تاثیر الیسیتورهای فنیل آلانین و سالسیلیک اسید بر تولید متابولیت های ثانویه در ریشه موئین گیاه ماریتیغال تحت شرایط درون شیشه ای

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

2 دانشجوی کارشناسی‌ارشد گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

3 نویسنده مسئول، گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران.

4 دانشجوی دکتری گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

چکیده

سابقه و هدف: گیاه خار مریم یا ماریتیغال (Silybum marianum L.) عضوی از خانواده کاسنی (Asteraceae) است که معمولاً به عنوان علف هرز شناخته می‌شود، اما وجود سیلیمارین به عنوان یکی از متابولیت‌های ثانویه اصلی این گیاه اثرات مثبتی بربیماری‌های کبد، قلب و سرطان دارد. این تحقیق با هدف تولید ریشه موئین در گیاه ماریتیغال به منظور افزایش سیلیمارین در ریشه‌های تراریخت شده و استفاده از الیسیتورها در راستای تسریع تولید این ماده صورت گرفت.
مواد و روش‌ها: به منظور القای ریشه موئین در گیاه ماریتیغال با استفاده از سالیسیلیک اسید و فنیل آلانین به عنوان الیسیتور در راستای افزایش تولید سیلیمارین بود. تحقیقات به صورت دو آزمایش مجزا در دانشگاه زنجان انجام شد. آزمایش اول در قالب طرح کاملاً تصادفی با 9 تکرار برای ارزیابی تولید ریشه مویین با استفاده از سه سویه باکتری آگروباکتریوم رایزوژنز شامل A7 ، R1000و ATCC صورت گرفت. صفات مورفولوژیکی شامل تعداد ریشه و طول ریشه اندازه‌گیری شد. آزمایش دوم نیز به صورت طرح کاملاً تصادفی بر روی تیمار اسید سالیسیلیک در سه سطح (0، 50 و 100 میکرو‌مولار) و فنیل آلانین در سه سطح (0، 100 و 200 میکرومولار) در سه تکرار، به منظور بررسی اثرات این تیمارها بر روی ریشه‌های موئین بدون تلقیح باکتری و حاصل از باکتری‌های ATCC و A7 و R1000 به منظور اندازه‌گیری صفات میزان فنل کل، فلاونوئید، آنتی اکسیدان و میزان سیلیمارین انجام شد.
یافته‌ها: بیشترین طول و تعداد ریشه‌های موئین نسبت به شاهد توسط سویهATCC نسبت به سویه‌های دیگر بود. همچنین نتایج نشان داد که تمامی صفات فیزیولوژی و بیوشیمیایی اندازه گرفته در سطح احتمال یک درصد معنی‌دار شد. میزان فنل کل ریشه‌های موئین در تیمار فنیل آلانین 200 میکرومولار به همراه باکتری ATCC بیشترین میزان فنل کل را نشان داد. میزان سیلیمارین در ریشه‌های موئین تراریخت شده با باکتری R1000 و ATCC با فنیل‌آلانین با غلظت‌های 200 میکرومولار بیشترین میزان را نشان داد.
نتیجه‌گیری: از آن جایی که توانایی آگروباکتریوم رایزوژنز در القاء ریشه‌های موئین در گستره‌ای از گیاهان میزبان، نسبت به سایر سویه‌ها سیستم مناسبی را جهت مطالعه تولید متابولیت‌های ثانویه فراهم آورد. همچنین سهولت به دست آوردن ریشه‌های مویین و قابلیت سنتز مداوم ترکیبات شیمیایی مختلف را ایجاد نمود. این عوامل سبب برتری آن نسبت به سابر روش‌ها در راستای افزایش متابولیت های ثانویه در ریشه گردیده است. از طرفی اضافه کردن الیسیتور در کنار حضور باکتری‌ها به عنوان عامل تراریختگی سبب بهبود در صفات بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی ماریتیغال شد. از جمله میزان متابولیت ثانویه سیلیمارین که در ریشه‌های موئین تراریخت شده با باکتری R1000 و ATCC همراه با تیمار فنیل‌آلانین در غلظت 200 میکرومولار بیشترین میزان را نشان داد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The effect of phenylalanine and salicylic acid facilitators on the production of secondary metabolites in the capillary roots of Silybum marianum L. under in vitro conditions

