بررسی بیان ژن TYDC2 در بافت¬های ریشه، برگ، ساقه و ارتباط آن با میزان کالوس¬زایی این بافت¬ها در گیاه دارویی خشخاش (Papaver somniferum L.)

الموضوعات :

نازیلا باقری ¹ , علیرضا تاری‌نژاد ² , محمد مجیدی ³ , Karim Hasanpur ⁴

1 - دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید مدنی تبریز
2 - گروه بیوتکنولوژی، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان ، ایران
3 - عضو هیات علمی
4 - دانشگاه تبریز

تاريخ الإرسال : 01 الأربعاء , ربيع الأول, 1446 تاريخ التأكيد : 26 الثلاثاء , ربيع الثاني, 1446 تاريخ الإصدار : 05 الجمعة , جمادى الثانية, 1446

الکلمات المفتاحية: بیان ژن, توالی¬یابی, کالوسزایی, هورمون اکسین,

ملخص المقالة :

خشخاش با نام علمی Papaver somniferum L. متعلق به خانواده Papaveraceae است. بیش از 40 نوع آلکالوئید، در خشخاش شناخته شده است که مهمترین آنها مورفین، کدئین، تبائین، نوسکاپین و پاپاورین می­باشد. هدف از این پژوهش؛ شناسایی میزان بیان ژن TYDC2 در سه بافت ساقه، ریشه و برگ گیاه دارویی خشخاش از طریق NGS بوده و ارتباط آن را با میزان کالوس­زایی این بافت­ها ارزیابی می­کند. بررسی بیان ژن TYDC2 می‌تواند به درک بهتر مکانیسم‌های بیولوژیکی که در فرآیند کالوس‌زایی و توسعه بافت‌های مختلف گیاه دخیل هستند و همینطور به بهبود روش‌های کشت بافت و تولید گیاهان دارویی کمک کند. در این تحقیق، توالی این ژن در سه بافت ساقه، ریشه و برگ گیاه خشخاش، از بخش Gene سایت NCBI انتخاب شد و توسط ابزار SRAtoolkit دانلود گردید و کیفیت آن­ها توسط ابزار fastqc مورد ارزیابی قرار گرفت و نمودار heatmap  با نرم افزار Rstudio  و سایر نمودارهای مقایسه بیان ژن، ترسیم گردید. در ادامه، محیط کشت موراشیک-اسکوگ با هورمون 2,4-D با غلظت 2 میلی گرم بر لیتر تهیه شد و بافت­های ذکر شده در این محیط قرار گرفت و درصد کالوسزایی، قطر و وزن کالوس بررسی شد و با میزان بیان ژن مقایسه گردید. در انتها، این ژن با ژن آنتولوژی توسط gprofiler مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج این بررسی نشان داد؛ میزان بیان ژن تولیدی در بافت­های ساقه، ریشه و برگ گیاه دارویی خشخاش، متفاوت بوده و میزان بیان در بافت برگ بیشتر از سایر بافت­های مورد آزمایش می­باشد. کمترین میزان بیان نیز در بافت ریشه مشاهده گردید و همینطورنتایج کالوسزایی این سه بافت گیاهی با هورمون 2,4-D (2 میلی‌گرم بر لیتر) در شرایط درون شیشه­ای نشان داد، که میزان کالوسزایی در بافت برگ بیشتر از سایر بافت­ها بوده و کمترین میزان کالوسزایی نیز در بافت ریشه مشخص گردید، که نشان دهنده­ی ارتباط مستقیم بین بیان ژن و میزان کالوسزایی در بافت­ها است. این تحقیق می‌تواند به گسترش دانش علمی در زمینه ژنتیک و بیوتکنولوژی گیاهی کمک کرده و به عنوان مرجع برای تحقیقات آینده در این حوزه عمل نماید.

المصادر:

Aghaali, Z., & Naghavi, M. R. (2024). Developing benzylisoquinoline alkaloid-enriched opium poppy via CRISPR-directed genome editing: A review. BMC Plant Biology, 24(1), 700.
Aghaali, Z., Naghavi, M. R., & Zargar, M. (2024). Collaboration of hairy root culture and scale-up strategies for enhancing the biosynthesis of medicinal and defensive alkaloids in Papaver sp. Current Plant Biology, 100381.
Alqethami, A., & Aldhebiani, A. Y. (2021). Medicinal plants used in Jeddah, Saudi Arabia: phytochemical screening. Saudi Journal of Biological Sciences, 28(1), 805-812.
Arumuganathan, K., & Earle, E. (1991). Nuclear DNA content of some important plant species. Plant molecular biology reporter, 9, 208-218.
Bagheri, N., Maleki Zanjani, B., & Ammarlou, A. (2020). A callus study of different explants of the medicinal Myrtle plant (Myrtus communis). Journal of Medicinal Plants Biotechnology, 6(1), 93-101.
Birnie, R., Bryce, S. D., Roome, C., Dussupt, V., Droop, A., Lang, S. H., . . . Stower, M. J. (2008). Gene expression profiling of human prostate cancer stem cells reveals a pro-inflammatory phenotype and the importance of extracellular matrix interactions. Genome biology, 9, 1-13.
Cánovas, R., Moffat, A., & Turpin, A. (2016). CSAM: compressed SAM format. Bioinformatics, 32(24), 3709-3716.
Consortium, G. O. (2008). The gene ontology project in 2008. Nucleic acids research, 36(suppl_1), D440-D444.
D'Antuono, L. F., Moretti, A., & Lovato, A. F. (2002). Seed yield, yield components, oil content and essential oil content and composition of Nigella sativa L. and Nigella damascena L. Industrial crops and products, 15(1), 59-69.
Diaz-Bárcena, A., & Giraldo, P. (2023). Exploring the research evolution of Papaver somniferum and Cannabis sativa: A bibliometric comparative analysis. Industrial Crops and Products, 203, 117143.
Eckert, R. L., Crish, J. F., Efimova, T., Dashti, S. R., Deucher, A., Bone, F., . . . Balasubramanian, S. (2004). Regulation of involucrin gene expression. Journal of Investigative Dermatology, 123(1), 13-22.
Ghasemi, S., Kumleh, H. H., & Kordrostami, M. (2019). Changes in the expression of some genes involved in the biosynthesis of secondary metabolites in Cuminum cyminum L. under UV stress. Protoplasma, 256, 279-290.
Hori, K., Yamada, Y., Purwanto, R., Minakuchi, Y., Toyoda, A., Hirakawa, H., & Sato, F. (2018). Mining of the uncharacterized cytochrome P450 genes involved in alkaloid biosynthesis in California poppy using a draft genome sequence. Plant and Cell Physiology, 59(2), 222-233.
Kanei, M., Horiguchi, G., & Tsukaya, H. (2012). Stable establishment of cotyledon identity during embryogenesis in Arabidopsis by ANGUSTIFOLIA3 and HANABA TARANU. Development, 139(13), 2436-2446.
Lee, D.-K., Geisler, M., & Springer, P. S. (2009). LATERAL ORGAN FUSION1 and LATERAL ORGAN FUSION2 function in lateral organ separation and axillary meristem formation in Arabidopsis.
Lee, M.-L. T., Kuo, F. C., Whitmore, G., & Sklar, J. (2000). Importance of replication in microarray gene expression studies: statistical methods and evidence from repetitive cDNA hybridizations. Proceedings of the National Academy of Sciences, 97(18), 9834-9839.
Leite Dias, S., & D’Auria, J. C. (2024). The bitter truth: how insects cope with toxic plant alkaloids. Journal of Experimental Botany, erae312.
Májer, P., & Németh, É. Z. (2024). Alkaloid Accumulation and Distribution within the Capsules of Two Opium Poppy (Papaver somniferum L.) Varieties. Plants, 13(12), 1640.
Marioni, J. C., Mason, C. E., Mane, S. M., Stephens, M., & Gilad, Y. (2008). RNA-seq: an assessment of technical reproducibility and comparison with gene expression arrays. Genome research, 18(9), 1509-1517.
Miranda, M., Vega-Gálvez, A., Quispe-Fuentes, I., Rodríguez, M. J., Maureira, H., & Martínez, E. A. (2012). Nutritional aspects of six quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) ecotypes from three geographical areas of Chile. Chilean journal of agricultural research, 72(2), 175.
Ngernsaengsaruay, C., Leksungnoen, N., Chanton, P., Andriyas, T., Thaweekun, P., Rueansri, S., . . . Hauyluek, W. (2023). Morphology, taxonomy, anatomy, and palynology of the opium poppy (Papaver somniferum L.) cultivation in Northern Thailand. Plants, 12(11), 2105.
Romero, I. G., Ruvinsky, I., & Gilad, Y. (2012). Comparative studies of gene expression and the evolution of gene regulation. Nature Reviews Genetics, 13(7), 505-516.
Sakai, H., Honma, T., Aoyama, T., Sato, S., Kato, T., Tabata, S., & Oka, A. (2001). ARR1, a transcription factor for genes immediately responsive to cytokinins. Science, 294(5546), 1519-1521.
Santelia, D., Vincenzetti, V., Azzarello, E., Bovet, L., Fukao, Y., Düchtig, P., . . . Geisler, M. (2005). MDR-like ABC transporter AtPGP4 is involved in auxin-mediated lateral root and root hair development. FEBS letters, 579(24), 5399-5406.
Shinozaki, K., Yamaguchi-Shinozaki, K., & Seki, M. (2003). Regulatory network of gene expression in the drought and cold stress responses. Current opinion in plant biology, 6(5), 410-417.
Tilkat, E., Ayaz Tilkat, E., Akkaya, Ö., & Özden Çiftçi, Y. (2024). Metabolic Engineering for Overproduction of Plant Secondary Metabolites: Alkaloids. Innovative Methods in Horticultural Crop Improvement: Molecular Tools, Nanotechnology and Artificial Intelligence, 297-328.
Vadhel, A., Bashir, S., Mir, A. H., Girdhar, M., Kumar, D., Kumar, A., . . . Mohan, A. (2023). Opium alkaloids, biosynthesis, pharmacology and association with cancer occurrence. Open Biology, 13(5), 220355.
Yoshikawa, T., & Furuya, T. (1983). Regeneration and in vitro flowering of plants derived from callus cultures of opium poppy (Papaver somniferum). Experientia, 39, 1031-1033.