بهینه‌سازی شرایط القای ریشه‌موئین در تربچه (Raphanus sativus L.) و بررسی توانایی بیوسنتز متابولیت‌های ثانویه در کشت‌های ریشه موئین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، مازندران، ایران

2 پژوهشکده ژنتیک و زیست فناوری کشاورزی طبرستان، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، مازندران، ایران

3 گروه آموزشی نانوبیوتکنولوژی، دانشگاه پیام نور، واحد زاهدان، سیستان و بلوچستان

چکیده

هدف: آگروباکتریوم رایزوژنز سبب ایجاد فنوتیپ ریشه موئین در گیاهان می‌شود. ریشه‌های موئین قابلیت رشد و ثبات ژنتیکی بالایی داشته و قادر به تولید متابولیت‌های ثانویه گیاهی هستند. در این تحقیق به‌منظور بهینه‌سازی شرایط القا و رشد ریشه‌های موئین گیاه تربچه، تأثیر عوامل مختلف مورد بررسی قرار گرفته است.
مواد و روش­ها: اثر نوع ریز نمونه (برگ، ساقه و کوتیلدون)، محیط همکشتی (MS, ½ MS, B5 و ½ B5) و سویه‌های مختلف باکتری آگروباکتریوم رایزوژنز (A4, ATCC15834 و LBA9402) بر القای ریشه موئین بر مبنای آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار بررسی شد. درصد تراریختی بر اساس تعداد ریشه‌های موئین ظاهر شده در تیمارهای مختلف محاسبه و به‌عنوان شاخص برای تعیین شرایط بهینه القای ریشه‌های موئین در نظر گرفته شد. تائید ماهیت تراریختی ریشه­های موئین با واکنش PCR و آغازگرهای اختصاصی ژن‌های rolB و virD انجام شد. زیست‌توده تر و خشک و مقدار ترکیبات فنولی و فلاونوئیدی در ریشه‌های موئین اندازه‌گیری شد.
نتایج: سویه­ ATCC15834 بیشترین توانایی القای ریشه‌ موئین در گیاه تربچه را داشت. محیط کشت ½ B5 مناسب‌ترین محیط همکشتی و ریز نمونه کوتیلدون بهترین نمونه گیاهی برای القای ریشه‌های موئین تربچه بود. میزان رشد ریشه‌های موئین بر اساس زیست‌توده تر و خشک با هم تفاوت معنی‌داری نشان داد و بیشترین مقدار ترکیبات فنولی و فلاونوئیدی در کشت‌های ریشه موئین به ترتیب 9/2 و 6/3 برابر بیشتر از گیاه طبیعی بود.
نتیجه‌گیری: شرایط بهینه برای القای ریشه موئین در هر گیاه باید تعیین شود و کشت‌های ریشه موئین گیاه تربچه از توانایی بالایی برای تولید متابولیت‌های ثانویه گیاهی می‌باشند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Optimization of hairy root induction conditions in radish (Raphanus sativus L.) and evaluation of biosynthesis ability of secondary metabolites in hairy root cultures

نویسندگان [English]

  • Zahra Gholami 1
  • Nadali Babaeiyan 1
  • Ali Pakdin-Parizi 2
  • Mahdi Dadmehr 3
1 Department of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Crop Sciences, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
2 Genetics and Agricultural Biotechnology Institute of Tabarestan, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
3 Payam-e-Noor University, Zahedan branch, Sistan va Baluchestan, Iran
چکیده [English]

Objective
Agrobacterium rhizogenes results in the formation of hairy root phenotype in plants. The hairy roots have high growth rate and genetic stability and able to produce plant metabolites. In this study, the optimum parameters for induction and growth conditions of radish hairy roots has been investigated.
 
Materials and methods
The effect of explant type (leaves, stems and cultures), co-culture medium (MS, ½MS, B5 and ½B5) and A. rhizogenes strains (A4, ATCC15834 and LBA9402) were evaluated based on factorial experiments in a CRD design with three replications. Transformation percentage was calculated based on the number of appearing hairy roots and was considered as an index for determining the optimum conditions. Transgenic nature of hairy roots was confirmed by PCR and specific primers for rolB and virD genes. The dry and fresh biomass and the amount of phenolic and flavonoid compounds of hairy roots were measured.
 
