بهینه‌سازی القاء و تثبیت کشت ریشه‌های مویین Teucrium chamaedrys L.

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، بیوتکنولوژی کشاورزی، گروه اصلاح و بیوتکنولوژی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ایران

2 استادیار، بیوتکنولوژی کشاورزی، گروه اصلاح و بیوتکنولوژی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ایران

3 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد بیوتکنولوژی کشاورزی، گروه اصلاح و بیوتکنولوژی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ایران

چکیده

در این مطالعه، اثر دو روش تلقیح (شناورسازی و اسپری) و دو سویه Agrobacterium rhizogenes (A13 و GMI9534) برای القاء ریشه‌های مویین روی ریزنمونه‌های مختلف (هیپوکوتیل، کوتیلدون، برگ و گره ساقه Teucrium chamaedrys L. بررسی شد. سویه GMI9534 نتوانست در هیچ‌یک از ریزنمونه‌ها ریشه مویین القاء کند، در حالیکه سویه A13 فقط قادر به القاء ریشه‌های مویین روی ریزنمونه‌های برگ و گره ساقه بود. البته روش تلقیح شناورسازی، با فراوانی بالای القای ریشه مویین (بیش از 3/73%)، بسیار موفقیت‌آمیز بود و ریزنمونه‌های برگ بالاترین فراوانی القاء (3/83%) را نشان دادند. لاین‌های ریشه مویین تراریخته به‌وسیله آنالیز PCR با استفاده از آغازگرهای اختصاصی ژن‌های rolA و rolB تأیید شدند. 20 لاین ریشه مویین مستقل از هم، کشت شده روی محیط کشت MS جامد عاری از تنظیم‌کننده رشد، تفاوت معنی‌داری از نظر طول کلی و انشعاب‌دهی ریشه داشتند. این متغیر‌ها در تمام واکشت‌ها پایدار بودند، از این‌رو 7 لاین ریشه مویین براساس این خصوصیات رشدی انتخاب شدند. متعاقباً، کشت‌هایی از لاین‌های انتخاب شده در محیط کشت MS مایع نصف غلظت برای پیگیری میزان تولید زیست‌توده در یک دوره کشت 90 روزه فراهم شد. بین لاین‌ها تنوع قابل توجهی از نظر ظرفیت رشدی مشاهده شد. لاین TC-HR-16 بیشترین مقدار زیست‌توده تر (9100 میلی‌گرم در هر 30 میلی‌لیتر محیط کشت) را با 455 برابر افزایش نسبت به مایع تلقیح اولیه در طی دوره کشت 10 هفته‌ای تولید کرد. لاین‌های  ریشه مویین با خصوصیات عالی حاصل از این مطالعه می‌توانند برای بهبود تولید متابولیت‌های ثانویه باارزش دارویی  Teucrium chamaedrys L. استفاده شوند.

کلیدواژه‌ها


- Ahmadi Moghadam, Y., Piri, Kh., Bahramnejad, B. and Habibi, P., 2013. Methyl jasmonate and salicylic acid effects on the dopamine production in hairy cultures of Portulaca oleracea (Purslan). Bulletin of Environment, Pharmacology and Life Science, 2(6): 86-94.

- Alpizar, E., Dechamp, E., Lapeyre-Montes, F., Guilhaumon, C., Bertrand, B., Jourdan, C., Lashermes, P. and Etienne, H. 2008. Agrobacterium rhizogenes-transformed roots of coffee (Coffea arabica): conditions for long-term proliferation, and morphological and molecular characterization. Annals of Botany, 101(7): 929-940.

- Bagci, E., Yazgin, A., Hayta, S. and Cakilcioglu, U., 2010. Composition of the essential oil of Teucrium Chamaedrys L. (Lamiaceae) from Turkey. Journal of Medicinal Plants Research, 4(23): 2588-2589.

- Bensaddek, L., Villarreal, M.L. and Fliniaux, M.A., 2008. Induction and growth of hairy roots for the production of medicinal compounds. Electronic Journal of Integrative Biosciences, 3(1): 2-9.

