همکاری با انجمن علمی گیاهان دارویی ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه ژنتیک و تولید گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ولی عصر (عج) رفسنجان، رفسنجان، ایران

10.22092/ijmapr.2023.363123.3353

چکیده

سابقه و هدف: در سال‌های اخیر گیاه دارویی گزنه (Urtica dioica L.) به‌دلیل تأثیرگذاری قابل توجه بر بسیاری از بیماری‌ها به‌ویژه بیماری دیابت مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. باوجوداین، تحقیقات کمی در زمینه کشت بافت و تأثیر الیسیتورها بر خصوصیات آنتی‌اکسیدانی و تولید متابولیت‌های ثانویه آن انجام شده است. این پژوهش با هدف بررسی بهترین ترکیب هورمونی و شرایط نوری مؤثر بر کالوس‌زایی گزنه و تأثیر الیسیتور متیل جاسمونات بر ویژگی‌های بیوشمیایی آن انجام شد.
مواد و روش‌ها: برای این منظور با استفاده از ریزنمونه ساقه، اثر سطوح مختلف هورمون‌های اکسین نفتالین استیک اسید (1.5 و 3 میلی‌گرم بر لیتر) و 2 و4-دی کلروفنوکسی استیک اسید (2,4-D) (0.5 و 1.5 میلی‌گرم بر لیتر) و سیتوکینین بنزیل آمینوپورین (0.5 و 1.5 میلی‌گرم بر لیتر) در دو شرایط نوری (روشنایی و تاریکی) با اندازه‌گیری وزن تر، وزن خشک و درصد کالوس‌زایی بررسی شد. با استفاده از کشت مایع، منحنی رشد کالوس گیاه گزنه بدست آمد. پس از راه‌اندازی کشت تعلیقی، تیمار متیل جاسمونات با سه سطح 1، 0.1 و 0.01 میلی‌مولار اعمال شد و در زمان‌های 24، 48 و 96 ساعت نمونه‌برداری انجام شد. فعالیت آنزیم‌های فنیل‌آلانین آمونیالیاز، پلی‌فنل اکسیداز و محتوای پروتئین کل با عصاره‌گیری در بافر Tris-HCl 50 میلی‌مولار با اسیدیته 8/8 و محتوای فنل کل، فلاونویید کل با استخراج در متانول 80% با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتری و روش‌های استاندارد برای نمونه‌های شاهد و تحت تیمارهای مختلف متیل جاسمونات اندازه‌گیری شد. همچنین میزان سه متابولیت کوئرستین، کامفرول و روتین با استفاده از دستگاه HPLC دارای آشکارساز UV و فاز ثابت ستون C18 اندازه‌گیری شد. تجزیه داده‌های آزمایش کالوس‌زایی براساس آزمایش دو عاملی در قالب طرح کاملاً تصادفی و داده‌های آزمایش بیوشیمیایی و HPLC در قالب طرح خرد شده در زمان انجام شد و مقایسه میانگین‌ها با آزمون دانکن انجام گردید.
نتایج: براساس نتایج، بهترین ترکیب هورمونی برای تولید وزن تر و خشک در شرایط روشنایی، شامل 1.5 میلی‌گرم بر لیتر نفتالین استیک اسید و 1.5 میلی‌گرم بر لیتر بنزیل آمینو پورین و در شرایط تاریکی شامل 1.5 میلی‌گرم بر لیتر نفتالین استیک اسید و 0.5 میلی‌گرم بر لیتر بنزیل آمینو پورین بود. همچنین با توجه به نتایج، نفتالین استیک اسید (62.5%) نسبت به 2,4-D (43.5%) عملکرد بهتری در درصد کالوس‌زایی گزنه نشان داد. روشنایی به‌عنوان بهترین شرایط نوری برای کالوس‌زایی در گزنه تعیین شد، به‌طوری که میزان وزن تر، وزن خشک و درصد کالوس‌زایی در روشنایی نسبت به تاریکی به‌ترتیب افزایش 4.79، 4.91 و 1.92 برابری داشت. افزایش در فعالیت آنزیم پلی‌فنل اکسیداز، فنل کل و پروتئین کل در بعضی نمونه‌های تحت تیمار متیل جاسمونات نسبت به شاهد دیده شد و در فعالیت آنزیم فنیل‌آلانین آمونیالیاز و محتوای فلاونویید کل تغییر معنی‌داری مشاهده نشد. براساس نتایج HPLC بیشترین میزان متابولیت روتین در زمان 96 ساعت پس از افزودن الیسیتور و در غلظت 0.01 میلی‌مولار متیل جاسمونات بدست آمد.
