تقویت تولید تاکسول در کشت سوسپانسیون سلولی فندق (Corylus avellana L.) از طریق ترکیب محرک و پیش‌ماده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 دانشیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

3 استادیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

کشف تولید تاکسان‌ها در فندق (Corylus avellana L.) و کشت‌های سلولی آن علایق و امیدهای زیادی را برای مطالعه و کاربرد کشت سوسپانسیون سلولی فندق به‌عنوان یک راهکار زیست‌فناوری برای تولید تاکسول و سایر تاکسان‌ها ایجاد کرده است. در این تحقیق، تأثیر تنظیم‌کننده‌های رشد گیاهی (سطوح مختلف 2,4-D و NAA در ترکیب با Kin و BAP) بر رشد کشت‌های سلولی فندق و تأثیر ترکیب محرک‌ (متیل جاسمونات 100 و 150 میکرومولار، کیتوسان 30 و 60 میلی‌گرم در لیتر و امواج فراصوت 1 و 2 دقیقه) و پیش‌ماده (آمینوبنزوئیک اسید 10 و 20 میلی‌گرم در لیتر و فنیل‌آلانین 1 و 2 میلی‌مولار) بر تولید تاکسول در کشت سوسپانسیون سلولی بررسی شد. نتایج نشان داد که تیمارهای تنظیم‌کننده رشدی، رشد سلول فندق را در کشت سوسپانسیون به‌طور معنی‌داری تحت تأثیر قرار داد. رشد سلول‌ها در محیط کشت MS حاوی یک میلی‌گرم در لیتر 2,4-D و 0.5 میلی‌گرم در لیتر بنزیل آمینوپورین (BAP) و 150 میلی‌گرم در لیتر آسکوربیک اسید در مقایسه با سایر تیمارها به‌طور معنی‌داری بیشتر بود. بین تیمارهای محرک نیز از نظر رشد و زنده‌مانی سلولی، EC و pH محیط کشت و تولید تاکسول اختلاف معنی‌داری وجود داشت. به‌طور کلی، اعمال تیمارهای محرک در مقایسه با تیمار شاهد (بدون محرک)، موجب کاهش تکثیر و رشد سلولی شده ولی میزان تاکسول را به‌طور معنی‌داری افزایش داد. بیشترین مقدار تاکسول (15.27 میلی‌گرم در لیتر) در تیمار دو دقیقه امواج فراصوت و 20 میلی‌گرم در لیتر آمینوبنزوئیک اسید در ریزنمونه بذر بدست آمد که 132.78 برابر بیشتر از مقدار تاکسول در تیمار شاهد بود.

کلیدواژه‌ها


- Bemani, E., Ghanati F., Yousefzadeh Boroujeni, L. and Khatami, F., 2012. Antioxidant activity, total phenolics and taxol contents response of hazel (Corylus avellana L.) cells to benzoic acid and cinnamic acid. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, 40: 69-73.

- Bestoso, F., Ottaggio, L., Armirotti, A., Balbi, A., Damonte, G., Degan, P., Mazzei, M., Cavalli, F., Ledda, B. and Miele, M., 2006. In vitro cell cultures obtained from different explants of Corylus avellana produce taxol and taxanes. BMC Biotechnology, 6: 45.

- Creelman, R.A., Tierney, M.L. and Mullet, J.E., 1992. Jasmonic acid/methyl jasmonate accumulate in wounded soybean hypocotyls and modulate wound gene expression. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 89(11): 4938-4941.

- Cusidó, R.M., Palazónn, J., Bonfill, M., Navia-Osorio, A., Morales, C. and Piñol, M.T., 2002. Improved paclitaxel and baccatin III production in suspension cultures of Taxus media. Biotechnology Progress, 18: 418-423.

- Daud, Z. and Keng, C.L., 2006. Effects of plant growth regulators on the biomass of embryogenic cells of Cyperus aromaticus (Ridly) Mattf and Kukenth. Biotechnology, 5: 75-78.

- DiCosmo, F. and Misawa, M., 1985. Eliciting secondary metabolism in plant cell cultures. Trends in Biotechnology, 3(12): 318-322.

- Falco, M.C., Mendes, B.M.J. and Neto, A.T., 1996. Cell suspension culture of sugarcane: growth, management and plant regeneration. Revista Brasileira de Fisiologia Vegetal, 8(1): 1-6.

- Farjaminezhad, R., Zare, N., Asghari-zakaria, R. and Farjaminezhad, M, 2013. Establishment and optimization of cell growth in suspension culture of Papaver bracteatum: a biotechnology approach for thebaine production. Turkish Journal of Biology, 37: 689-697.

- Frense, D., 2007. Taxanes: perspectives for biotechnological production. Applied Microbiology and Biotechnology, 73: 1233-1240.

- Fritz, V.A., Justen, V.L., Bode, A.M., Schuster, T. and Wang, M., 2010. Glucosinolate enhancement in cabbage induced by jasmonic acid application. Hortscience, 45: 1188-1191.

- Furmanova, M., Oledzka, H., Sykłowska-Baranek, K., Jo´sefowicz, J. and Gieraka, S., 2000. Increased taxane accumulation in callus cultures of Taxus cuspidate and Taxus x media by some elicitors and precursors. Biotechnology Letters, 22(18): 1449-1452.

