بررسی تاثیر اسید سالیسیلیک بر بیان برخی ژن‌های مسیر سنتز مورفین در خشخاش (Papaver somniferum L)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد

2 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

3 دانشیار گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشکده تولیدگیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

4 گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشکده تولید گیاهی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

چکیده

هدف: پژوهش حاضر به منظور بررسی تاثیر اسید سالیسیلیک در زمان‌های مختلف بر بیان سه ژن درگیر در مسیر انتهایی تولید مورفین (T6ODM، COR و CODM) در کپسول انجام گرفت. لازم به ذکر است که این ژن­ها در تولید مورفین به عنوان یک آلکالوئید دارویی نقش بسزایی دارند.
مواد و روش‌ها: بذرهای گونه‌ی  Papaver Somniferumدر شرایط گلخانه در گلدان‌ها کشت شدند. زمانی که گیاهان به مرحله گلدهی رسیدند، دو تا سه روز پس از ریزش گلبرگ‌ها، خراشیدگی سطحی درکپسول گیاه ایجادگردید و سپس با اسید سالیسیلیک در غلظت 50 میکرو مولار تیمار شدند. نمونه گیری از کپسول ها در سه زمان صفر (چند دقیقه پس از پاشیدن محلول اسید سالیسیلیک بر روی کپسول)، سه و 12 ساعت بعد از تیمار کردن با اسید سالیسیلیک ، نسبت به گیاه شاهد انجام شد. از نمونه های کپسول RNA استخراج گردید و به دنبال آن cDNA ساخته شد و در نهایت نتایج به دست آمده از qRT-PCR با استفاده از نرم افزار GenEX مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.
نتایج: نتایج این پژوهش نشان داد که با افزایش مدت زمان بعد از تیمارکردن کپسول ها با اسید سالیسیلیک، سطح بیان هر سه ژن نسبت به گیاه شاهد کاهش یافت. میزان بیان ژن T6ODMدر زمانصفر ساعت حدود 84/1 برابر نسبت به میزان بیان آن در گیاه شاهد افزایش پیدا کرد. اما میزان بیان این ژن در زمان سه و 12ساعت به ترتیب 46درصد و 21درصد نسبت به میزان بیان آن در گیاه شاهد کاهش نشان داد. همچنین نتایج نشان داد میزان بیان ژن COR در زمان صفر ساعت نسبت به گیاه شاهد حدود 26/1 برابر افزایش یافت و در زمان سه ساعت به میزان 15درصد و در زمان 12 ساعت تقریبا به میزان 30 درصد نسبت مقدار بیان آن در گیاه شاهد کاهش یافت. میزان بیان ژن CODM در زمان صفر ساعت تقریبا معادل با گیاه شاهد بود و در زمان‌های سه و 12 ساعت میزان بیان آن تقریبا نزدیک به صفر بود. همچنین نمودارهای مربوط به ژن‌های T6ODM، CODM و COR نشان دادند که از نظر بیان ژن بین زمان‌های مختلف در هر ژن اختلاف معنی داری وجود دارد.
نتیجه‌گیری: به طور کلی چنین استنباط می‌شود که تیمار اسید سالیسیلیک بیان سه ژن انتهایی درگیر در مسیر تولید مورفین را با افزایش زمان از صفر به 12 ساعت کاهش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of salicylic acid treatment on expression of some genes involving in morphine synthesis pathway in Opium Poppy (Papaver Somniferum L)

نویسندگان [English]

  • shokooh hemati 1
  • Ali Asghar Nasrollahnezhad Ghomi 2
  • ahad yamchi 3
  • Seyedeh Sanaz Ramezanpour 4
1 hgdhbji
2 Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources
4 Associate Professor, Department of Plant Breeding & Biotechnology, Faculty of Plant Production, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
چکیده [English]

