بررسی میزان تولید تاکسول و 10-دی استیل باکاتین III تحت الیسیتورهای کیتوزان و جاسمونیک اسید در کشت سوسپانسیون سلولی سرخدار( Taxus baccata L.)
محورهای موضوعی : زیست شناسی سلولی تکوینی گیاهی و جانوری ، تکوین و تمایز ، زیست شناسی میکروارگانیسم
راحله گرزی
1
,
عزیزاله خیری
2
*
,
زهرا قهرمانی
3
,
محسن ثانی خانی
4
1 - گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران
2 - گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران
3 - گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران
4 - گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران
کلید واژه: الیسیتور, تاکسان ها, سرخدار, ضد سرطان, کشت تعلیقی.,
چکیده مقاله :
تاکسول به عنوان مهمترین تاکسان در درمان بسیاری از سرطانها کاربرد دارد. به علت مقدار بسیار کم آن در گیاه سرخدار، از روشهای جایگزین مانند کشت سوسپانسیون سلولی و الیسیتورها استفاده میشود. در این پژوهش پس از القای کالوس و کشت سوسپانسیون سلولی سرخدار، میزان تولید تاکسانها تحت تاثیر جاسمونیک اسید (Mµ 40و20 ،10) و کیتوزان (mg/l 50 و30 ،10) بررسی شدند. پس از القای کالوس در ساقه در محیط کشت B5 حاوی 4 میلیگرم در لیتر 2-4-D ، 1 میلیگرم در لیتر کاینتین، 5/0 میلیگرم در لیتر جیبرلین،30 گرم در لیتر ساکارز و 7 گرم در لیتر آگار همراه با 10 سی سی در لیترآنتی اکسیدان، کشت سوسپانسیون سلولی در محیط کشت B5 حاوی 2 میلیگرم در لیتر پیکلرام، 1/0 میلیگرم در لیتر کاینتین، 5/0 میلیگرم در لیتر جیبرلین، 5 گرم در لیتر ساکارز، 5 گرم در لیتر فروکتوز و 10 سیسی در لیتر آنتی اکسیدان، انجام شد. 8 روز پس از کشت، الیسیتورها اعمال و در روز 17 پس از کشت، میزان فنل، فلاونوئید، آنزیم PAL، 10-دی استیل باکاتینIII و تاکسول اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد در کیتوزان30 میلیگرم در لیتر، تاکسول 21 درصد و میزان فنل، فلاونوئید و آنزیم PAL در کیتوزان نسبت به شاهد افزایش نشان دادند. میزان استیل باکاتین در کیتوزان 10 میلیگرم در لیتر 62 درصد نسبت به شاهد افزایش نشان دادند. کیتوزان نسبت به جاسمونیک اسید تاثیر بهتری نشان داد و میتوان برای بهینه سازی تولید تجاری تاکسول در سیستمهای بیوراکتور از آن بهره گرفت.
Taxol is the most important taxane used in the treatment of many cancers. Due to its very low amount in the yew plant, alternative methods such as cell suspension culture, as well as various elicitors are used to increase the production of taxanes. In this study, after callus induction and yew cell suspension culture, the production of taxanes was investigated under the influence of jasmonic acid (10, 20, 40 Mµ) and chitosan (10, 30, 50 mg/l). After induction of callus in the stem in B5 medium containing 4 mg/L 2-4-D, 1 mg/L kinetin, 0.5 mg/L gibberellin, 30 g/L sucrose, and 7 g/L agar with 10 cc/L antioxidants, cell suspension culture was performed in B5 medium containing 2 mg/L picloram, 0.1 mg/L kinetin, 0.5 mg/L gibberellin, 5 g/L sucrose, 5 g/L fructose, and 10 ml/L antioxidants. 8 days after cultivation, elicitors were applied, and on day 17 after cultivation, the levels of phenol, flavonoid, PAL enzyme, 10-diacetylbaccatinIII, and taxol were measured. The results showed that in 30 mg/L chitosan, taxol was 21% and the amount of phenol, flavonoid and PAL enzyme in chitosan increased compared to the control. The amount of 10-diacetylbaccatin III in 10 mg/L chitosan increased by 62% compared to the control. Therefore, chitosan has a better effect than jasmonic acid and can be used to optimize the commercial production of taxol in bioreactor systems.
