تأثیر عصاره مخمر بر فعالیت آنتی‌اکسیدانی و تولید آلکالوئیدهای تروپانی در کشت ریشه‌های موئین بذر‌البنج مشبک (Hyoscyamus reticulatus L.)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ایران

2 دانشیار، گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ایران

3 استادیار، پژوهشکده گیاهان دارویی، واحد اردبیل، دانشگاه آزاد اسلامی اردبیل، ایران

4 استادیار، گروه بیوتکنولوژی دارویی، دانشکده داروسازی، دانشگاه علوم پزشکی زنجان، ایران

چکیده

گونه‌های بنگ‌دانه (هیوسیاموس) ازجمله بذرالبنج مشبک (Hyoscyamus reticulatus L.) منابع غنی آلکالوئیدهای تروپانی، عمدتاً هیوسیامین و اسکوپولامین می‌باشند که به‌دلیل اثرات گشاد کردن مردمک چشم، ضد اسپاسم، آنتی‌کولینرژیک، آرام‌بخش و مسکن مورد استفاده قرار می‌گیرند. به‌دلیل ساختار شیمیایی پیچیده، این آلکالوئیدها از منابع طبیعی به‌طور عمده گیاهان تیره سیب‌زمینی بدست می‌آیند. القاء مسیرهای بیوسنتزی متابولیت‌های ثانویه به‌وسیله محرک‌های مختلف، راهکار مؤثری برای افزایش تولید و بهره‌وری متابولیت‌های ثانویه می‌باشد. در این پژوهش، به‌منظور افزایش تولید آلکالوئیدهای تروپانی، از ریشه موئین بدست آمده از ریزنمونه‌های کوتیلدونی تراریخت شده با سویه A7 اگروباکتریوم رایزوژنز استفاده گردید. این آزمایش در قالب فاکتوریل شامل فاکتور اول، غلظت‌های مختلف عصاره مخمر (صفر، 125، 250، 500 و 1000 میلی‌گرم بر لیتر) و فاکتور دوم، زمان‌های مختلف تیمار (24، 48 و 72 ساعت) و هر تیمار در سه تکرار انجام گردید. مطابق نتایج بدست آمده، به‌ترتیب بیشترین میزان هیوسیامین (2 برابر) و اسکوپولامین (2.5 برابر بیشتر از شاهد)، در اثر تیمار با غلظت‌های 500 و 250 میلی‌گرم بر لیتر عصاره مخمر در مدت زمان 48 ساعت تحریک‌زایی بدست آمد. نتایج نشان داد، تیمار با غلظت‌های مختلف عصاره مخمر و نیز افزایش مدت زمان تیمار منجر به کاهش معنی‌دار رشد ریشه‌‌های موئین در مقایسه با کشت‌های شاهد گردید. همچنین فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدانی شامل کاتالاز، گایاکول پراکسیداز و آسکوربات پراکسیداز در ریشه‌های موئین تیمار شده، در مقایسه با شاهد بیشتر بود. براساس نتایج، چنین استنباط می‌شود که تهییج با عصاره مخمر، منجر به القاء تنش اکسیداتیو شده است. نتایج حاصل از این پژوهش پیشنهاد می‌کند که عصاره مخمر می‌تواند به‌عنوان محرکی مؤثر برای افزایش تولید متابولیت‌های ثانویه گیاهی ازجمله آلکالوئیدهای تروپانی در زیست‌‌فناوری گیاهی مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


- Ajungla, L., Patil, P.P., Barmukh, R.B. and Nikam, T.D., 2009. Influence of biotic and abiotic elicitors on accumulation of hyoscyamine and scopolamine in root cultures of Datura metel L. Indian Journal of Biotechnology, 8: 317-322.

- Arastefar, A., Riahi-Madvar, A., Tohid Far, M. and Yousefi, K., 2013. Investigation of the effects of yeast extract on isoflavone synthase gene expression and some biochemical parameters in Glycine max seedlings. Journal of Agricultural Biotechnology, 5(3): 1-18.

- Bais, H.P., Walker, T.S., Schwelzer, H.P. and Vivanco, J.M., 2002. Root specific elicitation and antimicrobial activity of rosmarinic acid in hairy root cultures of Ocimum basilicum. Plant Physiology and Biochemistry, 40: 983-995.