 
Objective
The present study was performed to investigate the effect of salicylic acid at different times on the expression of three genes involved in the morphine production end pathway (T6ODM, COR and CODM) in Opium Poppy capsules. It should be noted that these genes play an important role in the production of morphine as a medicinal alkaloid.
Materials and methods
Seeds of Papaver Somniferum were grown in pots under greenhouse conditions. When the plants reached the flowering stage, two to three days after the petals fell; a superficial scratch was created in the plant capsule and then treated with salicylic acid at a concentration of 50 μM. Capsule sampling was performed at three times zero (a few minutes after spraying salicylic acid solution on the capsule), three and 12 hours after salicylic acid treatment, compared to the control plant. RNA was extracted from the capsule samples, followed by cDNA, and finally the results obtained by qRT-PCR were analyzed using GenEX software.
Results
The results of this study showed that with increasing the time after treatment of the capsules with salicylic acid, the expression level of all three genes decreased compared to the control plant. The expression of T6ODM gene at zero time increased about 1.84 times the expression of gene compared to the control plant, but the expression of this gene at 3 and 12 hours decreased by 46% and 21%, respectively, compared to the gene expression in the control plant. The results also showed that the expression of COR gene increased by about 1.26 times in zero hours compared to the control plant and decreased by 15% in three hours and by almost 30% in 12 hours compared to the control plant. . The expression level of CODM gene at zero hours was almost equal to that of the control plant and at three and 12 hours their expression level was almost zero. Also, the graphs related to T6ODM, CODM and COR genes showed that there is a significant difference in terms of gene expression between different times in each gene.
Conclusions
It is generally inferred that salicylic acid treatment reduces the expression of the three end genes involved in the morphine production pathway by increasing the time from zero hours to 12 hours.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Salicylic acid
  • Morphine
  • T6ODM gene
  • COR gene
  • CODM gene
منابع
احسنی محمدرضا ، محمدآبادی محمدرضا ، اسدی فوزی و همکاران (1398) بیان ژن لپتین در بافت چربی زیرپوستی گاوهای هلشتاین با استفاده از Real Time PCR. مجله بیوتکنولوژی کشاورزی 11(1)، 150-135.
توحیدی نژاد فاطمه، محمدآبادی محمدرضا، اسمعیلی زاده کشکوئیه علی، نجمی نوری عذرا (1393) مقایسه سطوح مختلف بیان ژنRheb  در بافت های مختلف بز کرکی راینی. مجله بیوتکنولوژی کشاورزی 6(4)، 50-35.
جعفری دره در امیر حسین، محمدآبادی محمدرضا، اسمعیلی زاده کشکوئیه علی، ریاحی مدوار علی (1395) بررسی بیان ژنCIB4  در بافت‌های مختلف گوسفند کرمانی با استفاده از Real Time qPCR. مجله پژوهش در نشخوارکنندگان 4(4)، 132-119.
محمدآبادی محمدرضا (1399) بیان ژن ESR1 در بز کرکی راینی با استفاده از Real Time PCR‎. مجله بیوتکنولوژی کشاورزی 12(1)، 192-177.
محمدآبادی محمدرضا (1399) پروفایل بیانی mRNA مختص بافت ژن ESR2 در بز. مجله بیوتکنولوژی کشاورزی 12(4)، 181-167.
References
Allen RS, Miller JAC, Chitty JA, et al. (2007) Metabolic engineering of morphinan alkaloids by overexpression and RNAi suppression of salutaridinol 7-O-acetyltransferase in opium poppy. Plant Biotechnol J 6, 22–30.
Ahsani MR, Mohammadabadi MR, Asadi Fozi M, et al. (2019a) Effect of Roasted Soybean and Canola Seeds on Peroxisome Proliferator‐Activated Receptors Gamma (PPARG) Gene Expression and Cattle Milk Characteristics. Iran J Appl Anim Sci 9, 635-642.
Ahsani MR, Mohammadabadi MR, Asadi Fozi M et al. (2019b) Leptin gene expression in subcutaneous adipose tissue of Holstein dairy cattle using Real Time PCR. Agric Biotechnol J 11, 135-150 (In Persian).
Beaudoin GAW, Facchini PJ (2014) Benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis in opium poppy. Planta 240, 19–32.
Chandra S, Chandra R (2011) Engineering secondary metabolite production in hairy roots. Phytochem Rev 10, 371–395.
Chong TM, Abdullah MA, Lai OM et al. (2005) Effective elicitation factors in Morinda elliptica cell suspension culture. Process Biochem 40, 3397–3405.
