تأثیر ترکیبات محیط‌ کشت بر القای ریشه‌های مویین در کاسنی (Cichorium intybus L.) و افزایش متابولیت‌های ثانویه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه باغبانی دانشگاه محقق اردبیلی

2 گروه علوم باغبانی، دانشکده‌ی کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، ایران،

چکیده

هدف: کاسنی گیاه دارویی مهمی از خانواده‌ی گل‌ستاره‌ای‌ها ( (Asteraceaeبوده و دارای ترکیبات دارویی ارزشمندی می‌باشد. القای ریشه‌های مویین با استفاده از rhizogenes Agrobacterium یکی از روش‌های کاربردی برای افزایش بیوسنتز متابولیت‌های ثانویه می‌باشد.
مواد و روش‌ها: در این تحقیق، در آزمایش اول، تأثیر غلظت‌های مختلف عناصر ماکرو محیط‌ کشت بر کارایی القای ریشه‌های مویین در کاسنی بررسی شد. تائید مولکولی ریشه‌های مویین به وسیله‌ی PCR با استفاده از آغازگر‌های اختصاصی ژن rolB انجام شد. در آزمایش دوم میزان رشد لاین‌های مختلف ریشه‌های مویین کاسنی بررسی شد و همچنین تاثیر الیسیتور هورمونی و منبع کربن و بر رشد ریشه‌های مویین بررسی شد.
نتایج: نتایج به‌دست آمده نشان داد که بیشترین درصد القای ریشه‌های مویین در غلظت x1 پتاسیم نیترات، x5/1 نیترات آمونیوم، x1 و x5/1 منیزیم سولفات، x5/1 کلسیم کلرید و x5/0 پتاسیم فسفات (به‌ترتیب 66/46، 33/53، 66/46، 33/53 و 66/66 درصد) مشاهده شد. بیشترین میزان فنول کل در غلظت x1 پتاسیم نیترات، x2 نیترات آمونیوم، x5/1 منیزیم سولفات، x5/1 کلسیم کلرید و x5/0 پتاسیم فسفات (به‌ترتیب 21/4، 33/4، 26/4، 58/4 و 84/4 میلی‌گرم بر گرم وزن خشک) به‌دست آمد. غلظت x5/1 پتاسیم نیترات، x2 نیترات آمونیوم، x1 منیزیم سولفات، x5/1 کلسیم کلرید و x5/0 پتاسیم فسفات بالاترین میزان فلاونوئید را داشتند (به‌ترتیب 25/17، 52/18، 22/17، 3/18 و 96/17 میلی‌گرم بر گرم وزن خشک). لاین C بیشترین افزایش زیست‌توده (36/0 گرم) را نشان دادند همچنین بیشترین وزن تر (96/1 و 72/1 گرم در فلاسک) به ترتیب در ریشه‌های رشد کرده در محیط کشت حاوی 5/1 میلی‌گرم در لیتر NAA و 3 درصد و 4 درصد ساکارز به‌دست آمد.
نتیجه‌گیری: کشت ریشه‌های مویین یک فرآیند نوین برای تولید متابولیت‌های ثانویه در سطح وسیع است که قابل استفاده در صنایع داروسازی و غذایی می‌باشد. نتایج این پژوهش نشان داد که استفاده از سویه‌ی ATCC15834 و محیط هم‌کشتی حاوی x 5/0 KH2PO4 باعث افزایش میزان القای ریشه‌‌های مویین‌ و متابولیت‌های گیاه کاسنی شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The effect of medium compounds on hairy root induction in chicory (cichorium intybus l.) and enhancement of secondary metabolites

نویسندگان [English]

  • Mehdi Mohebodini 1
  • Roghayeh Fathi 2
1 Assoc. Prof, plant breeding, University of Mohaghegh Ardabili
2 Department of Horticultural science, Faculty of Agriculture and Natural resources, University of Mohaghegh Ardabili, Iran
چکیده [English]

Objective
Chicory (Cichorium intybus L.) is an important medicinal plant from Asteraceae family; contain a number of valuable medicinal compounds. Hairy root induction by Agrobacterium rhizogenes are an effective method for production of secondary metabolites.
 
