تاثیرالیسیتورهای غیرزیستی برتولید متابولیت کاروون در کشت سوسپانسیون زیره سیاه (Bunium persicum Boiss )
محورهای موضوعی : بیوتکنولوژی
زهرا آقامیری
1
,
پریسا عبداللهی
2
*
,
محمود خسروشاهلی
3
1 - دانشجوی کارشناسی‌ارشد، گروه بیوتکنولوژی و به‌نژادی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - استادیار، گروه بیوتکنولوژی و به‌نژادی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3 - استاد، گروه بیوتکنولوژی و به‌نژادی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
کلید واژه: متیل جاسمونات, نانوذره Tio2, اسید سالسیلیک, متابولیت ثانویه, کشت درون شیشه ای ,
چکیده مقاله :
زیره سیاه ( Bunium persicum Boiss )یکی از مهم ترین گیاهان دارویی ارزشمند وبومی ایران است. برداشت های بی رویه این گیاه را در معرض انقراض قرار داده است .بذر زیره سیاه به علت خواب بذر به سختی جوانه میزند. کاربرد الیسیتورها در کشت سوسپانسیون سلولی راهکاری موثر برای تولید متابولیت های ثانویه در شرایط درون شیشه ای است. در این پژوهش،برای شکستن خواب و تحریک جوانه زنی بذرهای زیره سیاه روی محیط آگار حاوی BAP با غلظت ۲۵/۰ میلی گرم در لیتر پس از گذشت 20 روز شروع به جوانه زنی کرد. ریز نمونه کوتیلدون، هیپوکوتیل و ریشه برای القای کالوس در محیط کشت MS دارای تنظیم کننده رشد 2,4-D با سه غلظت2،1 و 4 میلی گرم در لیتر قرار داده شد . نتایج نشان داد غلظت 1 میلی گرم بر لیتر 2,4-D بهترین تاثیر را روی صفات وزن خشک، وزن تر و اندازه کالوس داشت. برای تولید متابولیت کاروون کشت سوسپانسیون سلولی زیره سیاه ایرانی با استفاده از کالوس های حاصل شده تهیه شد. الیسیتورهای متیل جاسمونات، نانواکسید تیتانیوم واسیدسالسیلیک در دو غلظت 100 و 150 میلی گرم بر لیتر و پس از 14 روز به سوسپانسیون اضافه شد و سلول ها 24 ساعت پس از اعمال الیسیتور برداشت شد. این آزمایش در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار انجام شد. متیل جاسمونات میزان کارون را تا 16/2399 میکروگرم در میلی گرم ماده خشک افزایش داد که اختلاف معنی داری با نمونه شاهد داشت . میزان تولید کاروون در تیمار با الیسیتور اسید سالسیلیک و نانو ذره اکسید تیتانیوم نیز نسبت به شاهد بیشتر بود و اختلاف معنی داری نشان داد. به طور کلی نتایج حاکی از اثر مثبت الیسیتورها روی تولید درون شیشه ای گیاه زیره بود.
were germinated on agar medium containing BAP at a concentration of 0.25 mg/L after 20 days. Explants of cotyledons, hypocotyls and roots of black cumin were placed on MS medium containing 2,4-D growth regulator at three concentrations of 1,2 and 4 mg/L for callus induction. The results showed that 1 mg/L of 2,4-D concentration had the best effect on dry weight, fresh weight and callus size. For carvone metabolite production, black cumin cell suspension culture was prepared using the obtained callus. The elicitors methyl jasmonate, nano titanium oxide and salicylic acid were used in two concentrations of 100 and 150 mg/L and were added to the suspension after 14 days and the cells were harvested 24 hours after the elicitor application. This experiment was conducted in a completely randomized design with three replications. Methyl jasmonate increased the amount of carvone to 2399.16 μg/mg of dry mass, which was significantly different from the control sample. Although the amount of carvone production in the treatment with salicylic acid and titanium oxide nanoparticle elicitors was less than its production by methyl jasmonate still was higher than the control and showed a significant difference. In general, the results indicated a positive effect of elicitors on the in vitro production of cumin plant.
1) Abyari, M. 2023. The effect of titanium oxide nanoparticles on the gene expression involved in the secondary metabolite production of the medicinal plant periwinkle (Catharanthus roseus). Agricultural Biotechnology Journal, 15(2), 83-100.
2) Ali, MB. Hahn, EJ. and KY. Paek. 2007. Methyl jasmonate and salicylic acid induced oxidative stress and accumulation of phenolics in Panax ginseng bioreactor root suspension cultures.Molecules, 12 (4), 607-621.
3) Arafeh, R. M., Shibli, R. A., Al-Mahmoud, M., and M. A. Shatnawi. 2006. Callusing, cell suspension culture and secondary metabolites production in Persian oregano (Origanum vulgare L.) and Arabian oregano (O. syriacum L.). Jordan Journal of Agricultural Sciences, 2(3): 274-28.
4) Biddington, N.L., and T.H. Thomas. 1978. Thermo dormancy in celery seed and its removal by cytokinins and gibberllins Physiologia Plantarum. 42:401-405.
5) Cheong, J. and Y. Choi. 2003. Methyl jasmonate as a vital substance in plants. TRENDS in Genetics, 19 (7).
6) Daneshmandpour F. , Abdollahi P., M.Omidi .2022. Effect of plant growth regulators on callus induction and elicitor application for limonene production in cell culture of lemon grass (Lippia citrodora). Iranian Journal of Horticultural Science, 52(4).889-898(In Persian).
7) Dastmalchi, T., Omidi, M., Azizinezhad, R., Rezazadeh, S., and A. Etminan. 2019. Effects of methyl jasmonate and phloroglucinol on thebaine and sanguinarine production in cell suspension culture of Persian poppy (Papaver bracteatum Lindl.). Cellular and Molecular Biology, 65(3), 11–17.
8) DeCarvalho, C. R. and M. Da Fonseca. 2006. Carvone: Why and how should one bother to produce this terpene. Food Chemistry,95,413-422.
9) Dehghani-Aghchekohal.Z., Omidi,M. Azizinezhad,R and A.R. Etminan. 2023. The effects of Silver Nanoparticles on the expression pattern of Limonene Synthase gene in Cell culture in Carum carvi L., Journal of Genetics, 18(1), 33-47.
10) Habibi, G., Sadeghipour, Z. and R. Hajiboland. 2015. Effect of salicylic acid on tobacco (Nicotiana rustica) plant under drought conditions. Iranian Journal of Plant Biology, 7(25), 17-28. (In Persian).
11) Hong, F., Zhou, J. Liu. C, Yang. F., Wu. C. Zheng. L and P. Yang. 2005. Effects of Nano TiO2 on photochemical reaction of chloroplasts of Spinach. Biological Trace Element Research. (105) 269-279.
12) Joneidi, F. Abdollahi, P. and M. Omidi. 2019. The effect of abiotic Elicitors on expression of EMOT gene in Basil plant. 3rd International and 11th National Biotechnology Congress of Islamic Republic of Iran, 1-3 Sep. Tehran, Iran.
13) Kheiry, A.,Tori, H. and N. Mortazavi. 2017. Effects of drought stress and jasmonic acid elicitors on morphological and phytochemical characteristics of peppermint (Mentha piperita L.). Iranian Journal of Medicinal and Aromatic Plants Research, 33(2), 268-280 ( In Persian).
14) Klančnik., K. D. Drobne, J. Valant, J. and K. Dolenc. 2011. Use of a modified Allium test with nanoTiO2. Ecotoxicology and Environmental Safety, 74 (1): 85-92.
15) Kuzma, L., Kalemba, D., Rózalski, M., Rózalska, B., Wieckowska-Szakiel, M., Krajewska, U., H. Wysokińska.2009. Chemical composition and biological activities of essential oil from Salvia sclarea plants regenerated in vitro. Molecules. 2:14(4):1438-47.
16) Li, M. 2000. Leung starch accumulation is associated with adventitious root formation in hypocotyls cutting of Pinus radiate. Journal of Plant Growth Regulation, 19:423 428.
17) Mahmood, I., Razzaq, A., Khan, Z., Hafiz, I. A., and Kaleem, S. 2012. Evaluation of tissue culture responses of promising wheat (Triticum aestivum L.) cultivars and development of efficient regeneration system. Pakistan Journal of Botany, 44(1): 277-284.
18) Nourihoseini, M. and H. Zabihi. 2015. Optimed Management of Fertilizer Recommendation in Black Cumin (Bunium persicum L.) Cultivated Lands. Land Management Journal, 3(1), 49-60.
19) Oberdörster, G., Maynard, A., Donaldson, K., Castranova, V., Fitzpatrick, J., Ausman, K., and S. Olin .2005. Principles for characterizing the potential human health effects from exposure to nanomaterials: elements of a screening strategy. Particle and fibre toxicology, 2(1): 8.
20) Omidi M, Abdollahi P. 2015. Biotechnology for large scale production of plants secondary metabolites. Modern Genetic Journal, 9:391-402( In Persian).
21) Park, H. J., Lee, H. R., Pyee, J., and H.C. Cha. 2001. Regeneration of grape (Vitis labruscana cv. Kyoho) by shoot-tip culture. Journal of Plant Biology, 44(4): 185-192.
22) Parsa ghrabaei., M. Abdollahi, P. and M. Khosrowshahli. 2021. Effect of nano Tio2 elicitor on phenolic and flavonoid compounds of Crataegus Oxyacantha on In vitro condition. 12th National and 4th International Biotechnology congress of Islamic Republic of Iran. Iran.Tehran( In Persian).
23) Pola, S., Mani, N. S., and T. Ramana. 2009. Long-term maintenance of callus cultures from immature embryo of Sorghum bicolor. World Journal of Agricultural Sciences. 5(4): 415-421.
24) Razavipour F., Abdollahi, P. Omidi, M. and R. Azizinezhad. 2023. Timing optimization of elicitor addition to cell suspension culture of Ferula assa- foetida L according to the cell growth phase. 13th Iranian Horticulture Science Congress. Iran. Gorgan (In Persian) 25) Rostampour, S., Sohi, H., and A. Dehestani. 2010. In vitro regeneration of Persian poppy (Papaver bracteatum). Biologia, 65(4): 647-652.
26) Sheikhalipour M, Gohari G, Esmaielpour B. 2022.Melatonin and TiO2 NPs application induced changes in growth, photosynthesis, antioxidant enzymes activities and secondary metabolites in Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni) under drought stress conditions. Plant Growth Regulation, 42:2023-2040.
27) See, K. S., Bhatt, A., and C.L. Keng. 2011. Effect of sucrose and methyl jasmonate on biomass and anthocyanin production in cell suspension culture of Melastoma malabathricum (Melastomaceae). Revista De Biologia Tropical, 59(2), 597–606.
28) Tabatabaeian, J. and A. Kadkhodaie. 2019. The effect of dormancy breaking treatments on seed germination of Kelussia odoratissima Mozaff (kohrang), Iranian Journal of Seed Science and Technology, 8(1). (In Persian).
29) Young Choa, H., Young Sona, S., Soon Rheea, H., Sung-Yong, H., Carolyn, W.T. and A. Lee-Parsonsc.2008. Synergistic effects of sequential treatment with methyl jasmonate,salicylic acid and yeast extract on benzophenanthridine alkaloid accumulation and proteinexpression in Eschscholtzia californica suspension cultures. Journal of Biotechnology, 135,117–122.
30) Zhao, J. and K. Sakai. 2003. Multiple signaling pathways mediate fungal elicitor‐induced β‐thujaplicin biosynthesis in Cupressus lusitanica cell cultures. Journal of Experimental Botany, 54(383), 647-656.
31) Zhao, J., Davis, L. C. and R. Verpoorte. 2005. Elicitor signal transduction leading to production of plant secondary metabolites. Biotechnology advances, 23(4), 283-333 32) Wink, M. 2010. Annual plant reviews, functions and biotechnology of plant secondary metabolites. John Wiley&Sons.39-1.
33) Zabihi, H.R. and M. Nourihoseini.2019. Effect of nitrogen and potassium on yield, yield components and essential oil of black caraway (Bunium persicum L.). Research in Ecology, 1(1) 10-14.