محتوای سولفورافان و بیان ژن‌های CYP79F1 و میروزیناز در گیاهچه‌های تیمار شده ازمک با غلظت‌های مختلف اکسید روی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه بیوتکنولوژی-پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی- دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، - کرمان،

2 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه بیوتکنولوژی، دانشکده علوم و فناوری‌های نوین، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران

3 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه بیوتکنولوژی، دانشکده علوم و فناوری‌های نوین، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران.

4 دانش‌آموخته دکتری، گروه فیزیولوژی گیاهی، دانشکده علوم، دانشگاه فردوسی، مشهد، ایران

چکیده

هدف: سولفورافان یک ایزوتیوسیانات مشتق شده از گلوکوزینولات گلوکورافانین تحت  هیدرولیز آنزیمی میروزیناز می­باشد که اثرات درمانی متعددی دارد. این گلوکوزینولات به فراونی در گیاه ازمک از خانواده براسیکاسه یافت می­شود.
مواد و روش­ها: در این تحقیق، تولید سولفورافان، بیان ژن‌ CYP79F1 (یکی از آنزیم­های کلیدی در بیوسنتز گلوکورافانین) و بیان ژن میروزیناز در گیاهچه­های ازمکتیمار شده با غلظت‌های مختلف (صفر (به عنوان شاهد)، 25، ، 100، ، 500 و 1000 mg/L ) اکسید روی بررسی شد.
نتایج: نتایج نشان داد که محتوای سولفورافان گیاهچه­های تیمار شده بصورت معنی­داری نسبت به شاهد افزایش (در غلظت­های بالاتر از 100 mg/L) یافته است. بر اساس نتایج حاصله، بیان ژن CYP79F1 با افزایش غلظت اکسید روی در محیط به صورت خطی کاهش نشان داد و این کاهش در حضور بالاترین غلظت، در سطح 5 درصد نسبت به نمونه شاهد معنی­دار می­باشد. در مقابل، بیان ژن آنزیم میروزیناز با افزایش غلظت اکسید روی در محیط به صورت گرادیان افزایش نشان داد و این افزایش در حضور غلظت­های بالاتر از mg/L 500 نسبت به نمونه شاهد معنی­دار بود.
نتیجه­گیری: بر اساس نتایج، چنین بنظر می­رسد که افزایش تولید سولفورافان در گیاهچه­های تحت تیمار، بیشتر به دلیل افزایش بیان و در نتیجه تولید بیشتر آنزیم میروزیناز بوده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Sulforaphane Content and Genes Expression Level of CYP79F1 and Myrosinase in Treated Lepidium Draba Seedlings with Different Concentrations of Zinc Oxide

نویسندگان [English]

  • Ali Riahi-Madvar 1
  • Mahshid Ghazizadeh Ahsaei 2
  • Fereshteh Jadid Bonyad 3
  • Fatemeh Rezaee 4
1 Biotechnology Dept., Institute of Science and High technology and Environmental Sciences, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, I.R. of Iran
2 Former M.Sc. Student, Biotechnology Department, Faculty of Science and Modern Technology, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran.
3 Former M.Sc. Student, Biotechnology Department, Faculty of Science and Modern Technology, Graduate University of Advanced Technology, Kerman, Iran.
4 Former Ph.D. Student, Biology Department, Faculty of science, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.
چکیده [English]

Objective
 Sulforaphane with several pharmaceutical effects is an isothiocyanate which derived of glucosinolate glucoraphanin under myrosinase hydrolysis activity. This glucosinolate is found in huge scale in Lepidium draba plant from the brassicaceae family.
 
Materials and Methods: In this research, sulforaphane production and the gene expression level of CYP79F1 (one of the critical enzyme in glucoraphanin biosynthesis pathway) and myrosinase were investigated in Lepidium draba seedlings under treatment with different concentrations of ZnO (0, as a control, 25, 100, 500 and 1000 mg/L).
 