نویسندگان [English]

  • Mohsen Sanikhani 1
  • Seyede Arezoo Mirbabaiyan 2
  • Mitra Aelaei 3
  • Fahimeh salehi 4
1 Dept. of Horticulture, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan, Iran
2 M.Sc. Student, Dept. of Horticulture, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan, Iran
3 Corresponding Author, Dept. of Horticulture, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan, Iran
4 Ph.D. Student, Dept. of Horticulture, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan, Iran.
چکیده [English]

Background and objectives: Although Silybum marianum as a member of the Asteraceae family, is most commonly acknowledged as a weed, extraction of its valuable secondary metabolite called silymarin has potentially-proved to become as a medicinal product for dealing with liver disease and heart and cancer diseases. The aim of this study was to induce capillary root in milk thistle plant in order to increase the production of secondary metabolite silymarin in transgenic roots and the use of allicitors to accelerate the production of this substance.
Materials and methods: The objective of this study was to induce capillary root in milk thistle plant and investigating the effect of driving forces of salicylic acid and phenylalanine on enhancing the production of secondary metabolites in capillary root of milk thistle as well. This research was conducted in two distinct experiments at Zanjan University. The first experiment was performed in a completely- randomized design of 9 replications to evaluate the production of capillary roots and transgenics in this plant by three strains of Agrobacterium rhizogenesis including A7, R1000 and ATCC. Morphological traits Root number and root length were measured. The second experiment was a completely randomized design on salicylic acid treatment of three levels (0, 50 and 100 μM) and phenylalanine of three levels (0, 100 and 200 μM) in three replications. this aforementioned experiment was done to assess the impacts of these treatments on capillary roots lacking bacterial inoculation and who’s that derived from ATCC, A7 and R1000 bacteria with aim of measuring traits of total phenol, flavonoids, antioxidants and silymarin. Data were analyzed using SAS software.
Results: According to the findings of analysis of variance, the length and number of capillary roots produced by ATCC strain were higher compared to other ones. The results also showed that all physiological and biochemical traits measured were significant at the level of 1% probability. The highest amount of total phenol was taken place in phenol content of capillary roots in the treatment of 200 μM phenylalanine with ATCC. The highest amount of silymarin was observed in capillary roots transgenic with R1000 bacteria and ATCC with phenylalanine at concentration levels of 200 μM.
Conclusion: The addition of elicitor along with the presence of bacteria as a transgenic agent improved the biochemical and physiological traits of marigold. Among them, the amount of silymarin secondary metabolite in capillary roots transfected with R1000 and ATCC along with phenylalanine treatment at the concentration of 200 μM showed the highest.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Agrobacterium rhizogenesis
  • Hairy root
  • Phenylalanine
  • Silymarin