Alavi SJ, Ahmadi K, Hosseini SM, Tabari M, Nouri Z. The response of English yew (Taxus baccata L.) to climate change in the Caspian Hyrcanian Mixed Forest ecoregion. Regional Environmental Change. 2019 Jun 1;19:1495-506.
Alves RC, Fernandes RP, Eloy JO, Salgado HR, Chorilli M. Characteristics, properties and analytical methods of paclitaxel: a review. Critical reviews in analytical chemistry. 2018 Mar 4;48(2):110-8.
Beaudoin-Eagan LD, Thorpe TA. Tyrosine and phenylalanine ammonia lyase activities during shoot initiation in tobacco callus cultures. Plant Physiology. 1985 Jul 1;78(3):438-41.
Bekhouche M, Morsli A, Slaoui MK, Benyammi R, Krimat S, Paris C, Khelifi L. Antioxidant properties of the needles of Taxus baccata L. growing in Algeria and characterization of their antioxidant constituents by LC-DAD-ESI-MSn.
Cragg GM, Newman DJ. Plants as a source of anti-cancer agents. Journal of ethnopharmacology. 2005 Aug 22;100(1-2):72-9.
Dang PH, Nguyen HX, Nguyen HH, Vo TD, Le TH, Phan TH, Nguyen MT, Nguyen NT. Lignans from the roots of Taxus wallichiana and their α-glucosidase inhibitory activities. Journal of natural products. 2017 Jun 23;80(6):1876-82.
Demidova E, Globa E, Klushin A, Kochkin D, Nosov A. Effect of Methyl Jasmonate on the Growth and Biosynthesis of C13-and C14-Hydroxylated Taxoids in the Cell Culture of Yew (Taxus wallichiana Zucc.) of Different Ages. Biomolecules. 2023 Jun 9;13(6):969.
Dobrowolska D, Bončina A, Klumpp R. Ecology and silviculture of silver fir (Abies alba Mill.): A review. Journal of Forest Research. 2017 Nov 2;22(6):326-35.
Ghassempour A, Rezadoost H, Ahmadi M, Aboul-Enein HY. Seasons study of four important taxanes and purification of 10-deacetylbaccatin III from the needles of Taxus baccata L. by two-dimensional liquid chromatography. Journal of Liquid Chromatography & Related Technologies®. 2009 Apr 28;32(10):1434-47.
Harshita, Barkat MA, Rizwanullah M, Beg S, Pottoo FH, Siddiqui S, Ahmad FJ. Paclitaxel-loaded nanolipidic carriers with improved oral bioavailability and anticancer activity against human liver carcinoma. AAPS PharmSciTech. 2019 Jan 23;20(2):87.
Howat S, Park B, Oh IS, Jin YW, Lee EK, Loake GJ. Paclitaxel: biosynthesis, production and future prospects. New biotechnology. 2014 May 25;31(3):242-5.
Kingston DG. Taxus. The Genus Taxus Edited by Hideji Itokawa and Kuo-Hsiung Lee (University of North Carolina, Chapel Hill). Taylor and Francis, London and New York. 2003. xiii+ 447 pp. 17× 24.5 cm. $145.00. ISBN 0-415-29837-7.
Lenka SK, Nims NE, Vongpaseuth K, Boshar RA, Roberts SC, Walker EL. 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. 2015 Feb 26;6:115.
Luciano, Á.J., Irineo, T.P., Virginia, O.V.R., Feregrino-Pérez, A.A., Hernández, A.C. and Gerardo, G.G.R., 2017. Integrating Plant Nutrients and Elicitors for Production of Secondary Metabolites, Sustainable Crop Production and Human Health: A Review. International Journal of Agriculture & Biology, 19(3).
Mendhulkar VD, Vakil MM. Elicitation of flavonoids by salicylic acid and Penicillium expansum in Andrographis paniculata (Burm. f.) Nees. cell culture. Research in Biotechnology. 2013 Mar 21;4(2).