- Chen, G.X. and Asada, K., 1989. Ascorbate peroxidase in tea leaves: occurrence of two isozymes and the differences in their enzymatic and molecular properties. Plant and Cell Physiology, 30: 987-998.

- Chen, H., Chen, F., Chiu, F.C. and Lo, C.M.Y., 2001. The effect of yeast elicitor on the growth and secondary metabolism of hairy root cultures of Salvia miltiorrhiza. Enzyme and Microbial Technology, 28: 100-105.

- Chiou, A., Karathanos, V.T., Mylona, A., Salta, F.N., Preventi, F. and Andrikopoulos, N.K., 2007. Currants (Vitis vinifera) content of simple phenolics an antioxidant activity. Food Chemistry, 102(2): 516-522.

- El-Nabarawy, M.A., El-Kafafi, S.H., Hamza, M.A. and Omar, M.A., 2015. The effect of some factors on stimulating the growth and production of active substances in Zingiber officinale callus cultures. Annals of Agricultural Science, http://dx.doi.org/10.1016/j.aoas.2014.11.020

- Goel, M.K., Mehrotra, S. and Kukreja, A.K., 2011. Elicitor-induced cellular and molecular events are responsible for productivity enhancement in hairy root cultures: an insight study. Applied Biochemistry and Biotechnology, 165: 1342-1355.

- Hakobyan, L., Gabrielyan, L. and Trchounian, A., 2012. Yeast extract as an effective nitrogen source stimulating cell growth and enhancing hydrogen photoproduction by Rhodobacter sphaeroides strains from mineral springs. International Journal of Hydrogen Energy, 37(8): 6519-6526.

- Halliwell, B., 1999. Antioxidant defense mechanism from the beginning to the end. Free Radical Research, 31: 261-272.

- Hasanloo, T., Rezazadeh, S. and Rahnama, H., 2009. Hairy roots as a source for production of valuable pharmaceutical materials. Journal of Medicinal Plants, 4(29): 1-17.

- Hong, M.L.K., Bhatt, A., Ping, N.S. and Keng, C.L., 2012. Detection of elicitation effect on Hyoscyamus niger L. root cultures for the root growth and production of tropane alkaloids. Romanian Biotechnological Letters, 17(3): 7340-7351.

- Ionkova, I., 2002. In vitro culture and the production of secondary metabolites in Hyoscyamus reticulatus L.: 75-95. In: Nagata, T. and Ebizuka, Y., (Eds.). Medicinal and Aromatic Plants XII. Biotechnology in Agriculture and Forestry, 348p.

- Javanmardi, S., Fotovat, R. and Saba, J., 2010. Relationship between osmotic adjustment with soluble carbohydrates and proline and role of osmotic adjustment in grain yield of wheat lines under drought stress. Journal of Sciences and Technology of Agriculture and Natural Resources, 14(53): 65-73.

- Kamada, H., Okamura, N., Satake, M., Harada, H. and Shimomura, K., 1986. Alkaloid production by hairy root cultures in Atropa belladonna Plant. Cell Reports, 5: 239-242.

- Kang, H.M. and Saltveit, M.E., 2002. Chilling tolerance of maize, cucumber and rice seedling leaves and roots are differentially affected by salicylic acid. Physiologia Plantarum, 115: 571-576.

- Khan, S., Irfan, Q.M., Kamaluddin, A.T. and Abdin, M.Z., 2007. Protocol for isolation of genomic DNA from dry and fresh roots of medicinal plants suitable for RAPD and restriction digestion. African Journal of Biotechnology, 6: 175-178.

- Li, B., Wang, B., Li, H., Peng, L., Ru, M., Liang, Z., Yan, X. and Zhu, Y., 2015. Establishment of Salvia castanea Diels f. tomentosa Stib. hairy root cultures and the promotion of tanshinone accumulation and gene expression with Ag+, methyl jasmonate, and yeast extract elicitation. Protoplasma, 9: 790-804.

- Maehly, A.C. and Chance, B., 1959. The assay of catalase and peroxidase: 357-424. In: Glick, D., (Ed.). Methods of Biochemical Analysis (Vol. 1). John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, 532p.

