A study on the growth and secondary metabolite production in the soft coral Sinularia flexibilis for biotechnological exploitations

Document Type : Research Paper

Author

Abstract

Sessile marine invertebrates produce toxins to deter or kill predators and competitors. In recent years, biomedical exploitation of these bioproducts, organism availability for mass production, and limited stock in their natural habitats have been serious obstacles hindering benefit from these organisms. Cultivation of these invertebrates, is one of various approaches for producing the large biomass required. In this report, results of a preliminary study on the captive symbiotic soft coral Sinularia flexibilis, the richest species within its genus, are presented. Using asexual propagation of this species, fragments of the coral were established in a cultivation tank. These coral samples showed absolute survival (100%, n=24) within 16 weeks, high specific growth rates (17-21×10−3d−1), and a minimum doubling time of 6 weeks in the laboratory. In addition, biosynthesis of major bioactive compound of this species, flexibilide, continued in a range of 0.1-0.25 mg g−1 dry weight. Considering high potential of the Iranian southern waters and the diversity of similar marine organisms, it is important to apply marine biotechnology for substantial exploitation of these potential resources.
 

Keywords

Full Text

بررسی رشد و تولید متابولیت­های ثانویه با خواص دارویی در مرجان نرم همزیست Sinularia flexibilis

 

محمد کاظم خالصی*

عضو هیأت علمی گروه شیلات دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی، ساری

 

چکیده

     بی­مهرگان دریایی که به بستر می­چسبند برای دفاع و سایر واکنش­های ایمنی، از خود مواد سمی ترشح می­کنند. در سال­های اخیر، به­دلیل استفاده زیستی و پزشکی از تولیدات این بی­مهرگان، لزوم دسترسی به تولید انبوه آن­ها، و موجودی محدود آن­ها در زیستگاه­های طبیعی بهره­برداری پایدار از تولیدات مفیدشان را با مشکل جدی مواجه ساخته­اند. از جمله راهکارهای گوناگون برای تولید انبوه این بی­مهرگان، امکان پرورش گونه­های مختلف و چگونگی تولید سموم یا همان متابولیت­های ثانویه آن­ها می­باشد. در مقاله حاضر، نتایج اولیه پژوهش روی مرجان نرم همزیست گونۀ Sinularia flexibilis به عنوان غنی­ترین گونه در جنس خود، در محیط آزمایشگاهی ارائه می­گردد. با استفاده از مزیت افزایش غالب این گونه به­روش غیرجنسی قلمه زدن، قلمه­هایی از مرجان مذکور تهیه و در تانک­های پرورشی قرار داده شدند. با فراهم بودن کمترین شرایط محیطی یعنی نور و جریان آب و بدون تغذیه دستی، بازماندگی بالا (100%) و رشد ویژه فزاینده (٣−١٠×٢١-17 در روز) به مدت 16 هفته، با زمان دو برابرشدگی حداقل 6 هفته در قلمه­های مرجان مشاهده شد. همچنین تولید متابولیت ثانویه عمده با نام فلکسی بیلاید در این گونه مرجان با غلظت 25/0≈-1/0≈ میلی­گرم در گرم وزن خشک قلمه­ها ادامه یافت. با بهره­گیری از نتایج این پژوهش و با توجه به پتانسیل بالا و تنوع آبزیان مشابه در آب­های جنوب ایران، اهمیت زیست فناوری دریایی در بهره­برداری پایدار از این منابع بالقوه مفید آشکار می­گردد.

 

واژه­های کلیدی: مرجان نرم، نرخ رشد، متابولیت های ثانویه، فلکسی بیلاید.                  

 

 

 

 


