003). Developmental and inducible accumulation of gene transcripts involved in alkaloid biosynthesis in opium poppy. Phytochemistry, 64(1): 177–186.
Facchini P. J., Penzes C., Johnson A. G., and Bull D. (1996). Molecular characterization of berberine bridge enzyme genes from opium poppy. Plant Physiology, 112(4): 1669–1677.
Frenzel T., and Zenk M. H. (1990). S-Adenosyl-L-methionine: 3′-hydroxy-N-methyl-(S)-coclaurine-4′-O-methyl transferase, a regio-and stereoselective enzyme of the (S)-reticuline pathway. Phytochemistry, 29(11): 3505–3511.
Hagel J. M., and Facchini P. J. (2010). Dioxygenases catalyze the O-demethylation steps of morphine biosynthesis in opium poppy. Nature Chemical Biology, 6(4): 273–275.
Hagel J. M., Beaudoin G. A., Fossati E., Ekins A., Martin V. J., and Facchini P. J. (2012). Characterization of a flavoprotein oxidase from opium poppy catalyzing the final steps in sanguinarine and papaverine biosynthesis. Journal of Biological Chemistry, 287(51): 42972–42983.
Hagel J. M., Mandal R., Han B., Han J., Dinsmore D. R., Borchers C. H., Facchini P. J. (2015). Metabolome analysis of 20 taxonomically related benzylisoquinoline alkaloid-producing plants. BMC Plant Biology, 15(1): 220.
Huang F. C., and Kutchan T. M. (2000). Distribution of morphinan and benzo [c] phenanthridine alkaloid gene transcript accumulation in Papaver somniferum. Phytochemistry, 53(5): 555–564.
Jain M., Nijhawan A., Tyagi A. K., and Khurana J. P. (2006). Validation of housekeeping genes as internal control for studying gene expression in rice by quantitative real-time PCR. Biochemical and Biophysical Research Communications, 345(2): 646–651.
Khodayari M., Omidi M., Shah Nejat Bushehri A., Yazdani A., and Naghavi M. R. (2015). Analysis of changes in expression of genes involved in the biosynthesis of sanguinarine affected by Nano-elicitors in Papaver somniferum L. plants. Journal of Medicinal Plants, 14(2):41–53.
Kutchan T. M., and Zenk M. H. (1993). Enzymology and molecular biology of benzophenanthridine alkaloid biosynthesis. Journal of Plant Research, 3: 165–173.
Liscombe D. K., MacLeod B. P., Loukanina N., Nandi O. I., and Facchini P. J. (2005). Evidence for the monophyletic evolution of benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis in angiosperms. Phytochemistry, 66(11): 1374–1393.
Livak K. J., and Schmittgen T. D. (2001). Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the ΔΔCT method. Methods, 25(4): 402–408.
Liu X., and Baird W. M. (2003). Differential expression of genes regulated in response to drought or salinity stress in sunflower. Crop Science, 43(2): 678–687.
Nakashima K., Shinwari Z. K., Sakuma Y., Seki M., Miura S., Shinozaki K., and Yamaguchi-Shinozaki K. (2000). Organization and expression of two Arabidopsis DREB2 genes encoding DRE-binding proteins involved in dehydration-and high-salinity-responsive gene expression. Plant Molecular Biology, 42(4): 657–665.
Namdeo A. G. (2007). Plant cell elicitation for production of secondary metabolites: a review. Pharmacognosy Reviews, 1(1): 69–79.
Pfaffl M. W. (2001). A new mathematical model for relative quantification in real-time RT–PCR. Nucleic Acids Research, 29(9): e45–e45.
Rezaei M., Naghavi M. R., Hoseinzade A. H., and Abbasi A. (2016). Developmental accumulation of thebaine and some gene transcripts in different organs of Papaver bracteatum. Industrial Crops and Products, 80: 262–268.
Sato F., Hashimoto T., Hachiya A., Tamura K. I., Choi K. B., Morishige T., and Yamada Y. (2001). Metabolic engineering of plant alkaloid biosynthesis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 98(1): 367–372.
Turner N. C. (1981). Techniques and experimental approaches for the measurement of plant water status. Plant and Soil, 58(1): 339–366.
Vaezi B., Bavei V., and Shiran B. (2010). Screening of barley genotypes for drought tolerance by agro-physiological traits in field condition. African Journal of Agricultural Research, 5: 881–892.
Villegas M., Sommarin M., and Brodelius P. E. (2000). Effects of sodium orthovanadate on benzophenanthridine alkaloid formation and distribution in cell suspension cultures of Eschscholtzia californica. Plant Physiology and Biochemistry, 38(3): 233–241.
Welchman R. L., Gordon C., and Mayer R. J. (2005). Ubiquitin and ubiquitin-like proteins as multifunctional signals. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 6(8): 599–609.
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,230 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 946 |
||