- Hoffman, A. and Shahidi, F., 2009. Paclitaxel and other taxanes in hazelnut. Journal of Functional Foods, 1:33-37.

- Holton, R.A., Somoza, C., Kim, H.B., Liang, F., Biodiger, R.L., Boatman, P.D., Shindo, M., Smith, C.C. and Kim, S., 1995. The total synthesis of paclitaxel starting with camphor. ACS Symposium Series, 583: 288-301.

- Itokawa, H., 2003. Taxoide occurring in the genus Taxus: 35-78. In: Itokawa, H. and Lee, K.H., (Eds.) Taxus: The Genus Taxus. Taylor & Francis Press, 427p.

- Khalil, S.M. and Elbanna, A.A.M., 2003. Highly efficient somatic embryogenesis and plant regeneration via suspension cultures of banana (Musa spp.). Arab Journal of Biotechnology, 7: 99-110.

- Khosroshahi, A., Valizadeh, M., Ghasempour, A., Khosrowshahli, M., Naghdibadi, H., Dadpour, M.R. and Omidi, Y., 2006. Improved Taxol production by combhnation of inducing factors in suspension cell culture of Taxus baccata. Cell Biology International, 30: 262-269.

- Kim, O.T., Bang, K.H., Kim, Y.C., Hyun. D.Y., Kim, M.Y. and Cha, S.W., 2009. Upregulation of gensenoside and gene expression related to triterpene biosynthesis in ginseng hairy root cultures eliciated by methyl jasmonate. Plant Cell Tissue and Organ Culture, 98: 25-33.

- Kumar, J. and Gupta, P.K., 2008. Molecular approaches for improvement of medicinal and aromatic plants. Plant Biotechnology Reports, 2: 93-112.

- Lansing, A., Haertel, M., Gordon, M. and Floss, H.G., 1991. Biosynthetic studies on taxol. Planta Medica, 57-83.

- Luo, J. and He, G.Y., 2004. Optimization of elicitors and precursors for paclitaxel production in cell suspension culture of Taxus chinensisin the presence of nutrient feeding. Process Biochemistry, 39: 1073-1079.

- Miyamoto, K., Oka, M. and Ueda, J., 1997. Update in the possible mode of action of jasmonates: focus on the metabolism of cell wall polysaccharides in relation to growth and development. Physiologiae Plantarum, 100: 631-638.

- Mueller, M.J., Brodschelm, W., Spannagl, E. and Zenk, M.H., 1993. Signaling in the elicitation process is mediated through the octadecanoid pathway leading to jasmonic acid. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 90: 7490-7494.

- Rahpeyma, S., Moieni, A. and Jalali Javaran, M., 2015. Paclitaxel enhanced in cell suspension cultures of hazelnut (Corylus avellane L.) by a combination of sugar, precursor and elicitor. Engineering in Life Sciences, 15: 234-242.

- Rezaei, A., Ghanati, F. and Behmanesh, M., 2011. Increased taxol production and release by methyl jasmonate, ultrasound, and dibutyl phthalate in hazelnut (Corylus avellana L.) cell culture. Journal of Plant Biology, 7: 55-72.

- Richard, D., Lescot, M., Inze, D. and De Veylder, L., 2002. Effect of auxin, cytokinin, and sucrose on cell cycle gene expression in Arabidopsis thaliana cell suspension cultures. Plant Cell Tissue and Organ Culture, 69: 167-176.

- Rudo, N. and Bongani, K.N., 2010. Mapping and characterization of the sorghum cell suspension cultures. African Journal of Biotechnology, 10(2): 253-266.

- Safari, M., Ghanati, F., Hajnoruzi, A., Rezaei, A., Abdolmaleki, P. and Mokhtari-Dizaji, M., 2012. Maintenance of membrane integrity and increase of taxanes production in hazel (Corylus avellana L.) cells induced by low-intensity ultrasound. Biotechnology Letter, 34: 1137-1147.

- Sato, F., Hashimoto, T. and Hachiya, A., 2001. Metabolic engineering of plant alkaloid biosynthesis. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 98: 367-372.

- Silveira, V., Floh, E.I.S., Handro, W. and Pedro Guerra, M., 2004. Effect of plant growth regulators on the cellular growth and levels of intracellular protein, starch and polyamines in embryogenic suspension cultures of Pinus taeda. Plant Cell Tissue and Organ Culture, 76: 53-60.

- Street, H.E., 1977. Plant Tissue and Cell Culture. Blackwelt, Oxford, 512p.

- Swiatek, A., van Dongen, W., Esmans, E.L. and Van Onckelen, H.A., 2004. Metabolic fate of jasmonates in tobacco bright yellow-2 cells. Plant Physiology, 135: 161-172.

- Wu, J. and Lin, L., 2002. Ultrasound-induced stress responses of Panax ginseng cells: enzymatic browning and phenolics production. Biotechnology Progress, 18: 862-866.

- Wu, J. and Lin, L., 2008. Ultrasound-induced stress responses of Panax ginseng cells: enzymatic browning and phenolics production. Biotechnology Progress, 18: 862-866.

- Zamir, L.O., Nedea, M.E., Belair, S., Sauriol, F., Mamer, O., Jacqmain, E., Jean, F.I. and Garneau, F.X., 1992. Biosynthetic building blocks of Taxus canadiensis taxanes. Tetrahedron Letters, 33: 5235-5236.