مقـــدمه

بسیاری از بی­مهرگان چسبیده[1] دریایی مانند مرجان­های نرم جهت مقابله با رقیبان و شکارچیان، مواد سمی ترشح می­کنند که از نظر پزشکی، در درمان سرطان اهمیت دارند. امروزه به­دلیل استفاده پزشکی- زیستی[2] از این بی­مهرگان دریایی و تقاضای روز افزون برای دسترسی تجاری به مواد مفید آن­ها، از اهم موارد در بیوتکنولوژی دریایی می­باشد. مرجان نرم گونه Sinularia flexibilis [3] مواد سمی ترشح  می­کند که دارای فعالیت­های بالقوه ضد سرطانی، قارچ کشی و باکتری­کشی می­باشند (Aceret et al., 2001).  دیترپن های[4] مترشحه این مرجان که عمده ترین آنها سینیولاریولاید، سینیولارین، دی هایدرو سینیولارین، سینیولاریولن، سینیوفلکسین، سینیوفلکسی بیلین، سینیوفلکسولاید، دی هیدروفلکسی بولاید، فلکسی بیولاید، و فلکسی بیلاید می باشند (Alino et al., 1992؛ Anjaneyulu &  Sagar, 1996 ؛ Duh et al., 1998؛ Anjaneyulu et al., 1998 ؛ Mayer & Gustafson, 2004 )، با  داشتن خواص دارویی گوناگون (علاوه بر خواص ذکر شده در بالا) از جمله به عنوان محرک های قلبی و عروقی و نیز مواد ضد التهابی می توانند به عنوان داروهای جدید مطرح شوند. همچنین، این گونه مرجان مواد محافظ درون سلولی با نام کلی اسیدهای آمینه شبه مایکوسپورین یا [5]MAAs تولید می کند که با فعالیت آنتی­اکسیدانی، جانور را در برابر شدت زیاد نور و پرتو فرا بنفش محافظت می­کند (Michalek-Wagner & Bowden, 2001). این مرجان نرم با نوعی جلبک تک سلولی از جنس دینوفلاژل­ها که عموماً زئوکسانتلا[6] نام دارند، زندگی همزیستی دارد و با هم یک موجود واحد یا هولوبیونت[7] را تشکیل می­دهند. زئوکسانتلا بسته به­گونه مرجان تا حدود 100% از مواد آلی حیاتی و انرژی مورد نیاز میزبان مرجانی خود را از راه جابجایی فرآورده­های فتوسنتز به بدن مرجان تأًمین می­کنند و بدون حضور آن­ها این مرجان قادر به ادامه زندگی نیست (Khalesi, 2008). بنابراین، بیشتر مرجان های همزیست جهت بازماندگی و رشد به حداقل نور برای فرآیند فتوتروفی به وسیله زئوکسانتلا نیازمند هستند.

با بررسی شواهد موجود که نتیجه پژوهش روی ترکیبات فعال بالقوه دارویی حاصل از S. flexibilis بوده اند، ثابت شده است که بالاترین شمار تحقیقات صورت گرفته روی جنس Sinularia مربوط به این گونه بوده و برای بیشتر متابولیت های ثانویه آن، خاصیت ضد سرطانی گزارش شده است
(Khalesi et al., 2008). به­ علت توجه فزاینده در بهره برداری از این مواد جهت کاربردهای پزشکی، دارویی و صنعتی، انجام تحقیقات برای گسترش مواد مفید مرجان یاد شده به­صورت فرآورده­های دارویی و صنعتی در آینده، و تقاضای روزافزون برای چنین منبع بالقوه ای از مواد سمی دارویی به ­منظور بازبینی آن­ها و نیز انجام مطالعات تخصصی، ممکن است به بهره برداری بیش از حد از منابع طبیعی مرجان منجر گردد. بر این اساس، توسعه مواد درمانی از این مرجان در آینده نیازمند راهکارهای پایدار جهت بهره­برداری در دراز مدت خواهد بود.

وابستگی این مرجان به نور جهت کسب انرژی بازماندگی و رشد از طریق فتوتروفی زئوکسانتلا، ضمن آنکه نیاز به تغذیه آن را در محیط پرورشی به حداقل می­رساند، از نظر اقتصادی نیز به صرفه خواهد بود. به علاوه، افزایش طبیعی این جانور به روش­های غیرجنسی جوانه­زنی[8] ، شکافتگی[9] و نیز از راه قلمه­زدن[10] صورت می­گیرد؛ روش اخیر این امکان را فراهم می­سازد تا از یک کلنی مولد مرجان تعداد زیادی قطعات کوچک یا قلمه­های قادر به رشد را جدا کرد و پرورش داد، بدون این که به کلنی اولیه آسیبی وارد شود
( Connel, 1973 ؛Soong & Chen, 2003). با بهره­جویی از این ویژگی­های با ارزش، یکی از راهکارهایی که با آن می­توان بخشی از وزن زنده مورد نیاز مرجان را برای پژوهش­های بیوتکنولوژیک فراهم کرد، پرورش محصور این بی­مهرگان همراه با بالابردن دانش پایه برای نیازهای رشدی آن­ها در محیط بسته می­باشد. این کار مستلزم فنون پیشرفته آبزی پروری و همچنین کاربرد تیمارهای زیستی ویژه گونه مرجان به منظور رشد بهینه و تولید مطلوب متابولیت­های مورد نظر می­باشد. بنابراین، در پژوهش حاضر چگونگی رشد و امکان بیوسنتز متابولیت ثانویه (سم) عمده  S. flexibilis با نام فلکسی بیلاید[11] (Aceret et al., 2001) در شرایط آزمایشگاهی بررسی شد.