Results
 The results showed that sulforaphane content in treated seedling significantly increased in comparison with the control in the presence doses more than 100 mg/L ZnO. Based on the results, gene expression level of CYP79F1 decreased by the increase of ZnO concentration in media, and the increment was significant at the 5% level in the presence of the highest dose in compared to the control. In contrast, the myrosinase   gene expression level evaluated by increasing ZnO concentrations in media and the increment was significantly at the doses more than 500 mg/L ZnO concentration.
 
Conclusions
According to the results, it seems that evaluating of the sulforaphane production level in the treated seedlings is more attributed to the increased gene expression level of myrosinase which resulted in the enhanced enzyme production.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gene Expression
  • Myrosinase
  • Soulforaphane
  • ZnO
محمدی مهدی، ریاحی مدوار علی،پورسیدی شهرام، امینی­زاده مریم (1395) بررسی اثر یون­های مس و روی بر فعالیت آنزیم میروزیناز و تشکیل سولفارافان در گیاهLepidium draba. مجله بیوتکنولوژی کشاورزی. 8 (1)، 94-81.
References
Aminizadeh M, Riahi-Madvar A, Mohammadi M (2014) Effects of iron and cupper ions on sulforaphane content and peroxidase activity in Lepidium draba seedlings. EPP 1, 8–14.
Aminizadeh M, Riahi-Madvar A, Mohammadi M (2016) Nano-Metal oxides induced sulforaphane production and peroxidase activity in seedlings of Lepidium draba (Brassicaceae), PBioSci 6, 75-83.
Andreasson E, Wretblad S, Granér G et al. (2001) The myrosinase‐glucosinolate system in the interaction between Leptosphaeria maculans and Brassica napus. Mol Plant Pathol 2, 281-286.
Brader G, Mikkelsen MD, Halkier BA, Tapio PE (2006) Altering glucosinolate profiles modulates disease resistance in plants. Plant J 46, 758–767.
Burmeister WP, Cottaz S, Driguez H, et al. (1997). The crystal structures of Sinapis alba myrosinase and a covalent glycosyl–enzyme intermediate provide insights into the substrate recognition and active-site machinery of an S-glycosidase. Structure 5, 663-676.
Chehregani AB, Malayeri, E B (2007). Removal of heavy metals by native accumulator plants. Int J Agric Biol 9, 462-465.
Chen S, Glawischnig E, Jørgensen K et al. (2003) CYP79F1 and CYP79F2 have distinct functions in the biosynthesis of aliphatic glucosinolates in Arabidopsis. Plant J 33, 923–937.
Daxenbichler ME, Spencer GF, Carlson DG et al. (1991) Glucosinolate composition of seeds from 297 species of wild plants. Phytochemistry 30, 2623-2638.
Fahey JW, Haristoy X, Dolan PM et al. (2002) Sulforaphane inhibits extracellular, intracellular, and antibiotic-resistant strains of Helicobacter pylori and prevents benzo [a] pyrene-induced stomach tumors. PNAS 99, 7610-7615.
Fahey JW, Zalcmann AT, Talalay P (2001) The chemical diversity and distribution of glucosinolates and isothiocyanates among plants. Phytochemistry 56, 5-51.
Gao X, Dinkova-Kostova AT, Talalay P (2001) Powerful and prolonged protection of human retinal pigment epithelial cells, keratinocytes, and mouse leukemia cells against oxidative damage: the indirect antioxidant effects of sulforaphane. PNAS 98, 15221-15226.
Han D, Row KH (2011) Separation and purification of sulforaphane from broccoli by solid phase extraction. Int J Mol Sci 12, 1854-1861.
Hirayama T, Shinozaki K (2010) Research on plant abiotic stress responses in the post-genome era: past, present and future. Plant J 61, 1041–1052.
Hopkins RJ, van Dam NM, Van Loon JJ (2009) Role of glucosinolates in insect-plant relationships and multitrophic interactions. Annu Rev Entomol 54, 57-83.