Results
ATCC15834 had the highest ability to induce hairy roots in radish under different conditions. The ½B5 medium was the most suitable co-culture medium and the cotyledon explant was the best plant material for induction of radish hair roots. The growth rate among hairy root clones was significantly different based on dry and fresh biomass and the highest amount of phenolic and flavonoid compounds in hairy root cultures was 2.9 and 3.6 times more than normal plant, respectively.
 
Conclusions
The optimum conditions for induction of hairy roots must be determined in each plant and the hairy root cultures of radish have a high capability to produce secondary metabolites.
 
 
Citation: Gholami Z, Babaeian Jelodar N, Pakdin Parizi A, Dadmehr M (2019). Optimization of hairy root induction conditions in radish (Raphanus sativus L.) and evaluation of biosynthesis ability of secondary metabolites in hairy root cultures. Agricultural Biotechnology Journal 11 (1), 99-118. 
 
Agricultural Biotechnology Journal 11 (1), 99-118.
DOI: 10.22103/jab.2019.13579.1118
Received:  February 10, 2019; Accepted: April 28, 2019
© Faculty of Agriculture, Shahid Bahonar University of Kerman-Iranian Biotechnology Society

کلیدواژه‌ها [English]

  • Agrobacterium rhizogenes
  • flavonoid compounds
  • hairy root
  • phenolic compounds
  • radish

مراجع

بیضایی سعید، صفی پور افشار اکبر، نعمت پور فاطمه (1394) تولید ترکیبات فنلی درکشت ریشه‌های مویین گیاه تربچه (Raphanus sativus L.). مجله زیست شناسی ایران. دوره 28. 3، 335-327.
 