 

مواد و روش­ها

این تحقیق در آزمایشگاه بیوتکنولوژی دریا واقع در دانشگاه واگنینگن کشور هلند انجام شد. مرجان نرم گونه Sinularia flexibilis از مرکز نگهداری آن­ها واقع در باغ وحش برگر[12] شهر آرنهم هلند تهیه شد. در این باغ وحش، توده های این مرجان­ در آب °C 26 با شوری 34 درصد نگهداری می شوند. چون  این توده ها از یک کلـــنی واحد اصلی ریشه می گیرند، از نظر ژنتیکی یکسان[13] هستند. با انتقال نمونه­های مرجــان به آزمایشگاه بیوتکنولوژی دریا در دانشگاه واگنینگن هلند، این نمونه­ها در تانک­های ویژه[14] محـــتوی ١٣٠٠~ لیتر آب شور با شوری 4/0±34  درصد و دمــای °C 2/0 ± 8/25  نگهداری شدند. به لحاظ اهمیت جریان آب در رشد این جانوران (Khalesi et al., )، جریان آب متلاطم (~6 cm s−1) به­طور پیوسته در تانک برقرار گردید و جریان کم و بیش یکنواخت آن در سرتاسر تانک به وسیله جریان سنج SENSA RC2 تعیین شد. در بالای تانک با فاصله 55 سانتیمتر، یک لامپ هالید با بازده بالا (,VHO10000) نصب گردید و برای 12 ساعت روشنایی، 12 ساعت تاریکی تنظیم شد. شدت نور در نقاط مختلف تانک به­وسیله نورسنج LI-COR, Li250 سنجیده شد و دامنه آن از50 تا 400 mmol quanta m-2s-1 متغیر بود. این شدت­های نوری برای رشد مرجان قبلاً مورد استفاده قرار گرفته­اند ( Tsai & Liu, 2005). از کلنی اولیه برش­های قلمه­ای تهیه، روی صفحات کوچک پی وی سی چسبانده و در نقاط مختلف تانک به­صورت 8 گروه 3 تایی قرار داده شدند (تعداد کل= 24 قلمه). قلمه­های مرجان طی 2-1 هفته به پایه­ها چسبیدند و پس از آن، به­مدت چند هفته واکنش، سازگاری با محیط جدید و رشد آن­ها مورد بازبینی قرار گرفت.

نرخ رشد تک تک قلمه­های مرجان در همه گروه­ها (میکروکلنی­ها) به­طور هفتگی به مدت 112 روز (16 هفته) اندازه­گیری شد. برای توزین هفتگی نمونه ها، هر صفحه کوچک سوراخدار پی وی سی که قلمه به آن چسبیده بود پس از زدودن  مواد خارجی از صفحه، با ترازوی دیجیتال (دقت 01/0± میلی­گرم) دارای رشته متصل به قلاب در زیر آب، سه بار وزن شد (وزن شناور[15]) و در صورت مشابه بودن اوزان حاصله ثبت می شد. با توزین قلمه ها در هر هفته، تفاوت در اوزان هفتگی قلمه­ها با کسر وزن صفحات پایه (که قبلاً سنجیده شده بود)، به­عنوان افزایش وزن قلمه های مرجان  برآورد شد. با استفاده از اوزان شناور قلمه ها، نرخ رشد ویژه (μ در روز) با فرمول (lnW2-lnW1)/Δt μ= محاسبه گردید که در آن W2= وزن در انتهای هر هفته و W1= وزن در ابتدای هر هفته (Δt) می­باشد. زمان دوبرابر شدگی[16] نیز با رابطه 1-ln 2 × µ (1997Vago et al., ) برآورد شد.

 

استخراج و مقدارسنجی فلکسی بیلاید

 نمونه­های مرجان پس از خشک انجمادی[17] و تعیین وزن خشک آنها، بر طبق روش (Michalek-Wagner & Bowden, 1997) مورد استخراج قرار گرفتند. به­ طور خلاصه، بافت خرد شده مرجان سه بار با دیکلرومتان[18] در فواصل زمانی 2 ساعت، 5 ساعت و 3 روز استخراج و پس از آمیخته شدن با هم، با دستگاه HPLC (ستون: Prevail Phenyl, Eluent: 50% Acetonitril, 50%MilliQ, UV at 210 nm) فرآیند کمی سنجی صورت گرفت. برای این کار، طیف­های جذبی و زمان­های بازجذب ماده با فلکسی بیلاید استاندارد، دریافتی از پروفسور بروس بودن (دانشگاه جیمزکوک- کوئینزلند، استرالیا)، تطبیق شدند. نتایج حاصل از تجزیه HPLC به صورت درصد فلکسی بیلاید در هر گرم وزن خشک مرجان بیان شده­اند.