- Camilleri, C. and Jouanin, L., 1991. The TR-DNA region carrying the auxin synthesis genes of the Agrobacterium rhizogenes agropine-type plasmid pRiA4: nucleotide sequence analysis and introduction into tobacco plants. Molecular Plant-Microbe Interactions, 4: 155-162.

- Cho, H.J., Widholm, J.M., Tanaka, N., Nakanishi, Y. and Murooka, Y., 1998. Agrobacterium rhizogenes-mediated transformation and regeneration of the legume Astragalus Sinicus (Chinese milk). Plant Science, 138: 53-65.

- Doyle, J.J. and Doyle, J.L., 1990. Isolation of plant DNA from fresh tissue. Focus, 12: 13-15.

- Filippini, F., Lo Schiavo, F., Terzi, M., Costantino, P. and Trovato, M., 1994. The plant oncogene rolB alters binding of auxin to plant cell membranes. Plant Cell Physiology, 35: 767-771.

- Gupta, S.K., Liu, R.B., Liaw, S.Y., Chan, H.S. and Tsay, H.S., 2011. Enhanced tanshinone production in hairy roots of ‘Salvia miltiorrhiza Bunge’ under the influence of plant growth regulators in liquid culture. Botanical Study, 52(4): 435-443.

- Hasanloo, T., Rezazadeh, S. and Rahnama, H., 2008. Hairy root source for the production of valuable pharmaceutical compounds, Medicinal Plants, 29: 1-17.

- Hu, Z.B. and Du, M., 2006. Hairy root and its application in plant genetic engineering. Journal of Integrative Plant Biology, 48(2): 121-127.

- Kazemizadeh, Z. and Heidari Rikan, M., 2009. Investigation of chemical composition of essential oil of flowering branches of Teucrium chamaedrys L. subsp. Chamaedrys from Marmishoo valley, Urmia, http://www.azaranrc.com.

- Kim, Y.K., Li, X., Xu, H., Park, N.I., Uddin, M.R., Pyon, J.Y. and Park, S.U., 2009. Production of phenolic compounds in hairy root culture of tartary buckwheat (Fagopyrum tataricum Gaertn). Journal of Crop Science and Biotechnology, 12: 53-57.

- Lin, H.W., Kwok, K.H. and Doran, P.M., 2003. Development of Linum flavum hairy root cultures for production of coniferin. Biotechnology Letters, 25: 521-525.

- Lourenco, P.M.L., Castro, S.D., Martins, T.M., Clemente, A. and Domingos, A., 2002. Growth and proteolytic activity of hairy roots from Centaurea calcitrapa: effect of nitrogen and sucrose. Enzyme and Microbial Technology, 31: 242-249.

- Mathur, A., Ganwar, A., Mathur, A.K., Verma, P., Uniyal, G.C. and Lal, R.K., 2010. Growth kinetics and ginsenosides production in transformed hairy roots of American ginseng-Panax quinquefolium L. Biotechnolgy Letters, 32: 457-461.

- Md Setamam, N., Jaafar Sidik, N., Abdul Rahman, Z. and Che Mohd Zain, C.R., 2014. Induction of hairy roots by various strains of Agrobacterium rhizogenes in different types of Capsicum species explants. BMC Research Notes, 7: 414.

- Morteza-Semnani, K., Akbarzadeh, M. and Rostami, B., 2005. The essential oil composition of Teucrium Chamaedrys L. from Iran, Flavour and Fragrance Journal, 20: 544-546.

- Muselli, A., Desjobert, J.M., Paolini, J., Bernardini, A.F., Costa, J., Rosa, A. and Dessi, M.A., 2009. Chemical Composition of the essential oil of Teucrium Chamaedrys L. from Corsica and Sardinia. Journal of Essential Oil Research, 21(2): 138-143.

- Nader, B.L., Taketa, A.T., Pereda-Miranda, R. and Villarreal, M.L., 2006. Production of triterpenoids in liquid-cultivated hairy roots of Galphimia glauca. Planta Medica, 72: 842-844.