References
Bae H, Kim YB, Park NI et al. (2012) Agrobacterium rhizogenes-mediated genetic transformation of radish (Raphanus sativus L. cv. Valentine) for accumulation of anthocyanin. Plant Omics 5, 381-385.
Bansal M, Kumar A, Reddy MS (2014) Influence of Agrobacterium rhizogenes strains on hairy root induction and ‘bacoside A’ production from Bacopa monnieri (L.) Wettst. Acta Physicochim URSS 36, 2793-2801.
Beizaee S, Safipour A, Nematpour F (2015) Production of phenolic compounds in hairy roots culture of Radish (Raphanus sativus L.). Iran J Biol 28, 327–335.
Bivadi V, Zakaria R, Zare N et al. (2014) Effects of different tissue culture conditions in Hairy roots induction in Hypericum perforatum L. Intl J Agri Crop Sci 7, 646-653.
Bulgakov VP, Gorpenchenko TY, Veremeichik, GN et al. (2012) The rolB gene suppresses reactive oxygen species in transformed plant cells through the sustained activation of antioxidant defense. Plant Physiol 158, 1371-1381.
Chang CC, Yang MH, Wen HM et al. (2002) Estimation of total flavonoid content in propolis by two complementary colorimetric methods. J Food Drug Anal 10, 178-182.
Cho HJ, Widholm JM, Tanaka N et al. (1998) Agrobacterium rhizogenes mediated transformation and regeneration of the legume Astragalus Sinicus (Chinese milk). Plant Sci 138, 53-65.
Dechaux C, Boitel-Conti M (2005) A strategy for overaccumulation of scopolamine in Datura innoxia hairy root cultures. Acta Biol Cracov Bot 47, 101-107.
Esaki H, Onozaki H (1982) Antimicrobial action of pungent principles in radish root (Raphanus sativus). Eiyo to shokuryo= J JPN Soc Food Nutr. 35, 207-211.
Facchini PJ (2001) Alkaloid biosynthesis in plants: biochemistry, cell biology, molecular regulation, and metabolic engineering applications. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 52, 29–66.
Folin O, Ciocalteu V (1927) On tyrosine and tryptophane determinations in proteins. J Biol Chem 73, 627–650.
Giri A, Narasu ML (2000) Transgenic hairy roots: recent trends and applications. Biotech Adv 18, 1-22.
Guillon S, Trémouillaux-Guiller J, Pati PK et al. (2006) Hairy root research: recent scenario and exciting prospects. Curr Opin Pharmacol 9, 341-346.
Gururaj HB, Kumar V, Prasad BCN et al. (2006) Agrobacterium rhizogenes mediated genetic transformation resulting in hairy root formation is enhanced by ultrasonication and acetosyringone treatment. Electron J Biotech 9, 349-357.
Gutiérrez RMP, Perez RL (2004) Raphanus sativus (Radish): their chemistry and biology. Sci World J 4, 811-837.
Habibi S, niknam V, Ebrahimzadeh H et al. (2015) Virulence of Different Strains of Agrobacterium rhizogenes on genetic transformation in Astragalus compactus. Iran J Plant Res 27, 804–810.
Hara M, Ito F, Asai T et al. (2009) Variation in amylase activities in radish (Raphanus sativus) cultivars. Plant Eng 64, 188-192.
Hashem FA, Saleh MM (1999) Antimicrobial components of some cruciferae plants (Diplotaxis harra Forsk. and Erucaria microcarpa Boiss.). Phytother Res 13, 329-332.
Hecht SS, Kenney, PM, Wang M et al. (2000) Effects of phenethyl isothiocyanate and benzyl isothiocyanate, individually and in combination, on lung tumorigenesis induced in A/J mice by benzo [a] pyrene and 4-(methylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanone. Cancer J Sci Am 150, 49-56.
Kabirnetaj S, Zolala J, Nematzadeh GA et al. (2012) Optimization of hairy root culture establishment in chicory plants (Cichorium intybus) through inoculation by Agrobacterium rhizogenes. J Agri Biotech 4, 61–75.
Kapoor LD (2000) Handbook of Ayurvedic Medicinal Plants. CRC Press Boca Raton; Florida 1–424.
Khalili S, Moieni A, Abdoli M (2014) Influence of different strains of Agrobacterium rhizogenes, culture medium, age and type of explant on hairy root induction in Echinacea angustifolia. Iran J Genet Plant Breed 3, 56-49.
Mano Y, Ohkawa H, Yamada Y (1989) Production of tropane alkaloid by hairy root cultures of Duboisia leichhardtii transformed by Agrobacterium rhizogenes. Plant Sci 59, 191–201.
Mulabagal V, Tsay HS (2004) Plant cell cultures- an alternative and efficient source for the production of biologically important secondary metabolites. Intel J Appl Sci Eng 2, 29-48.
Murashige T, Skoog F (1962) A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiol plant 15, 473-497.
Parizi AP, Farsi M, Nematzadeh GA et al. (2015) Impact of different culture media on hairy roots growth of Valeriana officinalis L. Acta Agric Slov 103, 299-305.
Pakdin A, Farsi M, Nematzadeh GA et al. (2013) Effect of different Agrobacterium rhizogenes strains on hairy root induction in Valeriana officinalis L. Continental J Biol Sci 6, 9-15.
Porebski S, Bailey LG, Baum BR (1997) Modification of a CTAB DNA extraction protocol for plants containing high polysaccharide and polyphenol components. Plant Mol Biol Rep 15, 8-15.
Porter JR, Flores H (1991) Host range and implications of plant infection by Agrobacterium rhizogenes. Critic Rev Plant Sci 10, 387-421.
Shakti M, Arun KK, Suman P et al. (2008) Genetic transformation studies and scale up of hairy root culture of Glycyrrhiza glabra in bioreactor. Electron J Biotech 11, 1–7.
Soleimani T, Keyhanfar M, Piri K et al. (2012) Morphological evaluation of hairy roots induced in Artemisia annua L. and investigating elicitation effects on the hairy roots biomass production. Int J Agric Res Rev 2, 1005-1013.
Srivastava S, Srivastava AK (2007) Hairy root culture for mass-production of high-value secondary metabolites. Critic Rev Biotech 27, 29-43.
Wink M. (1999) Biochemistry of Plant Secondary Product Metabolism. CRC Press, USA. 1-16.
Zehra M, Banerjee S, Sharma S et al. (1999) Influence of Agrobacterium rhizogenes strains on biomass and alkaloid productivity in hairy root lines of Hyoscyamus muticus and H. albus. Planta Med 65, 060-063.
Zhuravlev V (2005) Inhibitory effect of the Agrobacterium rhizogenes rolC gene on rabdosiin and rosmarinic acid production in Eritrichium sericeum and Lithospermum erythrorhizon transformed cell cultures, Planta Med 221, 471–478.
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 11، شماره 1 - شماره پیاپی 33
دوره 11 شماره 1
خرداد 1398
صفحه 99-118

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار