بررسی بیان ژن 1-دئوکسی-دی-زایلوز 5-فسفات سنتاز و ژن چند عملکردی TcGLIP در گیاه پیرتروم (Chrysanthemum cinerariaefolium Vis.) در پاسخ به متیل جاسمونات

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد بیوتکنولوژی کشاورزی، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

2 استادیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

3 دانشیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

چکیده

ژن 1-دئوکسی-دی-زایلوز 5-فسفات سنتاز و ژن چند عملکردی GLIP (TcGLIP) دو ژن کلیدی در مسیر بیوسنتزی "پیرترین‌ها" می‌باشند که دارای خاصیت حشره‌کشی می‌باشند. ژن DXS در مسیر MEP با استفاده از پیروات و گلیسر آلدهید 3-فسفات باعث تولید 1-دئوکسی-دی-زایلوز 5-فسفات می‌گردد و ژن TcGLIP نیز در انتهای مسیر بیوسنتزی دخالت می‌کند و مولکول‌های کریزانتمیل کوآ (Chrysanthemyl CoA) و پیرترلون (Pyrethrolone) توسط دو مسیر MEP و لیپوکسی ژناز را به یکدیگر متصل می‌کند و باعث تولید پیرترین نوع 1 می‌شود. با توجه به اهمیت بالای پیرترین‌ها، بررسی و شناخت بیشتر این متابولیت‌ها حائز اهمیت می‌باشد. هدف از این مطالعه، جداسازی ژن DXS در گیاه پیرتروم (Chrysanthemum cinerariaefolium Vis.) از خانواده گل‌ستاره‌ای‌ها و بررسی بیان دو ژن DXS و TcGLIP تحت تیمار متیل جاسمونات بود. در این تحقیق ابتدا توالی‌های نوکلئوتیدی ژن 1-دئوکسی-دی-زایلوز 5-فسفات سنتاز گونه‌های گیاهی مختلف از پایگاه اطلاعاتی NCBI دریافت شد و بعد توالی‌های دریافت شده توسط نرم‌افزار تحت وب ClustalW هم‌ردیف شدند. از هم‌ردیف‌سازی توالی‌های بدست آمده برای این توالی در گیاه پیرتروم آغازگرهای ویژه طراحی و سنتز شد. نتایج واکنش زنجیره‌ای پلیمراز و نتایج توالی‌یابی محصول آن و مشاهده باند با طول bp715 نشان داد که آغازگرهای اختصاصی طراحی شده برای جداسازی ژن DXS کارایی لازم را دارند. همچنین بررسی بیان این دو ژن تحت تیمار متیل جاسمونات، القای بیان این ژن‌ها را تحت تأثیر متیل جاسمونات در مرحله گیاهچه‌ای نشان داد که نشان می‌دهد که متیل جاسمونات می‌تواند به‌عنوان یک الیسیتور مناسب برای افزایش میزان تولید پیرترین‌ها بکار گرفته شود.

کلیدواژه‌ها


- Balusamy, S.R.D., Rahimi, S., Sukweenadhi, J., Kim, Y.J. and Yang, D.C., 2015. Exogenous methyl jasmonate prevents necrosis caused by mechanical wounding and increases terpenoid biosynthesis in Panax ginseng. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 123(2): 341-348.

- Broekaert, W.F., Delauré, S.L., De Bolle, M.F. and Cammue, B.P., 2006. The role of ethylene in host-pathogen interactions. Annual Review of Phytopathology, 44: 393-416.

- Creelman, R.A. and Mullet, J.E., 1995. Jasmonic acid distribution and action in plants: regulation during development and response to biotic and abiotic stress. Proceedings of the National Academy of Sciences, 92(10): 4114-4119.

- Crombie, L., 1995. Chemistry of pyrethrins: 123-193. In: Casida, J.E. and Quistad, G.B., (Eds.). Pyrethrum Flowers: Production, Chemistry, Toxicology, and Uses. Oxford University Press, New York, 384p.

- Donnell, P.J.O., Calvert, C., Atzorn, R. and Wasternack, C.H.M.O., 1996. Ethylene as a signal mediating the wound response of tomato plants. Science, 274(5294): 1914-1917.

- Gandinger, C.B., 1933. Description and history of pyrethrum. Pyrethrum Flowers. Minneapolis. Minesota, McLaughlin Gormley King Compani. 4p.

- Gao, X.P., Wang, X.F., Lu, Y.F., Zhang, L.Y., Shen, Y.Y., Liang, Z. and Zhang, D.P., 2004. Jasmonic acid is involved in the water‐stress‐induced betaine accumulation in pear leaves. Plant, Cell & Environment, 27(4): 497-507.

- Kikuta, Y., Ueda, H., Nakayama, K., Katsuda, Y., Ozawa, R., Takabayashi, J., Hatanaka, A. and Matsuda, K., 2011. Specific regulation of pyrethrin biosynthesis in Chrysanthemum cinerariaefolium by a blend of volatiles emitted from artificially damaged conspecific plants. Plant and Cell Physiology, 52(3): 588-596.