نتیجه‌گیری: هورمون نفتالین‌استیک‌اسید نسبت به هورمون 2,4-D و شرایط روشنایی نسبت به تاریکی در کالوس‌زایی گزنه مؤثرتر واقع شد. الیسیتور متیل جاسمونات باعت افزایش خاصیت آنتی‌اکسیدانی گزنه (48 ساعت پس از تیمار) به‌وسیله افزایش فعالیت آنزیم پلی‌فنل اکسیداز شد ولی اثر معنی‌داری در تغییر فعالیت آنزیم فنیل‌آلانین آمونیالیاز و فلاونویید کل نسبت به شاهد نداشت. بنابراین پیشنهاد می‌شود غلظت‌های دیگر متیل جاسمونات به‌منظور رسیدن به شرایط بهینه برای افزایش تولید متابولیت‌های ثانویه در شرایط کشت درون شیشه گزنه بررسی شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

- Adhikari, S.R. and Pant, B., 2013. Induction and proliferation of in vitro mass of callus of Withania somnifera (L.) Dunal. Research in Plant Sciences, 1(3): 58-61.
- Agarwal, S. and Pandey, V., 2004. Antioxidant enzyme responses to NaCl stress in Cassia angustifolia. Biologia Plantarum, 48(4): 555-560.
- Alirezalo, A., malekzadeh, M., Babaei, A. and Kosravi, H., 2011. The effect of different hormonal treatments on the callus formation of the leaves of the medicinal plant Catharanthus roseus L. and the evaluation of the amount of callus alkaloid. Medicinal Plant National Congress, Sari, Iran, 2-4 March.
- Al-Rifai, A.A., Aqel, A., Awaad, A. and Alothman, Z.A., 2015. Analysis of Quercetin and Kaempferol in an Alcoholic Extract of Convolvulus pilosellifolius using HPLC. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 46(11): 1411-1418.
- Asgarpanah, J. and Mohajerani, R., 2012. Phytochemistry and pharmacologic properties of Urtica dioica L. Journal of Medicinal Plants Research, 6(46): 5714-5719.
- Babashpour-Asl, M., Baleghi, M., Sajadi, P. and Golalipour, M.J., 2014. Different Aspects and Results of Modern Studies of Urtica Dioica: A Review. Journal of Babol University of Medical Sciences, 16(3): 47-54.
- Bradford, M.M., 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry, 72(1-2): 248-254.
- Brouki Milan, E., Abdollahi Mandoulakani, B. and Kheradmand, F., 2014. The effect of methyl jasmonate on the activity of poly phenol oxidase and phenil alanin amonia lyase enzymes in basil (Ocimum basilicum L.). 13th Iranian Crop Sciences Congress & 3rd Iranian Seed Science and Technology Conference. Karaj, Iran, 24-26 August, Conference Hall Research institute for improvement and preparation of seedlings and seeds: 1-4.
- Cao, S., Zheng, Y., Wang, K., Rui, H. and Tang, S., 2010. Effect of methyl jasmonate on cell wall modification of loquat fruit in relation to chilling injury after harvest. Food Chemistry, 118(3): 641-647.
- Chaoui, A., Mazhoudi, S., Ghorbal, M.H. and El Ferjani, E., 1997. Cadmium and zinc induction of lipid peroxidation and effects on antioxidant enzyme activities in bean (Phaseolus vulgaris L.). Plant Science, 127(2): 139-147.‏
- Colins, G.B., Vian, W.E. and Phillips, G.C., 1978. Use of 4-Amino-3, 5, 6-trichloropicolinic Acid as an Auxin Source in Plant Tissue Cultures. Crop Science, 18(2): 286-288.
- Dar, S.A., Nawchoo, I.A., Tyub, S. and Kamili, A.N., 2021. Effect of plant growth regulators on in vitro induction and maintenance of callus from leaf and root explants of Atropa acuminata Royal ex Lindl. Biotechnology Report: 32: 1-5.
- El Haouari, M. and Rosado, J.A., 2019. Phytochemical, anti-diabetic and cardiovascular properties of Urtica dioica L. (Urticaceae): A Review. Mini Reviews in Medicinal Chemistry, 19(1): 63-71.
- Farooq, M.A., Gill, R.A., Islam, F., Ali, B., Liu, H., Xu, J., He, S. and Zhou, W., 2016. Methyl jasmonate regulates antioxidant defense and suppresses arsenic uptake in Brassica napus L. Frontiers in Plant Science, 7(468): 1-16.
- Fazili, M.A., Bashir, I., Ahmad, M., Yaqoob, U. and Geelani, S.N., 2022. In vitro strategies for the enhancement of secondary metabolite production in plants: a review. Bulletin of the National Research Centre, 46(1): 1-12.
- Friis, I., 1993. Urticaceae. 612-613, In: Kubitzki, K., Rohwer, J.G. and Bittrich, V. (eds.), The Families and Genera of Vascular Plants. Springer, Berlin, Heidelberg, 478p.
- Ghanati, F., Bakhtiyarian, S. and Abdolmaleki, P., 2010. Effects of methyl jasmonate on the secondary metabolites of Calendula officinalis L. Modares Journal of Biotechnology, 1(1): 21-33.
- Gopi, C. and Vatsala, T.M., 2006. In vitro studies on effects of plant growth regulators on callus and suspension culture biomass yield from Gymnema sylvestre R. Br. African Journal of Biotechnology, 5(12): 1215-1219.
- Guan, Y., Hu, W., Jiang, A., Xu, Y., Sa, R., Feng, K., Zhao, M., Yu, J., Ji, Y., Hou, M. and Yang, X., 2019. Effect of Methyl Jasmonate on Phenolic Accumulation in Wounded Broccoli. Molecules, 24(19): 3537.
- Hashemyan, M., Ganjeali, A. and Cheniany, M., 2020. Effect of Methyl Jasmonate and Salicylic Acid Elicitors on the Production of Secondary Metabolites and Antioxidant Capacity of Teucrium polium L. in-vitro. Iranian Journal of Plant Biology, 12(2): 61-76.
- Jaimand, K., Rezaee, M.B., Asareh, M.H., Tabaei Aghdaei, S.R. and Meshkizadeh, S., 2010. Extraction and determination of Kaempferol and Quercetin in petals of 10 genotypes of Rosa damascena Mill. from western Iran. Iranian Journal of Medicinal and Aromatic Plants, 25(4): 547-555.
- Ketabchi, S., Majzoob, Sh. and Charegani, H.A., 2015. Effect of salicylic acid and methyl jasmonate on phenylalanine ammonia-lyase activity and total phenol in wheat infected by Pratylenchus thornei. Archives of Phytopathology and Plant Protection, 48(1): 10-17.
- Kim, H.J., Chen, F., Wang, X. and Choi, J.H., 2006. Effect of methyl jasmonate on phenolics, isothiocyanate, and metabolic enzymes in radish sprout (Raphanus sativus L.). Journal of agricultural and food chemistry, 54(19): 7263-7269.‏
- Kintzios, S.E., Hiureas, G., Shortsianitis, E., Sereti, E., Blouhos, P., Manos, C., Makri, O., Taravira, N., Drossopoulos, J.B. and Holevas, C.D., 1998. The effect of light on the induction, development and maturation of somatic embryos from various horticultural and ornamental species. In International Symposium on Biotechnology of Tropical and Subtropical Species Part 2, 461: 427-432.
- Kintzios, S., Papanastasiou, I., Tourgelis, P., Papastellatos, C., Georgopoulos, V. and Drossopoulos, J., 2002. The effects of light on callus growth and somatic embryogenesis from Lavandula vera and Teucrium chamaedrys: A preliminary study. Journal of Herbs, Spices & Medicinal Plants, 9(2-3): 223-227.‏
- Liu, R., Wang, Z., Zheng, J., Xu, Z., Tang, X., Huang, Z., Zhang, N., Dong, Y. and Li, T., 2022. The effects of methyl jasmonate on growth, gene expression and metabolite accumulation in Isatis indigotica Fort. Industrial Crops and Products, 177: 1144-1182.
- Mungole, A.J., Doifode, V.D., Kamble, R.B., Alka, C. and Prakash, Z., 2011. In-vitro callus induction and shoot regeneration in Physalis minima L. Annals of Biological Research, 2(2): 79-85.