Materials and methods
In this study, through first experiment, different concentrations of macro elements (0.5x, 1x, 1.5x, 2x, 2.5x and 3x concentrations of MS base medium) were investigated. In second experiment inoculation time was examined to establish an efficient transformation system for chicory. Molecular confirmation of transgenic hairy roots was done with PCR using gene-specific primers for rolB gene and also growth rate of hairy root lines obtained from different explants were investigated. Also the effect of hormonal elicitor and carbon source were studied in hairy roots growth.
 
Results
The results show that maximum chicory hairy roots induction was observed by using 1x KNO3, 1.5x NH4NO3, 1x and 1.5x MgSO4, 1.5x CaCl2 and 0.5x KH2PO4 (45.66, 53.33, 46.66, 53.33 and 66.66). The highest phenolic content was obtained by using 1x KNO3, 2x NH4NO3, 1.5x MgSO4, 1.5x CaCl2 and 0.5x KH2PO4 (4.21, 4.33, 4.6, 4.58 and 4.84). Also 1.5x KNO3, 2x NH4NO3, 1x MgSO4, 1.5 CaCl2 and 0.5x KH2PO4showed maximum flavonoid content (17.25, 18.52, 17.22, 18.3, 17.96 mg g DW respectively).The observation confirmed that grow of hairy root lines were significantly different and Line C showed higher biomass (0.36 g). Also the results of experiments revealed that 1.5 mg l-1 NAA in combination with 3 and 4% sucrose were superior for highest fresh (1.96 and 1.72 g) weight.
 
Conclusions
Hairy roots culture was developed as the innovative path for bulky production of secondary metabolites which find relevance in the pharmaceutical, food and flavor industries. The results indicated significant increases in hairy root induction and total metabolites content by ATCC15834 strain and 0.5x KH2PO4 co-culture MS medium.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Inoculation
  • KH2PO4
  • Medium
  • Phenolic
  • RolB gene

مراجع

فتحی رقیه؛ محب الدینی مهدی؛ چمنی اسماعیل (1397) بهینه سازی القای ریشه‌های مویین در کاسنی (Cichorium intybus L.)  و تأثیر اکسین و منبع کربن بر رشد آن ها. علوم باغبانی ایران (94)3، 667-657.
کبیرنتاج سارا؛ ذوالعلی جعفر؛ نعمت زاده قربانعلی؛ شکری احسان (1391) بهینه سازی شرایط القا و تثبیت کشت ریشه‌های موئین گیاه کاسنی (cichorium intybus) حاصل از تلقیح اگروباکتریوم رایزوژنز. مجله‌ی بیوتکنولوژی کشاورزی (4)2، 75-61.
مرادی فاطمه؛ زارع مهرجردی محبوبه؛ وحدتی کوروش؛ حسنلو طاهره (1397) تأثیر عوامل مختلف بر القای ریشه‌های مویین در سیر ایرانی. تولیدات گیاهی )مجله علمی کشاورزی( (14)1، 54- 43.
 