- Mittler, R., Vanderauwera, S., Suzuki, N., Miller, G., Tognetti, V.B., Vandepoele, K., Gollery, M., Shulaev, V. and Van Breusegem, F., 2011. ROS signaling: the new wave? Trends in Plant Science, 16: 300-309.

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

- Palazon, J., Navarro-Ocana, A., Hernandez-Vazquez, L. and Mirjalili, M.H., 2008. Application of Metabolic Engineering to the Production of Scopolamine. Molecules, 13: 1722-1742.

- Pinol Teresa, M., Palazon, J., Cusido, R.M. and Ribo, M., 1999. Influence of calcium ion-concentration in the medium on tropane alkaloid accumulation in Datura stramonium hairy root. Plant Science, 141: 41-49.

- Pirian, K. and Piri, K., 2013. Influence of yeast extract as a biotic elicitor on noradrenaline production in hairy root culture of Portulaca oleracea L. International Journal of Agronomy and Plant Production, 4(11): 2960-2964.

- Raomai, S., Kumaria, S., Kehie, M. and Tandon, P., 2015. Plantlet regeneration of Paris polyphylla Sm. via thin cell layer culture and enhancement of steroidal saponins in mini-rhizome cultures using elicitors. Plant Growth Regulation, 75(1): 341-353.

- Savitha, B.C., Thimmaraju, R., Bhagyalakshmi, N. and Ravishankar, G.A., 2006. Different biotic and abiotic elicitors influence betalain production in hairy root cultures of Beta vulgaris in shake-flask and bioreactor. Process Biotechnology, 41: 50-60.

- Seidel, V., Windhovel, J., Eaton, G., Alfermann, A.W., Arroo, R.R.J., Medarde, M., Petersen, M. and Wolley, J.G., 2002. Biosynthesis of podophyllotoxin in Linum album cell cultures. Planta, 215: 1013-1039.

- Shad, V. and Deepa, M.A., 2015. Elicitation, biovonversion and quantification of berberine from Cissampelos pariera callus cultures. International Journal of Pharmaceutical Sciences and Research, 6(6): 2636-2640.

- Srivastava, S. and Srivastava, A.K., 2013. Effect of elicitors and precursors on azadirachtin production in hairy root culture of azadirachta indica. Applied Biochemistry and Biotechnology, 6: 664-676.

- Suzuki, T., Mori, H., Yamame, T. and Shimuzu, S., 1985. Automatic supplementation of minerals in fed-batch culture to high cell mass concentration. Biotechnology and Bioengineering, 27: 192-201.

- Udomsuk, L., Jarukamjorn, K., Tanaka, H. and Putalun, W., 2011. Improved isoflavonoid production in Pueraria candollei hairy root cultures using elicitation. Biotechnology Letters, 33: 369-374.

- Upadhyaya, A., Sankhla, D., Davis, T.D., Sankhla, N. and Smith, B.N., 1985. Effect of paclobutrazol on the activities of some enzymes of activated oxygen metabolism and lipid peroxidation in senescing soybean leaves. Journal of Plant Physiology, 121: 453-461.

- Vranova, E., Inze, D. and Van Breusegem, F., 2002. Signal transduction during oxidative stress. Journal of Experimental Botany, 53: 1227-1236.

- Wu, J.Y. and Shi, M., 2008. Ultrahigh diterpenoid tanshinone production through repeated osmotic stress and elicitor stimulation in fed-batch culture of Salvia miltiorrhiza hairy roots. Applied Microbiology and Biotechnology, 78(3): 441-448.

- Zaker, A., Sykora, C., Gössnitzer, F., Abrishamchi, P., Asili, J., Mousavi, S.H. and Wawrosch, C., 2015. Effects of some elicitors on tanshinone production in adventitiousroot cultures of Perovskia abrotanoides Karel. Industrial Crops and Products, 67: 97-102.

- Zayed, R. and Wink, M., 2004. Induction of tropane alkaloid formation in transformed root cultures of Brugmansia suaveolens (Solanaceae). Zeitschrift für Naturforschung, 59: 863-867.

- Zhang, H.C., Liu, J.M., Lu, H.Y. and Gao, S.L., 2009. Enhanced flavonoid production in hairy root cultures of Glycyrrhiza uralensis Fisch by combining the over-expression of chalcone isomerase gene with the elicitation treatment. Plant Cell Reports, 28: 1205-1213.