- Ooi, C.T., Syahida, A., Stanslas, J. and Maziah, M., 2013. Efficiency of different Agrobacterium rhizogenes strains on hairy root induction in Solanum mammosum. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 29: 421-430.

- Park, S.U., Li, X., Eom, S.H., Lee, C.Y. and Lee, S.Y., 2010. E-P-Methoxycinnamic acid production in hairy root cultures of Scrophularia buergeriana miquel. Archives of Biological Sciences, 62:
649-652.

- Porter, J.R., 1991. Host range and implications of plant infections by Agrobacterium rhizogenes. Critical Reviews in Plant Sciences, 10: 387-421.

- Rechinger, K.H., 1982. Teucrium L.: 23-44. In: Rechinger, K.H., (Ed.). Flora Iranica. Akademische Druck und Verlagsanstalt, Wienna, 597p.

- Sadeghi, H., Jamalpoorb, S. and Shirzadib, M.H., 2014. Variability in essential oil of Teucrium polium L. of different latitudinal populations. Industrial Crops and Products, 54: 130-134.

- Samadi, A., Carapetian, J., Heidary, R., Jafari, M. and Hssanzadeh, A., 2012. Hairy root induction in Linum mucronatum ssp. an anti-tumor lignans production plant. Nothlae Botanicae Hortiagrobatanici Cluj-Napaca, 40(1): 125-131.

- Sivakumar, G., Yu, K.W. and Paek, K.Y., 2005. Production of biomass and ginsenoides from adventitious roots of Panax ginseng in bioreactor cultures. Engineering in Life Sciences, 5(4): 333-342.

- Soleimani, T., Keyhanfar, M., Piri, K. and Hasanloo, T., 2012. Morphological evaluation of hairy roots induced in Artemisia annua L. and investigating elicitation effects on the hairy roots biomass production. International Journal of Agriculture: Research and Review, 2: 1005-1013.

- Stankovic, M.S., Curcic, M.G., Zizic, J.B., Topuzovic, M.D., Solujic, S.R. and Markovic, S.D., 2011. Teucrium plant species as natural sources of novel anticancer compounds: antiproliferative, proapoptotic and antioxidant properties. International Journal of Molecular Science, 12: 4190-4205.

- Suza, W., Harris, R.S. and Lorence, A., 2008. Hairy Roots: From high-value metabolite production to phytoremediation. Electronic Journal of Integrative Biosciences, 3(1): 57-65.

- Torkamani, M.R., Jafari, M., Abaspour, N., Heidary R. and Safaie, N., 2014. Enhanced production of velerenic acid in hairy root culture of Valeriana officinalis by elicitation. Central European Journal of Biology, 9: 853-863.

- Udomsuka, L., Jarukamjorna, K., Tanakab, H. and Putaluna, W., 2009. Isoflavonoid production in a hairy roots culture of Pueraria candollei. Zeitschrift für Naturforschung, 64: 687-691.

- Veena, V. and Taylor, C.G., 2007. Agrobacterium rhizogenes: recent developments and promising applications. In Vitro Cell Developmental Biology-Plant, 43: 383-403.

- Wang, B., Zhang, G., Zhu, L., Chen, L. and Zhang, Y. 2006. Genetic transformation of Echinacea purpurea with Agrobacterium rhizogenes and bioactive ingredient analysis in transformed cultures. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 53: 101-104.

- Welander, M. and Zhu, L.H., 2006. Rol genes: molecular biology, physiology, morphology, breeding uses: 79-97. In: Janick, J., (Eds.). Plant Breeding Reviews, Wiley, NewYork, 394p.

- Yoshimatsu, K., Sudo, H., Kamada, H., Kiuchi, F., Kikuchi, Y., Sawada, J. and Shimomura, K. 2004. Tropane alkaloid production and shoot regeneration in hairy and adventitious root cultures of Duboisia myoporoides-D. leichhardtii hybrid. Biological and Pharmaceutical Bulletin, 27: 1261-1265.