References
Abdoli M, Moieni A, Naghdi Badi H (2013) Influence of KNO3, CaCl2 and MgSO4 concentrations on growth and cichoric acid accumulation in hairy root culture of purple coneflower (Echinacea purpurea L.). J Med Plant Res 12, 75-84.
Ajungla L, Patil P, Barmukh R, Nikam T, (2009) Influence of biotic and abiotic elicitors on accumulation of hyoscyamine and scopolamine in root cultures of Datura metel L. Indian J Biotechnol 8, 317-322.
Al-Turki S, Shahba MA, Stushnoff C (2010) Diversity of antioxidant properties and phenolic content of date palm (Phoenix dactylifera L.) fruits as affected by cultivar and location. J Food Agric Environ 8, 253-260.
Aycan M, Beyaz R, Bahadir A, Yildiz M (2019) The effect of magnetic field strength on shoot regeneration and Agrobacterium tumefaciens-mediated gene transfer in flax (Linum usitatissimum L.). Czech J Genet Plant Breed. 55, 20-27.
Azadi P, Chin DP, Kuroda K et al. (2010) Macro elements in inoculation and co-culture medium strongly affect the efficiency of Agrobacterium-mediated transformation in Lilium. J Plant Cell Tissue Organ Cult 101, 201-209.
Azarmehr B, Karimi F, Taghizadeh M et al. (2013) Secondary Metabolite Contents and Antioxidant Enzyme Activities of Cichorium intybus Hairy Roots in Response to Zinc. J medicinal plants by- products 2, 131-138.
Balvanyos I, Szoke E, Kursinszki L (2003) Effect of macroelements on the growth and lobeline production of Lobelia inflata L. hairy root cultures. Acta Hortic 597, 245-251
Bathoju G, Rao K, Giri A (2017) Production of sapogenins (stigmasterol and hecogenin) from genetically transformed hairy root cultures of Chlorophytum borivilianum (Safed musli). Plant Cell Tissue Organ Cult 131, 369-376.‏
Chen L, Liu QQ, Gai JY et al. (2011) Effects of nitrogen forms on the growth and polyamine contents in developing seeds of vegetable soybeanJ Plant Nutr 34, 504-521.
Conforti F, Sosa S, Marrelli M et al. (2009) The protective ability of Mediterranean dietary plants against the oxidative damage: The role of radical oxygen species in inflammation and the polyphenol, flavonoid and sterol contents. Food Chem 112, 587–594.
Danhorn T, Hentzer M, Givskov M et al. (2004) Phosphorus limitation enhances biofilm formation of the plant pathogen Agrobacterium tumefaciens through the PhoR–PhoB regulatory system. J. Bacteriol 186, 4492-4501.
Degl innoocenti E, Pardossi A, Tattini M Guidi L (2008) Phenolic compounds and antioxidant power in minimally processed salad. J Food Biochem 32, 642–653.
Doyle JJ, Doyle JL (1987) A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochem Bull 19, 11-15.
Dupre P, Lacoux Y, Neutelings G et al. (2000) Genetic transformation of Ginkgo biloba by Agrobacterium tumefaciens. Physiol Plant 108, 413–419.
Elkin YN, Kulesh NI, Stepanova AY et al. (2018) Methylated flavones of the hairy root culture Scutellaria baicalensis. J plant physiol 231, 277-280.
Fan Y, Wang Y, Tan R, Zhang Z (1998) Seasonal and sexual variety of Ginkgo flavonol glycosides in the leaves of Ginkgo biloba L. J Tradit. Chin. Med 23, 267-269.
Fathi R, Mohebodini M, Chamani E (2019) High-efficiency Agrobacterium rhizogenes-mediated genetic transformation in Cichorium intybus L. via removing macronutrients. Ind Crops Prod 128, 572-580.
Fathi R, Mohebodini M, Chamani E (2019) High-efficiency Agrobacterium rhizogenes-mediated genetic transformation in Cichorium intybus L. via removing macronutrients. Ind Crops Prod 128, 572-580.
Gamborg OL, Miller RA, Ojima K (1968) Nutrient requirements of suspension cultures of soybean root cells. Exp Cell Res 50, 151-158
Gangopadhyaya M, Dewanjeeb S, Chakrabortyc D, Bhattacharyaa S (2011) Role of exogenous phytohormones on growth and plumbagin accumulation in Plumbago indica hairy roots and conservation of elite root clones via synthetic seeds. Ind Crops Prod 33, 445-450.
Hank H, Laszlo I, Balvanyos I, et al. (2003) Effect of magnesium on the growth and alkaloid production of hairy root cultures. Acta Hortic 597, 271-274.