 

نتایج و بحث

رشد مرجان: داده­های حاصل از افزایش وزن در مقایسه با وزن اولیه قلمه­های مرجان نرم S. flexibilis  و میانگین افزایش وزن آن­ها به­شکل نمودار رشد ارائه شده ­است (شکل 1، الف و ب). بررسی افزایش رشد هفتگی قلمه­ها در آزمایشگاه به­مدت 16 هفته نشان داد که این گونه در سامانه پرورشی بسته قادر به رشد بود و افزایش وزن قابل توجهی در تمام گروه­ها (کلنی­ها) دیده شد. نتایج همچنین بیانگر بازماندگی مطلق (100%، 24 n=) قلمه های مرجان در شرایط آزمایشگاهی در طول 16 هفته  می­باشند. با استفاده از وزن­های شناور، نرخ رشد ویژه قلمه­ها (µ در روز) برابر با ٣−١٠×٢١-17 در روز برآورد گردید که در مقایسه  با مقادیر ٣−١٠×2-1≈ در روز برای مرجان­های سخت در محیط طبیعی (Vago et al., 1997) بسیار بالاتر بود. در چند هفته اول بررسی رشد قطعات مرجان، نرخ رشد آن­ها کمی افزایش یافت که شاید به­ علت مصرف انرژی جهت ترمیم آسیب بافتی ناشی از برش آن­ها باشد. بنابراین، با توجه به نیاز قلمه­های تازه برش یافته به یک دوره بازیافت، فرآیند طبیعی رشد در قلمه­های زودتر چسبیده، قاعدتاً بایستی با سرعت بیشتری شروع شده باشد. بنابراین، روند کلی رشد قلمه­های مرجان در این مطالعه ظاهراً به دامنه آسیب وارده ناشی از برش آن­ها، مدت زمان بازیافت، و اندازه نسبی اولیه آن­ها بستگی داشته است. همچنین، ممکن است گروه­هایی که شدت نور کمتری (>mol quanta m-2 s-1µ 100) بسته به محل استقرارشان در تانک دریافت کردند، رشد کمتری داشتند. کاهش رشد در نور کم (بسته به گونه) برای برخی از مرجان­های همزیست گزارش شده ­است (Durant, 2006 ).

 

 

 

شکل 1- الف) مقایسه وزن اولیه و وزن نهایی (هفته 16)، و ب) میانگین اوزان شناور قلمه­های S. flexibilis در تمام گروه­ها در طول 16 هفته در شرایط آزمایشگاهی.

Figure 1- A) Comparison of initial and final (week 16) weights, and B) average of buoyant weights of fragments of S. flexibilis in all groups during 16 weeks under laboratory conditions. 

 

 شکل 2- الف) ازدیاد اس. فلکسی بیلیس از راه شکافتگی و جدایی رشته حاصله در پایه کلنی؛ ب) ازدیاد از طریق جوانه های رویشی در جوانب پایینی قلمه ها پس از کم و بیش 2 ماه که با پیکان مشخص شده اند. 

Figure 2- A) Propagation of S. flexibilis through fission and separation of the resultant colony in the base. B) Vegetative propagation of fragments through budding (marked with arrows) after 2 months. 

 

 

 رویش جوانه­های جانبی در سطح قلمه­ها عموماً نزدیک به پایه مشاهده شد (شکل 2 ب) که در محیط طبیعی نیز گزارش شده است (Bastidas et al., 2004). پیدایش جوانه­ها در این گونه به­عنوان ابزاری جهت افزایش غیرجنسی پیشنهاد شده است (Fautin, 2002). همچنین در این مطالعه، پدیده شکافتگی در کلنی­های اصلی  S.  flexibilis رخ داد (شکل 2 الف) که با انشعاب رشته­ای از قاعده کلنی شروع می­شود و پس از مدتی با رشد بیشتر و چسبیدن به کف، از پایه اصلی جدا شده، کلنی مستقلی را ایجاد می­کند.

بروز این دو پدیده علاوه بر اینکه بیانگر رفتار طبیعی رشد این گونه در محیط پرورشی است، نشان دهنده توانایی مرجان در دو برابر ساختن وزن خود با بهره­گیری از انواع ساختکارها امکانات می­باشد. افزایش صعودی وزن بدن و نیز ویژگی جوانه­زنی در این مرجان، منجر به بروز ریخت شاخه­ای می­شود که بیانگر رشد نمایی است و به­طور پیوسته ادامه می­یابد (Sanchez, 2002). این مزیتی است که در تولید انبوه این گونه جهت تأمین ماده زنده لازم برای مطالعات و کاربردهای بیوتکنولوژیکی اهمیت به­سزایی دارد. بازماندگی مطلق (100%) تمامی قلمه­ها و نیز کلنی­های اصلی S. flexibilis در طول مدت 4 ماهه مطالعه در مقایسه با بازماندگی سایر مرجان­های پرورش یافته، بیانگر سازگاری کامل و توان پرورشی این گونه می باشد. برای برخی از مرجان­های سخت (دارای اسکلت آهکی) که در محیط طبیعی پرورش داده شدند، نرخ های بازماندگی­ 32%، 15%، و 8%  پس از 17 ماه گزارش شده (Connel, 1973؛ Highsmith, 1982). در یک مورد، نرخ بازماندگی مشابه (%100-98) برای مرجان سخت formosa Acropora پس از 18 ماه در محیط طبیعی گزارش شده است (Okubo, 2005). همچنین، مدت زمان دو برابر شدن وزنی قلمه های این گونه به مدت حداقل 6 هفته در مقایسه با زمان مذکور در گونه­ای از مرجان سخت به مدت 36 هفته در محیط طبیعی (Edmunds & Davies, 1986) بسیار کوتاه تر بود. بنابراین، به­نظر می­رسد صرف­نظر از ویژگی­های گونه­ای و ژنتیکی، پرورش مرجان در محیط پرورشی مهارشده (بسته) عامل مؤثری در رشد مطلوب و بازماندگی بالای S. flexibilis در شرایط آزمایشگاهی بوده است.

مقدارسنجی فلکسی بیلاید: در شکل 3، مقادیر استخراج شده متابولیت ثانویه عمده
S. flexibilis  بر اساس میلی­گرم در هر گرم وزن خشک قلمه­ها نشان داده شد.


 

 

 

 شکل 3- غلظت فلکسی بیلاید در قلمه­های (٢٤ n=) مرجان نرم S. flexibilis در شرایط آزمایشگاهی.

Figure 3- Flexibilide content in the fragments of the soft coral S. flexibilis under laboratory conditions.

 

 

دامنه غلظت این ماده از 1/0 ≈ تا
25/0 ≈ میلی­گرم در هـر گرم از وزن خشک قلمه­های مرجان متغیر بود. حد بالای این غلظت­ها برابر با مقادیر یاد شده برای متابولیت های ثانویه این گونه در محیط طبیعی می­باشد (Michalek-Wagner & Bowden, 1997). با این وجود، مقادیر کمتر فلکسی بیلاید در این پژوهش که از قلمه­های کوچک (6-4 سانتیمتر) استفاده شد ممکن است مطابق با این یافته باشند که غلظت متابولیت­های ثانویه اصلی در S. flexibilis بسته به اندازه کلنی آن فرق می­­کند (Maida et al., 1993). تفاوت­های موجود در شکل 3، علاوه بر تأثیر احتمالی اندازه قلمه ها، ممکن است به­علت میزان تنش ناشی از دستکاری آن­ها در موقع برداشت باشد. عامل احتمالی دیگر، نوع حلال بکار رفته در این مطالعه (دیکلرومتان) برای استخراج فلکسی بیلاید می باشد؛ انتخاب حلال مناسب جهت بازبینی متابولیت های ثانویه در موجودات دریایی حائز اهمیت است. برای مثال، Cavalcanti و همکاران (2008) با کاربرد دی کلرومتان- متانول و استون نتایج متفاوتی را به دست آوردند. همچنین در چندین پژوهش، مخلوطی از این حلال ها و نیز اتانول استفاده شد (Siamopoulou et al., 2004). داده های منتشر نشده نگارنده (Khalesi, 2007) نیز نشان داد که اتانول و متانول در استخراج فلکسی بیلاید کارآمدتر به نظر می رسند. گذشته از عوامل موثر در میزان استخراج فلکسی بیلاید در این پژوهش، این یافته مهم است که این گونه مرجان در شرایط پرورش آزمایشگاهی نیز قادر به بیوسنتز متابولیت ثانویه عمده خود به میزان قابل اندازه گیری می­باشد؛ شناسایی عوامل تأثیرگذار در میزان ترشح این مواد نیاز به تحقیق بیشتری دارد.