Mutanda I, Li J, Xu F, Wang Y. Recent advances in metabolic engineering, protein engineering, and transcriptome-guided insights toward synthetic production of taxol. Frontiers in bioengineering and biotechnology. 2021 Feb 5;9:632269.
Nims E, Dubois CP, Roberts SC, Walker EL. Expression profiling of genes involved in paclitaxel biosynthesis for targeted metabolic engineering. Metabolic engineering. 2006 Sep 1;8(5):385-94.
OL G. Nutrient requirements of suspension cultures of soybean root cultures. Exp Cell Res. 1968;50:148-51.
Palazón J, Cusidó RM, Bonfill M, Morales C, Piñol MT. Inhibition of paclitaxel and baccatin III accumulation by mevinolin and fosmidomycin in suspension cultures of Taxus baccata. Journal of biotechnology. 2003 Mar 6;101(2):157-63.
Ruan J, Zhou Y, Zhou M, Yan J, Khurshid M, Weng W, Cheng J, Zhang K. Jasmonic acid signaling pathway in plants. International journal of molecular sciences. 2019 May 20;20(10):2479.
Sabater-Jara AB, Tudela LR, López-Pérez AJ. In vitro culture of Taxus sp.: strategies to increase cell growth and taxoid production. Phytochemistry reviews. 2010 Jun;9:343-56.
Samari E, Sharifi M, Ghanati F, Fuss E, Ahmadian Chashmi N. Chitosan-induced phenolics production is mediated by nitrogenous regulatory molecules: NO and PAs in Linum album hairy roots. Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC). 2020 Mar;140(3):563-76.
Sarker U, Oba S. Drought stress enhances nutritional and bioactive compounds, phenolic acids and antioxidant capacity of Amaranthus leafy vegetable. BMC Plant biology. 2018 Dec;18:1-5.
Singleton VL, Orthofer R, Lamuela-Raventós RM. [14] Analysis of total phenols and other oxidation substrates and antioxidants by means of folin-ciocalteu reagent. InMethods in enzymology 1999 Jan 1 (Vol. 299, pp. 152-178). Academic press.
Slazak B, Jędrzejska A, Badyra B, Shariatgorji R, Nilsson A, Andrén PE, Göransson U. The influence of plant stress hormones and biotic elicitors on Cyclotide production in Viola uliginosa cell suspension cultures. Plants. 2022 Jul 19;11(14):1876.
Sofias AM, Dunne M, Storm G, Allen C. The battle of “nano” paclitaxel. Advanced drug delivery reviews. 2017 Dec 1;122:20-30.
Tachinbana S, Muranaka T, Itoh K. Effect of elicitors and a biogenetic precursor on paclitaxel production in cell suspension cultures of Taxus cuspidata var. nana. Pakistan Journal of Biological Sciences: PJBS. 2007 Sep 1;10(17):2856-61.
Wang J, Song L, Gong X, Xu J, Li M. Functions of jasmonic acid in plant regulation and response to abiotic stress. International journal of molecular sciences. 2020 Feb 20;21(4):1446.
Wang T, Li L, Zhuang W, Zhang F, Shu X, Wang N, Wang Z. Recent research progress in taxol biosynthetic pathway and acylation reactions mediated by Taxus acyltransferases. Molecules. 2021 May 12;26(10):2855.
Xiong X, Gou J, Liao Q, Li Y, Zhou Q, Bi G, Li C, Du R, Wang X, Sun T, Guo L. The Taxu s genome provides insights into paclitaxel biosynthesis. Nature Plants. 2021 Aug;7(8):1026-36.
Zhang CH, Mei XG, Liu L, Yu LJ. Enhanced paclitaxel production induced by the combination of elicitors in cell suspension cultures of Taxus chinensis. Biotechnology Letters. 2000 Oct;22:1561-4.
Zhang CH, Xu HB. Improved paclitaxel production by in situ extraction and elicitation in cell suspension cultures of Taxus chinensis. Biotechnology letters. 2001 Feb;23:189-93.
Zhoulideh Y, Mashayekhi MR. Effect of methyl jasmonate on Taxol production and bapt gene expression of Taxus baccata. Iranian Journal of Rangelands & Forests Plant Breeding & Genetic Research. 2022 Jan 1;30(1).