- Kwon, S.J., Jin, H.C., Lee, S., Nam, M.H., Chung, J.H., Kwon, S.I., Ryu, C.M. and Park, O.K., 2009. GDSL lipase‐like 1 regulates systemic resistance associated with ethylene signaling in Arabidopsis. The Plant Journal, 58(2): 235-245.

- Matsuda, K., Kikuta, Y., Haba, A., Nakayama, K., Katsuda, Y., Hatanaka, A. and Komai, K., 2005. Biosynthesis of pyrethrin I in seedlings of Chrysanthemum cinerariaefolium. Phytochemistry, 66(13): 1529-1535.

- Memelink, J., Verpoorte, R. and Kijne, J.W., 2001. ORCAnization of jasmonate-responsive gene expression in alkaloid metabolism. Trends in Plant Science, 6(5): 212-219.

- Mrak, E.M., 1973. Advantages and disadvantages of pyrethrum: 307-311. In Casida, J.E., (Ed.). Pyrethrum: The Natural Insecticide. New York, Academic Press, 347p.

- Mur, L.A.J., Kenton, P., Atzorn, R., Miersch, O. and Wasternack, C., 2006. The outcomes of concentration-specific interactions between salicylate and jasmonate signaling include synergy, antagonism, and oxidative stress leading to cell death. Plant Physiology, 140: 249-262.

- Namdeo, A.G., 2007. Plant cell elicitation for production of secondary metabolites: a review. Pharmacognosy Reviews, 1(1): 69-79.

- Olofsson, L., Engström, A., Lundgren, A. and Brodelius, P.E., 2011. Relative expression of genes of terpene metabolism in different tissues of Artemisia annua L. BMC Plant Biology, 11: 45.

- Park, J.H., Halitschke, R., Kim, H.B., Baldwin, I.T., Feldmann, K.A. and Feyereisen, R., 2002. A knock‐out mutation in allene oxide synthase results in male sterility and defective wound signal transduction in Arabidopsis due to a block in jasmonic acid biosynthesis. The Plant Journal, 31: 1-12.

- Ramakrishna, A. and Ravishankar, G.A., 2011. Influence of abiotic stress signals on secondary metabolites in plants. Plant Signaling & Behavior, 6(11): 1720-1731.

- Rivera, S.B., Swedlund, B.D., King, G.J., Bell, R.N., Hussey, C.E., Shattuck-Eidens, D.M., Wrobel, W.M., Peiser, G.D. and Poulter, C.D., 2001. Chrysanthemyl diphosphate synthase: Isolation of the gene and characterization of the recombinant non-head-to-tail monoterpene synthase from Chrysanthemum cinerariaefolium. Proceedings of the National Academy of Sciences, 98(8): 4373-4378.

- Ruiz-May, E., De-la-Peña, C., Galaz-Ávalos, R.M., Lei, Z., Watson, B.S., Sumner, L.W. and Loyola-Vargas, V.M., 2011. Methyl jasmonate induces ATP biosynthesis deficiency and accumulation of proteins related to secondary metabolism in Catharanthus roseus (L.) G. hairy roots. Plant and Cell Physiology, 52(8): 1401-1421.

- Soderlund, D.M. and Knipple, D.C., 2003. The molecular biology of knockdown resistance to pyrethroid insecticides. Insect Biochemistry and Molecular Biology, 33(6): 563-577.

- Tamogami, S., Rakwal, R. and Agrawal, G.K., 2008. Interplant communication: airborne methyl jasmonate is essentially converted into JA and JA-Ile activating jasmonate signaling pathway and VOCs emission. Biochemical and Biophysical Research Communications, 376(4): 723-727.

- Wasternack, C. and Parthier, B., 1997. Jasmonate-signalled plant gene expression. Trends in plant Science, 2: 302-307.

- Xu, Y.I., Chang, P.F.L., Liu, D., Narasimhan, M.L., Raghothama, K.G., Hasegawa, P.M. and Bressan, R.A., 1994. Plant defense genes are synergistically induced by ethylene and methyl jasmonate. The Plant Cell, 6: 1077-1085.

- Yang, D., Ma, P., Liang, X., Wei, Z., Liang, Z., Liu, Y. and Liu, F., 2012. PEG and ABA trigger methyl jasmonate accumulation to induce the MEP pathway and increase tanshinone production in Salvia miltiorrhiza hairy roots. Physiologia Plantarum, 146: 173-183.

- Zhao, J., Davis, L.C. and Verpoorte, R., 2005. Elicitor signal transduction leading to production of plant secondary metabolites. Biotechnology Advances, 23: 283-333.

- Zhou, M.L., Zhu, X.M., Shao, J.R., Wu, Y.M. and Tang, Y.X., 2010. Transcriptional response of the catharanthine biosynthesis pathway to methyl jasmonate/nitric oxide elicitation in Catharanthus roseus hairy root culture. Applied Microbiology and Biotechnology, 88: 737-750.