نتیــجه­گیری نهایی

نتایج این تحقیق نشان می­دهد که پرورش S. flexibilis، به­ عنوان نمونه شاخصی از مرجان­های نرم با توانایی تولید ترکیبات زیستی مفید، در شرایط مهار شده امکان پذیر است. همچنین، این گونه با بازماندگی بالا و رشد مناسب در شرایط آزمایشگاهی قادر به تولید متابولیت ثانویه عمده خود با نام فلکسی بیلاید می­باشد. با پرورش این گونه و مرجان های مشابه، البته با بالابردن دانش لازم پیرامون زیست شناسی پرورشی آن­ها، می­توان بخشی از نیاز به تولید انبوه این جانوران را جهت بررسی­ها و کاربردهای زیست فناوری برآورده نمود. با بهره­گیری از یافته­های این تحقیق و با توجه به توان بالقوه موجود در آب های جنوبی ایران از نظر گوناگونی مرجان ها و بی­مهرگان مشابه، انجام پژوهش های گسترده در این زمینه می­تواند راهگشای استفاده بیوتکنولوژیکی از این موجودات در آینده گردد.

تشکر و قدردانی

از پشتیبانی مالی دولت جمهوری اسلامی ایران برای انجام این تحقیق سپاسگزاری به عمل می­آید. همچنین نگارنده از همکاری صمیمانه Fred van den End جهت آماده سازی آزمایشگاه و مواد تشکر می­نماید.

 

 

منابع      

  1. Aceret TL, Sammarco PW, Coll JC, Uchio Y (2001) Discrimination between several diterpenoid compounds in feeding by Gambusia affinis. Comparative Biochemistry and Physiology Part C 128: 55–63.
  2. Alino PM, Coll JC, Sammarco PW (1992) Toxic prey discrimination in a highly specialized predator Chaetodon melannotus (Block et Schneider): Visual vs. chemical cues. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 164: 209-220.
  3. Anjaneyulu ASR, Sagar KS (1996) Flexibiolide and dihydroflexibiolide, the first trihydroxycembranolide lactones from the soft coral Sinularia flexibilis of the Indian Ocean. Natural Products Letters 9:127-135.
  4. Anjaneyulu ASR, Sagar KS, Rao GV (1998) New cembranoid lactones from the Indian Ocean soft coral Sinularia flexibilis. Journal of Natural Products 60: 9-12.
  5. Bastidas C,  Fabricius KE, Willis BL (2004) Demographic aspects of the soft coral Sinularia flexibilis leading to local dominance on coral reefs. Hydrobiologia 530/531: 433–441.
  6. Cavalcanti DN, Vasconcelos MA, Pinto GAC, de Rezende CM, Pereira RC, Teixeira VL (2008). Effects of storage and solvent type in a lipophilic chemical profile of the seaweed Dictyota menstrualis. Brazilian Journal of Oceanography 56, 1: 51-57.
  7. Connell JE (1973) Population ecology of reef building corals, In Jones OA, Endeans R, (Eds.), Biology and geology of coral reefs. Academic Press, London, pp. 205– 245.
  8. Duh CY, Wang SK, Tseng HK, Sheu JH, Chiang MY (1998) Novel cytotoxic cembranoids from the soft coral Sinularia flexibilis. Journal of Natural Products 26: 844-847.
  9. Durant D (2006) Biological responses of two Caribbean reef-building corals to a pier-generated irradiance gradient. PhD Thesis. University of Puerto Rico.
  10. Edmunds PJ, Davies PS (1986) An energy budget for Porites porites (Scleractinia). Marine Biology 92: 339-347.
  11. Fautin DG (2002) Reproduction of Cnidaria. Canadian Journal of Zoology 80:1735–1754.
  12. Highsmith RC (1982) Reproduction by fragmentation in corals. Marine Ecology Progress Series 7: 207–226.
  13. 13 Khalesi MK (2008) Ex situ cultivation of the soft coral Sinularia flexibilis for biotechnological exploitation. Ph.D. Thesis. Wageningen University, Wageningen, the Netherlands.
  14. Khalesi MK, Beeftink HH, Wijffels RH (2007) Flow-dependent growth in the zooxanthellate soft coral Sinularia flexibilis. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 351: 106–113.
  15. Khalesi MK, Beeftink HH, Wijffels RH (2008) The soft coral Sinularia flexibilis: potential for drug development. Proc. of Advances in Coral Husbandry in Public Aquaria. Burgers’ Zoo, Arnhem, the Netherlands. pp. 47-60.
  16. Maida M, Carroll AR, Coll JC (1993) Variability of terpene content in the soft coral Sinularia flexibilis (Coelenterata: Octocorallia) and its ecological implications. Journal of Chemical Ecology 19: 2285-2296.
  17. Mayer AMS, Gustafson KR (2004) Marine pharmacology in 2001–2: antitumour and cytotoxic compounds. European Journal of Cancer 40: 2676–2704.
  18. Michalek-Wagner K, Bowden BF (1997) A natural algacide from soft coral Sinularia flexibilis (coelenterata, octocorallia, alcyonacea). Journal of Chemical Ecology 23: 259-273.
  19. Okubo N, Taniguchi H, Motokawa T (2005) Successful methods for transplanting fragments of Acropora formosa and Acropora hyacinthus. Coral Reefs 24: 333–342.
  20. Sanchez J.A (2002) Dynamics and evolution of branching colonial form in marine modular organisms. Ph.D Thesis. State University of New York at Buffalo.
  21. Siamopoulou P, Bimplakis A, Iliopoulou D, Vagias C, Cos P, Berghe DV, Roussis V (2004) Diterpenes from the brown algae Dictyota dichotoma and Dictyota linearis. Phytochemistry 65: 2025-2030.
  22. Soong K, Chen T (2003) Coral transplantation: regeneration and growth of Acropora fragments in a nursery. Restoration Ecology 11: 62–71.22.
  23. Tsai CH, Liu LL (2005) Effects of light intensity on the morphology and physiology of the soft coral Pachyclavularia violacea. Master’s Thesis. A publication of Institute of  Marine Biology, National Sun Yat-sen University, Taiwan.
  24. Vago R, Dubinsky Z, Genin A, Ben-Zion M, Kizner Z (1997) Growth rates of three symbiotic corals in the Red Sea. Limnology and Oceanography 42: 1814 -1819.

