تولید آنتوسیانین دلفینیدین در گلبرگ‌های گل ژاله (ژربرا) با اگرواینفیلتریشن سازه‌های ژنی رنگ گل

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی دانشگاه کردستان

2 دانشگاه شیراز

3 پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی کرج

چکیده

چکیده
سابقه و هدف:
بررسی کارکرد ژن‌های عامل ایجاد رنگ گل در ژاله (ژربرا)، به دلیل کارآیی پایین شیوه‌های تراریختی و نیز زمان طولانی مورد نیاز برای تولید گیاهان تراریخت پایدار ، به طور معمول به کندی انجام می شود (2). برای واکاوی کارکرد این ژن‌ها می توان از بیان موقت آنها با شیوه اگرواینفیلتریشن به عنوان یک راه چاره بهره‌گیری کرد.
مواد و روش‌ها:
به همین دلیل این آزمایش در2 مرحله انجام شد، نخست در 12 رقم گل ژاله به رنگ‌های مختلف آزمایش اگرواینفیلتریشن با 3 سازه ژنی رنگ گل در مسیر آنتوسانینها (1-CcF3´5´H: دارای یک ژن رنگ،2- Del2: دارای 3 ژن رنگ گل و 3- Del8: دارای 5 ژن رنگ گل) انجام شد. برای اگرواینفیلتریشن از آگروباکتریوم (A. tumefaciens) نژاد EHA 101 با پلاسمید pBIH و دارای یک یا چند ژن از ژن‌های فلاونوئید ʹ3،ʹ5-هیدروکسیلاز (F3´5´H) ، دی‌هیدروفلاونول4-ریداکتاز (DFR) ، آنتوسیانیدین سنتاز (ANS) ، فلاونون 3 بتا-هیدروکسیلاز (F3H) ، چالکون ایزومراز (CHI) و یک ژن نشانگر انتخابی مقاومت به هایگرومایسین (hpt) بهره‌گیری شد. پس از کشت آگروباکتریوم دارای سازه‌های ژنی در محیط کشت‌های رشد، انگیزش و نیز اینفیلتریشن، تعلیق آن در پایه گلبرگ‌ها با سرنگ تزریق شد.
یافته‌ها:
مشاهده ظاهری نتایج آزمایش اول نشان داد که گلبرگ‌های رقم‌های به رنگ صورتی دارای تغییر رنگ گلبرگ گل به سمت آبی و تولید آنتوسیانین دلفینیدین هستند. سپس این آزمایش برای بار دوم با 4 رقم به تقریب صورتی رنگ (‘Aqua Melone’، ‘Bismarck’،‘Esmara’ و ‘Rosalin’) و با همان سازه‌ها تکرار شد. نتایج واکاوی HPLC چهار نوع آنتوسیانین دلفینیدین، سیانیدین، پلارگونیدین و پئونیدین گلبرگهای تزریق یافته نشان داد که، گلبرگ‌های رقم ‘Bismarck’ با سازه 5 ژنی pBIH-35S-Del8 بیشترین مقدار دلفینیدین را تولید می‌کند.
نتیجه‌گیری:
بنابراین می‌توان رقم ‘Bismarck’ ژاله را برای انتقال پایدار ژن‌های درگیر در مسیر آنتوسیانین‌ها، با هدف تغییر رنگ گل به ویژه تولید دلفینیدین پیشنهاد کرد.
چکیده
سابقه و هدف:
بررسی کارکرد ژن‌های عامل ایجاد رنگ گل در ژاله (ژربرا)، به دلیل کارآیی پایین شیوه‌های تراریختی و نیز زمان طولانی مورد نیاز برای تولید گیاهان تراریخت پایدار ، به طور معمول به کندی انجام می شود (2). برای واکاوی کارکرد این ژن‌ها می توان از بیان موقت آنها با شیوه اگرواینفیلتریشن به عنوان یک راه چاره بهره‌گیری کرد.
یافته‌ها:
مشاهده ظاهری نتایج آزمایش اول نشان داد که گلبرگ‌های رقم‌های به رنگ صورتی دارای تغییر رنگ گلبرگ گل به سمت آبی و تولید آنتوسیانین دلفینیدین هستند. سپس این آزمایش برای بار دوم با 4 رقم به تقریب صورتی رنگ (‘Aqua Melone’، ‘Bismarck’،‘Esmara’ و ‘Rosalin’) و با همان سازه‌ها تکرار شد. نتایج واکاوی HPLC چهار نوع آنتوسیانین دلفینیدین، سیانیدین، پلارگونیدین و پئونیدین گلبرگهای تزریق یافته نشان داد که، گلبرگ‌های رقم ‘Bismarck’ با سازه 5 ژنی pBIH-35S-Del8 بیشترین مقدار دلفینیدین را تولید می‌کند.
نتیجه‌گیری:
بنابراین می‌توان رقم ‘Bismarck’ ژاله را برای انتقال پایدار ژن‌های درگیر در مسیر آنتوسیانین‌ها، با هدف تغییر رنگ گل به ویژه تولید دلفینیدین پیشنهاد کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Production of Delphinidin Anthocyanin in the Flower Petals of Gerbera by Agroinfiltration of Flower Color Gene Constructs