Facchini PJ, Hagel JM, Liscombe DK, et al. (2007) Opium poppy: blueprint for an alkaloid factory. Phytochem Rev 6, 97–124.
Dewick PM (2002) Medicinal natural products: a biosynthetic approach, 2nd. Wiley, Chichester.
Facchini PJ, Park SU (2003) Developmental and inducible accumulation of gene transcripts involved in alkaloid biosynthesis in opium poppy. Phytochem 64, 177-186
Facchini PJ (2001) Alkaloid biosynthesis in plants: biochemistry, cell biology, molecular regulation and metabolic engineering applications. Annu Rev Plant Physiol 52, 29-66.
Facchini PJ, DeLuca V (1995) Phloemspecific expression of tyrosine/dopa decarboxylase and isoquinoline alkaloid biosynthesis in opium poppy. Plant Cell 7, 1811 - 21.
Hagel JM, Facchini PJ (2010) Dioxygenases catalyze the O-demethylation steps of morphine biosynthesis in opium poppy. Nat Chem Biol 6, 273–275.
Hashemi SM, Naghavi MR )2015( Production and gene expression of morphinan alkaloids in hairy root culture of Papaver orientale L. using abiotic elicitors. Plant Cell, Tiss Org Culture 125(1), 31-41.
Hayat S, Ahmad A (2007) Salicylic asid: A Plant Hormone. Department of Botany Aligarh Muslim University Aligarh 202002, India Pp, 4-11.
Jafari Darehdor AH, Mohammadabadi MR, Esmailizadeh AK, Riahi Madvar A (2016) Investigating expression of CIB4 gene in different tissues of Kermani Sheep using Real Time qPCR. J Rumin Res 4, 119-132 (In Persian).
Larkin PJ, Miller JAC, Allen RS et al (2007) Increasing morphinan alkaloid production by over-expressing codeinone reductase in transgenic Papaver somniferum. Plant Biotechnol J 5, 26–37.
Le Flem-Bonhomme V, Laurain-Mattar D, Fliniaux MA (2004) Hairy root induction of Papaver somniferum var. album, a difficult-totransform plant, by A. rhizogenes LBA 9402. Planta 218, 890–893.
Liscombe DK, Facchini PJ (2008) Evolutionary and cellular webs in benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis. Curr Opin Biotechnol 19, 173–180.
Mora-Pale M, Sanchez-Rodriguez SP, Linhardt RJ et al (2014) Biochemical strategies for enhancing the in vivo production of natural products with pharmaceutical potential. Curr Opin Biotechnol 25, 86–94.
Mohammadabadi MR (2021) Tissue-specific mRNA expression profile of ESR2 gene in goat. Agric Biotechnol J 12 (4), 167-181 (In Persian).
Mohammadabadi MR (2020) Expression of ESR1 gene in Raini Cashmere goat using Real Time PCR. Agric Biotechnol J 12 (1), 177-192 (In Persian).
Mohammadabadi MR, Kord M, Nazari M (2018) Studying expression of leptin gene in different tissues of Kermani Sheep using Real Time PCR. Agric Biotechnol J 10, 111-122 (in Persian).
Mohammadabadi MR, Tohidinejad F (2017) Charachteristics determination of Rheb gene and protein in Raini Cashmere goat. Iran J Appl Anim Sci 7, 289-295.
Morimoto S, Suemori k, Moriwaki j et al. (2001) Morphine Metabolism in the Opium Poppy and Its Possible Physiological Function. The J Biol Chem 276, 38179–38184.
Pichersky E, Lewinsohn E (2011) Convergent evolution in plant specialized metabolism. Annu Rev Plant Biol 62, 549–566.
Sharma P, Padh H, Shrivastava N (2013) Hairy root cultures: a suitable biological system for studying secondary metabolic pathways in plants. Eng Life Sci 13, 62–75.
Sharifzadeh Naeini M, Naghavi MR, Bihamta MR et al. (2020) Production of some benzylisoquinoline alkaloids in Papaver armeniacum L. hairy root cultures elicited with salicylic acid and methyl jasmonate. Plant Tissue Cult.
Shukla S, Singh SP ( 2000) Alkaloid profile in relation to different developmental stages of Papaver somniferum L. Phyton (Horn, Austria) 41(1), 87-96.
Tohidi nezhad F, Mohammadabadi MR, Esmailizadeh AK, et al. (2015) Comparison of different levels of Rheb gene expression in different tissues of Raini Cashmir goat. Agric Biotechnol J 6, 35-50.
Unterlinner B, Lenz R, Kutchan TM (1999) Molecular cloning and functional expression of codeinone reductase: the penultimate enzyme in morphine biosynthesis in the opium poppy Papaver somniferum. Plant J, 18, 465–745.
Van der Heijden R, Jacobs DI, Snoeijer W et al. (2004) The Catharanthus alkaloids: pharmacognosy and biotechnology. Curr Med Chem 11, 607–628.