Jacobs J (2007) Ecology and Management of Whitetop (Cardaria Draba (L.) Desv.), US Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service.
Ji S, Ye C (2008). Synthesis, growth mechanism, and applications of zinc oxide nanomaterials.  J Mater Sci Technol 24, 457.
Li Z, Liu Y, Li L, et al. (2019) Transcriptome reveals the gene expression patterns of sulforaphane metabolism in broccoli florets. PLoS ONE 14, e0213902.
Liang H, Yuan Q (2012) Natural sulforaphane as a functional chemopreventive agent: including a review of isolation, purification and analysis methods. Crit Rev Biotechnol 32, 218–234.
Liang H, Yuan QP, Dong HR, Liu YM (2006) Determination of sulforaphane in broccoli and cabbage by high-performance liquid chromatography. J Food Comp Anal 19, 473–476.
Mikkelsen MD, Petersen BL, Glawischnig E et al. (2003) Modulation of CYP79 Genes and Glucosinolate Profiles in Arabidopsis by Defense Signaling Pathways. Plant Physiol. 131, 298-308.
Mohammadi M, Riahi-Madvar A, Pourseyedi S (2014) Elicitors Induced Sulforaphane Production in Lepidium draba. AJBPS 4, 64-70.
Mohammadi M, Riahi-Madvar A, Pourseyedic S, Aminizadeh M (2016) The study of Zn2+ and Cu2+ effects on myrosinase activity and sulforaphane production in Lepidium draba.  Agricultural Biotechnology Journal 8, 81-94. (In Persian).
Mikkelsen MD, Petersen BLOlsen CE, Halkier BA (2002) Biosynthesis and metabolic engineering of glucosinolates. Amino acids 22, 279-295.
MurashigeT, Skoog F (1962) A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiol Plantarum 15, 473–497.
Namdeo AG (2007) Plant cell elicitation for production of secondary metabolites: a review. Pharmacogn Rev 1, 69-79.
Nasiri-Bezenjani M, Riahi-Madvar A, Baghizadeh A, Ahmadi A (2014) Rosmarinic acid production and expression of tyrosine aminotransferase gene in Melissa officinalis seedlings in response to yeast extract. JAST 16, 921-930.
Powell EE, Hill GA, Juurlink BH, Carrier DJ (2005) Glucoraphanin extraction from Cardaria draba: Part 2. Countercurrent extraction, bioactivity and toxicity testing. J Chem Technol Biotechnol 80, 992-997.
 Prakash O, Rai AK, Singh J, Singh P (2013). Effect of Heavy Metal Ions and Carbohydrates on the Activity of Cauliflower (Brassica oleracea Var. botrytis) Myrosinase. J Stress Physiol Biochem 9, 108-117.
Radman R, Saez TBucke C, Keshavarz T (2003) Elicitation of plants and microbial cell systems. Biotechnol Appl Biochem 37, 91-102.
Radonic A, Blazevic I, Mastelic J et al. (2011) Phytochemical analysis and antimicrobial activity of Cardaria draba (L.) Desv. volatiles. Chem Biodivers 8, 1170–1181.
Rask L, Andréasson EEkbom B et al. (2000) Myrosinase: gene family evolution and herbivore defense in Brassicaceae. Plant Molecular Evolution, Springer: 93-113.
Rezaee F, Ghanati F, Behmanesh M (2013) Antioxidant activity and expression of catalase gene of (Eustoma grandiflorum L) in response to boron and aluminum. S Afr J Bot 84 13-18.
Rezaee F, Lahouti M, Maleki M, Ganjeali A (2018) Comparative proteomics analysis of whitetop (Lepidium draba L.) seedlings in response to exogenous glucose. Int J Biol Macromol 120, 2458–2465.
Stiehl B, Bible B (1989) Reaction of crop species to thiocyanate ion toxicity. HortScienc 24, 99-101.
Traka M, Mithen R (2009) Glucosinolates, isothiocyanates and human health. Phytochemistry Reviews 8, 269-282.
Yan X, Chen S (2007) Regulation of plant glucosinolate metabolism.  Planta 226, 1343-1352.
Yeh CT, Yen GC (2009) Chemopreventive functions of sulforaphane: A potent inducer of antioxidant enzymes and apoptosis. J Funct Foods 1, 23-32.