- Murashige, T. and Skoog, F., 1962. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue culture. Physiologia Planetarium, 15(1): 473-479.
- Pinelli, P., Ieri, F., Vignolini, P., Bacci, L., Baronti, S. and Romani, A., 2008. Extraction and HPLC analysis of phenolic compounds in leaves, stalks, and textile fibers of Urtica dioica L. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 56(19): 9127-9132.
- Said, A.A.H., Otmani, I.S.E., Derfoufi, S. and Benmoussa, A., 2015. Highlights on nutritional and therapeutic value of stinging nettle (Urtica dioica). International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, 7(10): 8-14.
- Samadi, S. and Ghasemnezhad, A. and Alizadeh, M., 2019. Influence of Salicylic acid and Methyl jasmonate on fresh weight, total phenol, total flavonoids, antioxidant and PAL enzyme activity of Stevia callus. Plant Process and Function, 8(32): 324-337.
- Sarrafi, M., 2022. Optimization of nettle (Urtica diocia) callogenesis and the effect of methyl jasmonate elicitor on its biochemical properties. M.Sc. thesis, Department of Genetics and Plant Production, Vali-e-Asr University of Rafsanjan, Rafsanjan.
- Sayed-Tabatabaei, B.E. and Omidi, M., 2021. Plant Cell and Tissue Culture. University of Tehran Press, Tehran, 388p.
- Sidhu, Y., 2011. In vitro micropropagation of medicinal plants by tissue culture. The Plymouth Student Scientist, 4(1): 432-449.
- Sood, H., 2020. Production of medicinal compounds from endangered and commercially important medicinal plants through cell and tissue culture technology for herbal industry. In: Sharma, K., Mishra, K., Kamal Senapati, K., Danciu, C., (Eds.). Bioactive Compounds in Nutraceutical and Functional Food for Good Human Health. IntechOpen, United Kingdom, 358p.
- Šrůtek, M. and Teckelmann, M., 1998. Review of biology and ecology of Urtica dioica. Preslia Praha, 70: 1-19.
- Tapas, D.A., Sakarkar, D.M. and Kakde, R.B., 2008. Flavonoids as Nutraceuticals: A Review. Tropical Journal of Pharmaceutical, 7(3): 1089-1099.
- Thiem, B. and Krawczyk, A., 2010. Enhanced isoflavones accumulation in methyl jasmonate-treated in vitro cultures of kudzu [Pueraria lobata Ohwi]. Herba Polonica, 56(1): 48-56.
- Tripathi, L. and Tripathi, J.N., 2003. Role of biotechnology in medicinal plants. Tropical Journal of Pharmaceutical Research, 2(2): 243-253.
- Vanisree, M. and Tsay, H.S., 2007. Plant cell cultures: Production of biologically important secondary metabolites from medicinal plants of Taiwan. Medicinal plant biotechnology. From basic research to industrial application, 267-285.
- Wang, J., Qian, J., Yao, L. and Lu, Y., 2015. Enhanced production of flavonoids by methyl jasmonate elicitation in cell suspension culture of Hypericum perforatum. Bioresources and Bioprocessing, 2(1): 1-9.‏
- Yao, D., Zhang, Z., Chen, Y., Lin, Y., Xu, X. and Lai, Z., 2021. Transcriptome Analysis Reveals Differentially Expressed Genes That Regulate Biosynthesis of the Active Compounds with Methyl Jasmonate in Rosemary Suspension Cells. Genes, 13(1): 2-21.
- Zamani, M., Moradi, H., Chalavi, V. and Kazemitabar, S.K., 2019. Effect of Salicylic Asid and Methyle Jasmonat Elicitors on Hypericin production in stJohn’s wort (Hypericum perforatum L.) cv. Topas Callus culture. Iranian Journal of Horticultural Science, 49(4): 915-923.
- Zhao, P., Wu, F., Feng, F.S. and Wang, W.J., 2008. Protocom-like body (PLB) formation and plant regeneration from the callus culture of Dendrobium candidm Wall ex Lindl. In Vitro Cellular & Developmental Biology-Plant, 44(3): 178-185.
- Zu, Y., Li, C., Fu, Y. and Zhao, C., 2006. Simultaneous determination of catechin, rutin, quercetin, kaempferol and isorhamnetin in the extract of sea buckthorn (Hippophae rhamnoides L.) leaves by RP-HPLC with DAD. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 41(3): 714-719.