مراجع

1.Valková, V., Ďúranová, H., Bilčíková, J. and Habán, M. 2020. Milk thistle (Silybum marianum): a valuable medicinal plant with several therapeutic purposes. J. Microbiol. Biotechnol. Food Sci. 9: 4. 836-843.
2.Osuchoweski, M.F., Johson, V.J. and Sharma, R.P. 2004. Alteration in regional brain neorotransmitters by silymarin a natural antioxidant flavonoid mixture in BALB/c mice. Pharm. Biol. 42: 384-389.
3.Abouzid, S.F., Chen, S.N. and Pauli, G.F. 2016. Silymarin content in Silybum marianum populations growing in
Egypt. J. Ind. Crop Prod. 83: 729-737. https://dx.doi.org/10.1016/j.indcrop.12.
4.Ramachandra Rao, S. and Ravishankar, G.A. 2002. Plant cell cultures: Chemical factories of secondary metabolites. Biotechnol ADV. 20: 2. 101-153.
5.Arumugam, P., Ramamurthy, P. and Ramesh, A. 2010. Antioxidant and cytotoxic activities of lipophilic and hydrophilic fractions of Mentha spicata L. (Lamiaceae). J. Food Prop. 13: 1. 23-31.
6.Hasanloo, T., Rezazadeh, Sh. and Rahnama, H. 2008. Hairy roots as a source for production of valuable pharmaceutical materials. J. Med. Plants. 29: 1-17. (In Farsi)
7.Gangopadhyay, M., Chakraborty, D., Bhattacharyya, S. and Bhattacharya, S. 2010. Regeneration of transformed plants from hairy roots of Plumbago indica. Plant Cell Tiss Org. 102: 109-114.
8.Bais, H.P., Govindaswamy, S. and Aswathnarayana Ravishankar, G. 2000. Enhancement of growth and coumarin production in hairy root cultures of witloof chicory (Cichorium intybus L. cv. Lucknow local) under the influence
of fungal elicitors. J. Biosci. Bioeng.90: 6. 648-653.
9.Souret, F.F., Yoojeong, K., Barbara, E.W., Kristin, K.W. and Pamela, J.W. 2003. Scale-up of Artemisia annua L. hairy root cultures produce complex patterns of terpenoid gene expression. Biotechnol. Bioeng. 83: 2. 653-657.
10.Sevon, N., Hiltunen, R. and Oksman Caldentey, K.M. 1998. Somaclonal variation in Agrobacterium transformed roots and protoplast-derived hairy root clones of Hyoscyamus muticus. Planta Med. 64: 37-41.
11.Skala, E., Kicel, A., Olszewska, M.A., Kiss, A.K. and Wysokinska, H. 2015. Establishment of hairy root cultures of Rhaponticum carthamoides (Willd.) Iljin for the production of biomass and caffeic acid derivatives. Biomed Res. Int. 41: 8. 423-428. ID article:181098. doi:10.1155/2015/181098.
12.Khan, M.I., Fatma, M., Per, T.S., Anjum, N.A. and Khan, N.A. 2015. Salicylic acid-induced abiotic stress tolerance and underlying mechanisms in plants. Plant Sci. J. 6:462.
13.Faten, S.A., Shaheen, A.M., Ahmed, A.A. and Mahmoud, A.R. 2010 Effect of foliar application of amino acids as antioxidants on growth, yield and characteristics of Squash. Res. J. Agric. Biol. Sci. 6: 583-588.
14.Tzin and Galili. 2010. New Insights into the Shikimate and Aromatic Amino Acids Biosynthesis Pathways in Plants. Mol Plant. 3: 6. 956-972.
15.Rajabi, A., Abbaspoor, H.M. and Sinaki, J. 2016. Study the chemical stimuli effects of Methyl Jasmonate and Salicylic acid on stimulation of Hypericin production in Hypericum (Hypericum perforatum L.). NCMBJ.
6: 22. 41-50.
16.Parsa, M. and Zinali, A. 2016. The effect of salicylic acid elicitor on the level of tropane, alkaloids of atropine and scopolamine in capillary roots and roots obtained from tissue culture of Hyoscyamus niger L. Iran. Plant Prod. 32: 4. 666-655. (In Farsi)
17.Kabiri, R., Nasibi, F. and Farahbakhsh, H. 2014. Effect of exogenous salicylic acid on some physiological parameters and alleviation of water stress in Nigella sativa plant under hydroponic culture. Plant Prot. Sci. 50: 43-51.
18.Pacheco, A.C., Cabral, A.S., Fermino, E.S.S. and Aleman, C.C. 2013. Salicylic acid-induced changes to growth, flowering and flavonoids production in marigold plants. J. Med. Plants Res.1: 95-100.