A study on the growth and secondary metabolite production in the soft coral Sinularia flexibilis for biotechnological exploitations

 

Khalesi M.K.*

Fisheries Deptartment, University of Agricultural Sciences and Natural Resources

 

Abstract

Sessile marine invertebrates produce toxins to deter or kill predators and competitors. In recent years, biomedical exploitation of these bioproducts, organism availability for mass production, and limited stock in their natural habitats have been serious obstacles hindering benefit from these organisms. Cultivation of these invertebrates, is one of various approaches for producing the large biomass required. In this report, results of a preliminary study on the captive symbiotic soft coral Sinularia flexibilis, the richest species within its genus, are presented. Using asexual propagation of this species, fragments of the coral were established in a cultivation tank. These coral samples showed absolute survival (100%, n=24) within 16 weeks, high specific growth rates (17-21×10−3d−1), and a minimum doubling time of 6 weeks in the laboratory. In addition, biosynthesis of major bioactive compound of this species, flexibilide, continued in a range of 0.1-0.25 mg g−1 dry weight. Considering high potential of the Iranian southern waters and the diversity of similar marine organisms, it is important to apply marine biotechnology for substantial exploitation of these potential resources.

 

Keywords: Closed cultivation, Flexibilide, Sinularia flexibilis, Secondary metabolites,   Specific growth rate.


* نویسنده مسئول: محمد کاظم خالصی                         تلفن:09101000625                    khalesi46@gmail.com Email:

[1] Sessile   

[2] Biomedical

[3] Sinularia flexibilis: Anthozoa, subclass Octocorallia, order Alcyonacea, family Alcyoniidae

[4] Diterpenes

[5] Mycosporine-like Amino Acids

[6] Zooxanthellae   

[7] Holobiont

[8] Budding

[9] Fission  

[10] Fragmentation  

[11] Flexibilide    

[12] Bugers' zoo, Arnhem

[13] Clone  

[14] Eco-deco sys., Dymico-Model 1000

[15] Buoyant weight    

[16] Doubling time      

[17] Freeze-drying    

[18] Dichloromethane

* Corresponding author: M . K. Khalesi         Tel: 09101000625                   Email: khalesi46@gmail.com

