بیان ژن ایزومراز کالکون در مراحل مختلف گل‌دهی اطلسی و رنگ‌های مختلف گل

Subject Areas : Journal of Ornamental Plants

فاطمه کیخا آخر ¹ (استادیار گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه جهرم)
عبدالرضا باقری ² (استاد گروه بیوتکنولوژی دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد)
نسرین مشتاقی ³ (دانشیار گروه بیوتکنولوژی دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد)
مسعود فخرفشانی ⁴ (استادیار گروه تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه جهرم)

Received: 2022-03-29 Accepted : 2022-05-30 Published : 2022-06-01

Keywords: Real-time PCR, چالکون ایزومراز, نارنجنین, اطلسی, مسیر بیوسنتزی رنگدانه,

Abstract :

اطلسی یکی از مهمترین گیاهان زینتی در صنعت گل و گیاهان زینتی است. این گیاه به­ عنوان یک گیاه مدل زینتی شناخته می شود و یکی از مهمترین گیاهان در بازار فروش گل می­ باشد. فلاونوئیدها یکی از اصلی ­ترین ترکیبات در این گیاه است. بنابراین مهندسی ژنتیک با هدف تغییر رنگ گل در اطلسی بر این ترکیبات متمرکز شده است. برای بدست آوردن نمای کلی از بیان ژن­ ها در مسیر بیوسنتزی گیاه اطلسی، ما بیان ژن چالکون ایزومراز را در رنگ ­های مختلف و مراحل متفاوت گلدهی در این گیاه بررسی کردیم. همچنین برای بدست آوردن رابطه احتمالی بین بیان ژن و میزان این ترکیبات، غلظت فلاونوئیدهای کل، آنتوسیانین ­ها و نارنجنین اندازه ­گیری شد. نتایج نشان داد که بیان ژن چالکون ایزومراز در رنگ ­های مختلف اطلسی متفاوت بود. بطوری­ که بیشترین بیان ژن در اطلسی با رنگ گل قرمز مشاهده شد. همچنین غلظت نارنجنین در این رنگ گل بیشترین مقدار بود. در مقایسه با مراحل مختلف گلدهی، مرحله 1 بیشترین بیان را داشت. به عبارت دیگر هنگامی که گل­ ها به­ طور کامل بسته بودند (غنچه گل)، بیان و غلظت چالکون ایزومراز بیشترین مقدار بود. نتایج آزمایش ما نشان داد که چالکون ایزومراز یکی از ژن ­های کلیدی در مسیر بیوسنتزی تولید رنگ در این گیاه است به ­طوری که در غیاب این ژن، تولید رنگ متوقف خواهد شد. شناسایی ژن­ های موثر در مسیر تولید متابولیت ­های ثانویه در انتخاب صحیح ژن­ ها برای تغییر ژنتیکی آن­ ها و تولید متابولیت­ های ثانویه مختلف موثر خواهد بود.

References:

Azadi, P., Bagheri, H., Nalousi, A.M., Nazari, F. and Chandler, S.F. 2016. Current status and biotechnological advances in genetic engineering of ornamental plants. Biotechnology Advances, 34: 1073–1090.

Bashandy, H. and Teeri, T.H. 2017. Genetically engineered orange petunias on the market. Planta, 246: 277–280.

Brugliera, F., Tao, G.Q., Tems, U., Kalc, G., Mouradova, E., Price, K., Stevenson, K., Nakamura, N., Stacey, L., Katsumoto, Y., Tanaka, Y. and Mason, J.G. 2013. Violet/blue chrysanthemums—metabolic engineering of the anthocyanin biosynthetic pathway results in novel petal colors. Plant and Cell Physiology, 54: 1696–1710.

Chen, G., Liu, H., Wei, Q., Zhao, H., Liu, J. and Yu, Y. 2017. The acyl-activating enzyme PhAAE13 is an alternative enzymatic source of precursors for anthocyanin biosynthesis in petunia flowers. Journal of Experimental Botany, 68: 457–467.

Chen, Y., Mao, Y., Liu, H., Yu, F., Li, S. and Yin, T. 2014. Transcriptome analysis of differentially expressed genes relevant to variegation in peach flowers. PLOS ONE, 9: e90842.

Freyre, R., Uzdevenes, C., Gu, L. and Quesenberry, K.H. 2015. Genetics and anthocyanin analysis of flower color in Mexican petunia. Journal of the American Society for Horticultural Science, 140: 45–49.

Freyre, R. and Wilson, S.B. 2014. Ruellia simplex R10-105-Q54 (‘Mayan Pink’). HortScience, 49: 499–502.

Fujino, N., Tenma, N., Waki, T., Ito, K., Komatsuzaki, Y., Sugiyama, K., Yamazaki, T., Yoshida, S., Hatayama, S., Yamashita, S., Tanaka, Y., Motohashi, R., Denessiouk, K., Takahashi, S. and Nakayama, T. 2018. Physical interactions among flavonoid enzymes in snapdragon and torenia reveal the diversity in the flavonoid metabolon organization of different plant species. The Plant Journal, 94: 372–392.

Griesbach, R.J., Beck, R.M., Hammond, J. and Stommel, J.R. 2007. Gene expression in the star mutation of Petunia ×hybrida Vilm. Journal of the American Society for Horticultural Science, 132: 680–690.

Haselmair-Gosch, C., Miosic, S., Nitarska, D., Roth, B.L., Walliser, B., Paltram, R., Lucaciu, R.C., Eidenberger, L., Rattei, T., Olbricht, K., Stich, K. and Halbwirth, H. 2018. Great cause—small effect: Undeclared genetically engineered orange petunias harbor an inefficient dihydroflavonol 4-reductase. Frontiers in Plant Science, 9: 1–12.

He, H., Ke, H., Keting, H., Qiaoyan, X. and Silan, D. 2013. Flower colour modification of chrysanthemum by suppression of F3’H and overexpression of the exogenous senecio cruentus F3’5’H gene. PLOS ONE, 8: 1–11.

Hsu, Y.H., Tagami, T., Matsunaga, K., Okuyama, M., Suzuki, T., Noda, N., Suzuki, M. and Shimura, H. 2017. Functional characterization of UDP-rhamnose-dependent rhamnosyltransferase involved in anthocyanin modification, a key enzyme determining blue coloration in Lobelia erinus. The Plant Journal, 89: 325–337.

Kallam, K., Appelhagen, I., Luo, J., Albert, N., Zhang, H., Deroles, S., Hill, L., Findlay, K., Andersen, Q.M., Davies, K. and Martin, C. 2017. Aromatic decoration determines the formation of anthocyanic vacuolar inclusions. Current Biology, 27: 945–957.

Keykha Akhar, F., Bagheri, A. and Moshtaghi, N. 2016. Analysis of chalcone synthase and chalcone isomerase gene expression in pigment production pathway at different flower colors of Petunia hybrida. Journal of Cell and Molecular Research, 8: 8–14.

Keykha, F., Bagheri, A., Moshtaghi, N., Bahrami, A.R. and Sharifi, A. 2016. Cellular and molecular biology RNAi-induced silencing in floral tissues of Petunia hybrida by agroinfiltration: A rapid assay for chalcone isomerase gene function analysis. Cellular and Molecular Biology, 62: 26–31.

Koseki, M., Goto, K., Masuta, C. and Kanazawa, A. 2005. The star-type color pattern in Petunia hybrida ‘Red Star’ flowers is induced by sequence-specific degradation of chalcone synthase RNA. Plant and Cell Physiology, 46: 1879–1883.

Nakamura, N., Hirakawa, H., Sato, S., Otagaki, S., Matsumoto, S., Tabata, S. and Tanaka, Y. 2018. Genome structure of Rosa multiflora, a wild ancestor of cultivated roses. DNA Research, 25: 113–121.

Nakatsuka, T., Yamada, E., Takahashi, H., Imamura, T., Suzuki, M., Ozeki, Y., Tsujimura, I., Saito, M., Sakamoto, Y., Sasaki, N. and Nishihara, M. 2013. Genetic engineering of yellow betalain pigments beyond the species barrier. Scientific Reports, 3: 1–7.

Nishihara, M., Nakatsuka, T. and Yamamura, S. 2005. Flavonoid components and flower color change in transgenic tobacco plants by suppression of chalcone isomerase gene. FEBS Letters, 579: 6047-6078.

Noda, N., Yoshioka, S., Kishimoto, S., Nakayama, M., Douzono, M., Tanaka, Y. and Aida, R. 2017. Generation of blue chrysanthemums by anthocyanin B-ring hydroxylation and glucosylation and its coloration mechanism. Science Advances, 3: e1602785.

Ohmiya, A., Hirashima, M., Yagi, M., Tanase, K. and Yamamizo, C. 2014. Identification of genes associated with chlorophyll accumulation in flower petals. PLOS ONE, 9: e113738.

Okitsu, N., Noda, N., Chandler, S. and Tanaka, Y. 2018. Flower color and its engineering by genetic modification. Ornamental Crops, 11: 29–62.

Sun, W., Meng, X., Liang, L., Jiang, W., Huang, Y., He, J., Hu, H., Almqvist, J. and Gao, X. 2015. Molecular and biochemical analysis of chalcone synthase from Freesia hybrid in flavonoid biosynthetic pathway. PLOS ONE, 10: e0119054.

Voorhuijzen, M.M., Prins, T.W., Belter, A., Bendiek, J., Brünen-Nieweler, C., van Dijk, J.P., Goerlich, O., Kok, E.J., Pickel, B., Scholtens, I.M.J., Stolz, A. and Grohmann, L. 2020. Molecular characterization and event-specific real-time pcr detection of two dissimilar groups of genetically modified petunia (Petunia x hybrida) sold on the market. Frontiers in Plant Science, 14 (11): 1047. doi: 10.3389/fpls.2020.01047

Wang, Y., Xie, X., Ran, X., Chou, S., Jiao, X. Li, E., Zhang, Q., Meng, X. and Li, B. 2018. Comparative analysis of the polyphenols profiles and the antioxidant and cytotoxicity properties of various blue honeysuckle varieties. Open Chemistry, 16: 637–646.