Heimler D, Isolani L, Vignolini P, Romani A (2009) Polyphenol content and antiradical activity of Cichorium intybus L. from biodynamic and conventional farming. Food Chem 114, 765–770.
Henzelyova J, Cellarova E (2018) Modulation of naphthodianthrone biosynthesis in hairy root-derived Hypericum tomentosum regenerants. Acta Physiol Plant 40, 82.
Kahrizi D, Ghari S, Ghaheri M et al. (2017) Effect of KH2PO4 on gene expression, morphological and biochemical characteristics of Stevia rebaudiana Bertoni under in vitro conditions. Mol Cell Biol 63, 107-111.
Kumar V, Sharma A, Narasimha Prasad BC et al. (2006) Agrobacterium rhizogenes mediated genetic transformation resulting in hairy root formation is enhanced by ultrasonication and acetosyringone treatment. Electron J Biotechnol 9, 349-357.
Linsmaier EM, Skoog F (1965) Organic growth factor requirements of tobacco tissue cultures. Physiol Plant 18, 100-127.
Montoro P, Teinseree N, Rattana W et al. (2000) Effect of exogenous calcium on Agrobacterium tumefaciens-mediated gene transfer in Hevea brasiliensis (rubber tree) friable calli. Plant Cell Rep 19, 851–855.
Murashige T, Skoog F (1962) A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiol Plant 15, 473-476.
Nigutova K, Kusari S, Sezgin S et al. (2019) Chemometric evaluation of hypericin and related phytochemicals in 17 in vitro cultured Hypericum species, hairy root cultures and hairy root‐derived transgenic plants. J Pharm Pharmacol 71, 46-57.‏
Palmer AG, Gao R, Maresh J et al. (2004) Chemical biology of multi-host/pathogen interactions: chemical perception and metabolic complementation. J. Annu Rev Phytopathol 42, 439-464.
Pereira MMA, Martins AD, Morais LC et al. (2019) The Potential of Agro-homeopathy Applied to Medicinal Plants-A Review. J Agric Sci 11, 215-227.
Pitta-Alvarez SI, Spollansky TC, Giulietti AM (2000) The influence of different biotic and abiotic elicitors on the production and profile of tropane alkaloids in hairy root cultures of Brugmansia candida. Enzyme Microb Technol 26, 252-258.
Saeed M, Abdel-Hack ME, Alagawany M et al. (2017) Chicory (cichorium intybus) herb: Chemical composition, pharmacology, nutritional and healthical applications. Int J Pharmacol 13, 351-360.
Shanjani PS (2003) Nitrogen effect on callus induction and plant regeneration of Juniperus excelsa. Int J Agric Biol 5, 419-422.
Sharafi A, Sohi HH, Azadi P, Sharafi AA (2014) Hairy root induction and plant regeneration of medicinal plant Dracocephalum kotschyi. Physiol Mol Biol Plants 20, 257-262.
Shehata, WF, Aldaej MI, Alturki SM, Ghazzawy HS (2014) Effect of ammonium nitrate on antioxidants production of date palm (Phoenix dactylifera L.) in vitro. Biotechnol 13, 116-125.
Shirin F, Parihar NS, Shah SN (2015) Effect of nutrient media and KNO3 on in vitro plant regeneration in Saraca asoca (Roxb.) Willd. American J Plant Sci 6, 3282.
Siddiqui ZH, Mujib A (2012) Accumulation of vincristine in calcium chloride elicitated Catharanthus roseus cultures. J Nat Prod 2, 307-315.
Singh RS, Chattopadhyay T, Thakur D et al. (2018) Hairy Root Culture for In Vitro Production of Secondary Metabolites: A Promising Biotechnological Approach. In Biotechnological Approaches for Medicinal and Aromatic Plants 110, 235-250.
Sonald SF, Laima SK (2019) Phenolics and cold tolerance of Brassica napus. Plant Agric 2001; 1:1-5.
Tabone T, Felker P, Bingham R et al. (1986) Techniques in the shoot multiplication of the leguminous tree Prosopis alba clone B2V50.For Ecol Manag 16, 191-200.
Tripathi MK, Mishra N, Tiwari S et al. (2019) Plant Tissue Culture Technology: Sustainable Option for Mining High Value Pharmaceutical Compounds. International Int J Curr Microbiol Appl Sci 8, 1002-1010.
Young-Am C, Yu HS, Song JS et al (2000) Indigo production in hairy root cultures of Polygonum tinctorium Lour. Biotechnol Lett 22, 1527-1530.
Zhong JJ, Wang SJ (1998) Effects of nitrogen source on the production of ginseng saponin and polysaccharide by cell cultures of Panax quinquefolium. Process Biochem 33, 671-675.
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 12، شماره 3
آبان 1399
صفحه 67-90

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار