دانشگاه شهید باهنر کرمان (دانشکده کشاورزی و پژوهشکده فناوری تولیدات گیاهی) و انجمن بیوتکنولوژی جمهوری اسلامی ایران مجله بیوتکنولوژی کشاورزی 2228-6705 15 1 2023 03 21 Optimization of transient gene delivery to Catharanthus roseus L. using introduction of green synthesized superparamagnetic iron oxide nanoparticles and carbon nanotubes nanocarrier بهینه‌سازی انتقال ژن موقت به گیاه پروانش (Catharanthus roseus L.) از طریق معرفی نانوحامل نانوذرات ابرپارامغناطیسی اکسید آهن سنتز شده به روش سبز و نانولوله‌های کربنی 61 80 3701 10.22103/jab.2022.20285.1434 FA سارا عابدینی دانشجوی دکتری، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران شهرام پورسیدی دانشیار، گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران. 0000-0001-9710-5893 جعفر ذوالعلی دانشیار، گروه گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران 0000-0002-5663-1448 روح الله عبدالشاهی دانشیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهیدباهنر کرمان، کرمان، ایران Journal Article 2022 11 14 <strong>Objective</strong> Conventional gene delivery to plant cells approaches have limitations such as narrow host range in Agrobacterium-mediated gene delivery method, removal of cell wall using polyethylene glycol and electroporation methods, and the higher cell damage in the use of gene gun. Recently, nanotechnology-based gene delivery methods have been developed for plant genetic transformation, and this nanostrategy shown the efficiency of gene transfer and biocompatibility and the target DNA protection. <strong>Materials and methods</strong> Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) were fabricated via green route using <em>Catharanthus roseus</em> leave aqueous extract. SPIONs nanoparticles and carboxylated single-walled carbon nanotubes (SWCNTs-COOH) were functionalized with polyethyleneimine (PEI). For gene delivery to <em>Catharanthus roseus</em> leave, the pDNA@SPIONs and pDNA@SWCNTs nanocarriers were prepared by pDNA loading on the surface of cationic nanoparticles. Two methods were used to accelerate and increase the pass of the nanocarrier through the plant cells, immersion in nanocarrier suspension and infiltration by syringe. Tracking the mGFP5 protein fluorescent signal and RT-PCR reaction was evaluated to affirm <em>mgfp5</em> gene delivery and its expression in plant cells. <strong>Results</strong> The color change of the iron chloride salts solution, the absorption of the synthesized nanoparticles to a magnet, while the iron chloride salts do not have this property, and the results of the performed analysis confirmed the green synthesis of SPIONs nanoparticles. The functionalized nanoaprticles with PEI shown good ability to interact with DNA and effectively DNA protection against nuclease enzymes degradation. The mGFP5 protein fluorescent signal confirmed the gene delivery to plant cells ability of pDNA@SPIONs and pDNA@SWCNTs nanocarriers. <strong>Conclusions</strong> So the application of nanobiotechnology and nanocarriers for gene delivery to plant cells can be promising for plant genetic engineering. By nanocarriers, it is possible efficient gene delivery to almost all plant species regardless dicotyledonous or monocotyledonous through a method with features such as simple and low cost, elimination of Agrobacterium and its limitations, and without the specialized laboratory equipment. <strong>هدف:</strong> روش­های مرسوم انتقال ژن به سلول­های گیاهی دارای محدودیت­هایی از جمله محدودیت میزبان در روش انتقال ژن به واسطه آگروباکتریوم، حذف دیواره سلولی در استفاده از پلی اتیلن گلیکول و الکتروپوریشن و آسیب سلولی در هنگام استفاده از تفنگ ژنی  هستند. اخیرا روش‌های انتقال ژن مبتنی بر نانو فناوری برای ترنسفورم ژنتیکی گیاهان ایجاد شده است که این نانواستراتژی انتقال ژن کارآمد، زیست سازگاری و حفاظت کافی از DNA هدف را نشان می­دهد. <strong>مواد و روش‌ها:</strong> در پژوهش حاضر سنتز سبز نانوذرات ابرپارامغناطیسی اکسید آهن (SPIONs) توسط عصاره آبی برگ گیاه پروانش (<em>C</em><em>atharanthus roseus</em> L.) انجام شد. در مرحله بعد، سطح نانوذراتSPIONs  و نانولوله­های کربنی تک دیواره کربوکسیل­دار (SWCNTs-COOH) توسط پلی­مرکاتیونی پلی اتیلن ایمین (PEI) عاملدار شد. نانوحامل­های pDNA@SPIONs و pDNA@SWCNTs با بارگذاری DNA پلاسمیدی pBI121 بر سطح نانوذرات کاتیونی تهیه شدند. به منظور انتقال ژن به برگ گیاه پروانش، از دو روش غوطه­وری و اینفیلتریشن توسط سرنگ استفاده شد. با بررسی حضور سیگنال فلورسنت پروتئین mGFP5 و انجام آنالیز RT-PCR موفقیت انتقال ژن و بیان آن مورد ارزیابی قرار گرفت. <strong>نتایج:</strong> تغییر رنگ محلول نمک­های کلرید آهن از قهوه­ای شفاف به سیاه، جذب نانوذرات سنتز شده به آهن­ربا در حالیکه نمک­های کلرید آهن چنین خاصیتی را ندارند و نتایج آنالیزهای انجام شده سنتز نانوذرات SPIONs را تایید می­کند. تغییر پتانسل زتا منفی اولیه نانوذرات و مثبت شدن آن اتصال PEI بر سطح نانوذرات مورد بررسی را تایید می­کند. نانوذرات کاتیونی تهیه شده توانایی بالایی در تعامل با DNA دارند و می‌توانند به طور موثری از DNA در برابر تخریب آنزیم‌های اندونوکلئاز محافظت کنند. مشاهده سیگنال فلورسنت پروتئین mGFP5 توانایی نانوحامل­های pDNA@SPIONs و pDNA@SWCNTs را برای انتقال ژن به سلول‌های گیاهی را تایید می­کند. <strong>نتیجه‌گیری:</strong> نتایج نشان داد کاربرد نانوبیوتکنولوژی و استفاده از نانو حامل­ برای انتقال ژن به سلول­های گیاهی می­تواند امید بخش مهندسی ژنتیک گیاهی باشد. با تهیه نانوحامل می­توان انتقال ژن کارآمد را تقریبا به تمام گونه­های گیاهی مستقل از دو لپه یا تک لپه بودن از طریق روشی مبتنی بر نانوتکنولوژی با ویژگی­هایی از جمله ساده و ارزان بودن، حذف آگروباکتریوم و محدودیت­های استفاده از آن و بدون نیاز به تجهیزات آزمایشگاهی تخصصی امکان­پذیر ساخت. https://jab.uk.ac.ir/article_3701_b181eaa49f5924e16c772dcb718fcd0f.pdf