نویسندگان [English]

  • F. Nazari 1
  • M. Khoshkhui 2
  • P. Azadi 3
چکیده [English]

Background and objectives:
The study of flower color genes function in gerbera is hampered due to the low efficiency of transformation methods and the long time span needed for production of stably transformed transgenic plants (1). For some functional analysis, the transient expression of genes could be an efficient alternative.
Materials and methods:
Therefore, this study was conducted in two stages. In first stage, the agroinfiltration experiment with 3 flower color constructs (1-pBIH-35S-CcF3´5´H: with one gene, 2-pBIH-35S-Del2: with 3 genes and 3-pBIH-35S-Del8: with 5 genes) in 12 cultivars of gerbera was investigated. Agroinfiltration of gerbera petals were performed by Agrobacterium tumefaciens strain EHA 101 harboring binary vectors pBIH that contained one or more genes of flavonoid 3ʹ 5ʹ-hydroxylase (F3´5´H), dihydroflavonol 4-reductase (DFR), anthocyanidin synthase (ANS), flavanone 3β-hydroxylase (F3H), chalcone isomerase (CHI) and hygromycin phosphotransferase (hpt).
Results:
Visual observations of injected petals showed that cultivars with pink color have shifted flower color from pink to blue and produced delphinidin. In the second stage, this experiment was repeated with 4 pink cultivars (‘Aqua Melone’, ‘Bismarck’, ‘Esmara’ and ‘Rosalin’) and mentioned constructs. The results of HPLC analysis of 4 anthocyanins (delphinidin, cyaniding, pelargonidin and peonidin) showed that the injected petals of ‘Bismarck’ cultivar with pBIH-35S-Del8 construct have the highest delphinidin production.
Conclusion:
Therefore, we can suggest ‘Bismarck’ cultivar of gerbera for stable transformation of genes involving production of anthocyanins for change of flower color particularly production of delphinidin.
Background and objectives:
The study of flower color genes function in gerbera is hampered due to the low efficiency of transformation methods and the long time span needed for production of stably transformed transgenic plants (1). For some functional analysis, the transient expression of genes could be an efficient alternative.
Materials and methods:
Therefore, this study was conducted in two stages. In first stage, the agroinfiltration experiment with 3 flower color constructs (1-pBIH-35S-CcF3´5´H: with one gene, 2-pBIH-35S-Del2: with 3 genes and 3-pBIH-35S-Del8: with 5 genes) in 12 cultivars of gerbera was investigated. Agroinfiltration of gerbera petals were performed by Agrobacterium tumefaciens strain EHA 101 harboring binary vectors pBIH that contained one or more genes of flavonoid 3ʹ 5ʹ-hydroxylase (F3´5´H), dihydroflavonol 4-reductase (DFR), anthocyanidin synthase (ANS), flavanone 3β-hydroxylase (F3H), chalcone isomerase (CHI) and hygromycin phosphotransferase (hpt).
Results:
Visual observations of injected petals showed that cultivars with pink color have shifted flower color from pink to blue and produced delphinidin. In the second stage, this experiment was repeated with 4 pink cultivars (‘Aqua Melone’, ‘Bismarck’, ‘Esmara’ and ‘Rosalin’) and mentioned constructs. The results of HPLC analysis of 4 anthocyanins (delphinidin, cyaniding, pelargonidin and peonidin) showed that the injected petals of ‘Bismarck’ cultivar with pBIH-35S-Del8 construct have the highest delphinidin production.
Conclusion:
Therefore, we can suggest ‘Bismarck’ cultivar of gerbera for stable transformation of genes involving production of anthocyanins for change of flower color particularly production of delphinidin.