References

  1. Aceret TL, Sammarco PW, Coll JC, Uchio Y (2001) Discrimination between several diterpenoid compounds in feeding by Gambusia affinis. Comparative Biochemistry and Physiology Part C 128: 55–63.
  2. Alino PM, Coll JC, Sammarco PW (1992) Toxic prey discrimination in a highly specialized predator Chaetodon melannotus (Block et Schneider): Visual vs. chemical cues. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 164: 209-220.
  3. Anjaneyulu ASR, Sagar KS (1996) Flexibiolide and dihydroflexibiolide, the first trihydroxycembranolide lactones from the soft coral Sinularia flexibilis of the Indian Ocean. Natural Products Letters 9:127-135.
  4. Anjaneyulu ASR, Sagar KS, Rao GV (1998) New cembranoid lactones from the Indian Ocean soft coral Sinularia flexibilis. Journal of Natural Products 60: 9-12.
  5. Bastidas C,  Fabricius KE, Willis BL (2004) Demographic aspects of the soft coral Sinularia flexibilis leading to local dominance on coral reefs. Hydrobiologia 530/531: 433–441.
  6. Cavalcanti DN, Vasconcelos MA, Pinto GAC, de Rezende CM, Pereira RC, Teixeira VL (2008). Effects of storage and solvent type in a lipophilic chemical profile of the seaweed Dictyota menstrualis. Brazilian Journal of Oceanography 56, 1: 51-57.
  7. Connell JE (1973) Population ecology of reef building corals, In Jones OA, Endeans R, (Eds.), Biology and geology of coral reefs. Academic Press, London, pp. 205– 245.
  8. Duh CY, Wang SK, Tseng HK, Sheu JH, Chiang MY (1998) Novel cytotoxic cembranoids from the soft coral Sinularia flexibilis. Journal of Natural Products 26: 844-847.
  9. Durant D (2006) Biological responses of two Caribbean reef-building corals to a pier-generated irradiance gradient. PhD Thesis. University of Puerto Rico.
  10. Edmunds PJ, Davies PS (1986) An energy budget for Porites porites (Scleractinia). Marine Biology 92: 339-347.
  11. Fautin DG (2002) Reproduction of Cnidaria. Canadian Journal of Zoology 80:1735–1754.
  12. Highsmith RC (1982) Reproduction by fragmentation in corals. Marine Ecology Progress Series 7: 207–226.
  13. 13 Khalesi MK (2008) Ex situ cultivation of the soft coral Sinularia flexibilis for biotechnological exploitation. Ph.D. Thesis. Wageningen University, Wageningen, the Netherlands.
  14. Khalesi MK, Beeftink HH, Wijffels RH (2007) Flow-dependent growth in the zooxanthellate soft coral Sinularia flexibilis. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 351: 106–113.
  15. Khalesi MK, Beeftink HH, Wijffels RH (2008) The soft coral Sinularia flexibilis: potential for drug development. Proc. of Advances in Coral Husbandry in Public Aquaria. Burgers’ Zoo, Arnhem, the Netherlands. pp. 47-60.
  16. Maida M, Carroll AR, Coll JC (1993) Variability of terpene content in the soft coral Sinularia flexibilis (Coelenterata: Octocorallia) and its ecological implications. Journal of Chemical Ecology 19: 2285-2296.
  17. Mayer AMS, Gustafson KR (2004) Marine pharmacology in 2001–2: antitumour and cytotoxic compounds. European Journal of Cancer 40: 2676–2704.
  18. Michalek-Wagner K, Bowden BF (1997) A natural algacide from soft coral Sinularia flexibilis (coelenterata, octocorallia, alcyonacea). Journal of Chemical Ecology 23: 259-273.
  19. Okubo N, Taniguchi H, Motokawa T (2005) Successful methods for transplanting fragments of Acropora formosa and Acropora hyacinthus. Coral Reefs 24: 333–342.
  20. Sanchez J.A (2002) Dynamics and evolution of branching colonial form in marine modular organisms. Ph.D Thesis. State University of New York at Buffalo.
  21. Siamopoulou P, Bimplakis A, Iliopoulou D, Vagias C, Cos P, Berghe DV, Roussis V (2004) Diterpenes from the brown algae Dictyota dichotoma and Dictyota linearis. Phytochemistry 65: 2025-2030.
  22. Soong K, Chen T (2003) Coral transplantation: regeneration and growth of Acropora fragments in a nursery. Restoration Ecology 11: 62–71.22.
  23. Tsai CH, Liu LL (2005) Effects of light intensity on the morphology and physiology of the soft coral Pachyclavularia violacea. Master’s Thesis. A publication of Institute of  Marine Biology, National Sun Yat-sen University, Taiwan.
  24. Vago R, Dubinsky Z, Genin A, Ben-Zion M, Kizner Z (1997) Growth rates of three symbiotic corals in the Red Sea. Limnology and Oceanography 42: 1814 -1819.
Agricultural Biotechnology Journal
Volume 1, Issue 2 - Serial Number 2
December 2009
Pages 27-38

Files

Share

How to cite

Statistics