کلیدواژه‌ها [English]

  • : agroinfiltration
  • flavonoid 3ʹ 5ʹ-hydroxylase gene
  • delphinidin
  • gerbera
1. Chiou, C.Y. and Yeh, K.W. 2008. Differential expression of MYB gene (OgMYB1) determines color patterning in floral tissue of Oncidium cv. ‘Gower Ramsey’. Plant Mol. Biol. 66: 379–388.
2. Elomaa, P., Honkanen, J., Puska, R., Seppiinen, P., Helariutta, Y., Mehto, M.,
Kotilainen, M., Nevalainen, L. and Terri, T.H. 1993. Agrobacterium-mediated
transfer of antisense chalcone synthase cDNA to Gerbera hybrida inhibits flower pigmentation. Biotechnol. 11: 508-511.
3. Falcone Ferreyra, M.L., Rius, S.P. and Casati, P. 2012. Flavonoids: Biosynthesis, biological functions, and biotechnological applications. Front Plant Sci. 3: 1-15.
4. Glover, B.J. 2007. Understanding flowers and flowering. Oxford University Press. New York. 226p.
5. Hussein, G.M., Abu El-Heba, G.A., Abdou S.M. and Abdallah, A.N. 2013. Optimization of transient gene expression system in Gerbera jamesonii petals. GM Crops and Food: Biotechnol. Agr. Food Chain 4: 50-57.
6. Janssen, B.J. and Gardner, R.C. 1989. Localized transient expression of GUS in leaf discs following co-cultivation with Agrobacterium. Plant Mol. Biol. 14: 61–72.
7. Kapila, J., Rycke, R.D., Montagu, M.V. and Angenon, G. 1997. An Agrobacterium mediated transient gene expression system for intact leaves. Plant Sci. 122: 101-8.
8. Katsumoto, Y., Mizutani, M. and et al. 2007. Engineering of the rose flavonoid biosynthetic pathway successfully generated blue-hued flowers accumulating delphinidin. Plant Cell Physiol. 48: 1589–1600.
9. Nazari, F., Khosh-Khui, M., Azadi, P., Salehi, H. and Niazi, A. 2014. Growth regulators affected in vitro propagation of pot gerbera (Gerbera jamesonii cv. Royal Soft Pink). Intl. J. Agr. Biosci. 3: 185-189.
10.Santos-Rosa, M., Poutaraud, A., Merdinoglu, D. and Mestre, P. 2008. Development of a transient expression system in grapevine via agroinfiltration. Plant Cell Rep. 27: 1053–1063.
11.Shang, Y., Schwinn, K.E. and et al. 2007. Methods for transient assay of gene function in floral tissues. Plant Meth. 3: 1.
12.Sheela, V.L. 2006. Gerbera. In: Advances in Ornamental Horticulture. 2.(Bhattacharjee, S.K., Ed.). Pointer Publ. India. 129-149.
13.Sheludko, Y.V., Sindarovska, Y.R., Gerasymenko, I.M., Bannikova, M.A. and Kuchuk, N.V. 2007. Comparison of several Nicotiana species as host for highscale Agrobacterium-mediated transient expression. Biotechnol. Bioeng. 96: 608–614.
14.Tanaka, Y. and Brugliera, F. 2006. Flower colour. In: Flowering and its Manipulation (Ainsworth, C., Ed.). Ann. Plant Rev. Vol. 20. Oxford: Blackwell Publishing. 201–239.
15.Vaghchhipawala, Z., Rojas, C.M., Senthil-Kumar, M. and Mysore, K.S. 2011. Agroinoculation and agroinfiltration: simple tools for complex gene function analyses. In: Pereira A, editor. Plant Reverse Genet. 65–76.
16.Van der Hoorn, R.A.L., Laurent, F., Roth, R. and De Wit, P.J. 2000. Agroinfiltration is a versatile tool that facilitates comparative analysis of Avr9/Cf-9-induced and Avr4/Cf-4-induced necrosis. Mol. Plant Microbe Interact. 13: 439–446.
17.Wroblewski, T., Tomczak, A. and Michelmore, R. 2005. Optimization of Agrobacterium mediated transient expression assays for lettuce, tomato and Arabidopsis. Plant Biotechnol. J. 3: 259–273.
18.Yasmin, A. and Debener, T. 2011. Transient gene expression in rose petals via Agrobacterium infiltration. Plant Cell Tiss. Org. Cult. 102: 245-250.
19.Yuki, S., Araki, S. and Suzuki, T. 2009. Flavonoid-3', 5'-hydroxylase gene of Commelina communis. Patents. EP 2119776 A1. Ishihara Sangyo Kaisha, Ltd. Osaka, Japan.
20.Zottini, M., Barizza, E., Costa, A., Formentin, E., Ruberti, C., Carimi, F. and Schiavo, F.L. 2008. Agroinfiltration of grapevine leaves for fast transient assays of gene expression and for long-term production of stable transformed cells. Plant Cell Rep. 27: 845–853.