19.Demeke, T., Hucl, P., Baga, M., Caswell, K., Leung, N. and Chibbar, R.N. 1999. Transgene inheritance and silencing in hexaploid spring wheat. Theor. Appl. Genet. 99: 947-953.
20.Pirian, K., Piri, K. and Ghiyasvand, T. 2012. Hairy roots induction from Portulaca oleracea using Agrobacterium rhizogenes to Noradrenaline’s production. Int. Res. J. Appl. Basic Sci.3: 3. 642-649.
21.Chang, S.T., Wu, J.H., Wang, S.Y., Kang, P.L., Yang, N.S. and Shyur, L.F. 2002. Antioxidant activity of extracts from Acacia confusa bark and heartwood. J. Agric. Food Chem.49: 7. 3420-3424.
22.Barros, L., Baptista, P. and Ferreira, I.C.F.R. 2007. Effect of fruiting body maturity stage on antioxidant activity measured by several biochemical assays. Lactarius piperatus. Food Chem. Toxicol. 45: 9. 1731-1737.
23.Qasemi Dehkordi, N. and Talib, A.M. 2001. Extraction, identification and quantification of compounds in index medicinal plants. Polo Publications. Esfahan. (In Farsi)
24.Ercan, A., Gülhan, T., Melih, K.,Turgut, K. and Yuce, S. 1999. Agrobacterium rhizogenes - mediated hairy root formation in some Rubia tinctorum L. populations grown in Turkey. Am. J. Bot. 23: 373-377.
25.Sepahvand, Kh. 2012. Optimization of gene transfer to capillary roots of licorice plant using Agrobacterium rhizogenesis carrying gus reporter gene. Master Thesis. Biotechnology. Faculty of Agriculture, Bu Ali Sina University, Hamadan. (In Farsi)
26.Ebrahimi, R., Jafari, M., Ghadimzadeh, M. and Abdullahi Mendulkani, B. 2015. Optimization of induction and culture conditions of transgenic hair roots in the medicinal plant Scrophularia deserti. J. Agric. Biotech. 7: 4. 123-125.
27.Shabani Hamidabadi, Sh. 2018. Optimization of capillary root induction in Portulaca oleracea L. and the effect of nanoparticles on root growth in vitro. Master Thesis. Faculty of Agriculture and Natural Resources Mohaghegh Ardabili. (In Farsi)
28.Ahmadi Moghadam, Y., Piri, Kh., Bahramnejad, B. and Ghiasvand, T. 2014. Dopamine Production in Hairy Root Cultures of Portulaca oleracea (Purslane) Using Agrobacterium rhizogenes, J. Agr. Sci. Tech. 16: 409-420.
29.Doran, P.M. 2002. Properties and Applications of Hairy-root Cultures.In: "Plant Biotechnology and Transgenic Plants", (Eds.): Okasman-Caldenty, K. M. and Barz, W.H. Mercel Dekker Inc., New York. 2: 143-162.
30.Raman, V. and Ravi, S. 2011.Effect of salicylic acid and methyl jasmonate on antioxidant systems of Haematococcus pluvialis. Acta Physiol. Plant. 33: 2. 1043-1049.
31.Wang, T., Jónsdóttir, R. and Ólafsdóttir, G. 2009. Total phenolic compounds, radical scavenging and metal chelation of extracts from Icelandic seaweeds. Food Chem. 116: 1. 240-248.
32.Mathur, S. and Goswami, A. 2014. Effect of precursor β-phenylalanine on production of flavonoids of Maytenus emarginata in vitro. Int. J. Sci. Res.3: 7. 333-335.
33.Kubota, N., Yakushiji, H., Nishiyama, N., Mimura, H. and Shimamura, K. 2001. Phenolic contents and L-phenylalanine ammonia-lyase activity in peach fruit.J. Jpn. Soc. Hort. Sci. 70: 2. 151-156.
34.Al-Jibouri, A.M.J., Abed, A.S., Ali, A.J.A. and Majeed, D.M. 2016. Improvement of phenols production by amino acids in callus cultures of Verbascum thapsus L. Am. J. Pol. Sci. 7: 01. 84-85.
35.Koohsari, A., Chaloui, V. and. Akbarpour, V. 2020. Effect of explant type and growth regulators on callus formation and chicory secondary metabolites (Chicory intybus L.). J. Plant Pro. 27: 2. 32-36. (In Farsi)
36.Meek, C.R. and Bidlack, J.E. 2005. Arthropod population, phenylalaninamonia- lyase activity and fresh weight of Sweet Basil (Ocimum basilicum L.) as affected by plant age and Bacillus thuringiensis treatment. Plant Sci. J. 85: 9-17.
37.Ghorbani Meshkini, M., Jalali Jawaran, M. and Sepahvand, N. 2005. Study of gene transfer to Arabidopsis and rapeseed using a relative vacuum. The Fourth National Conference of the Islamic Republic of Iran. Kerman.(In Farsi)
38.Abdekhani, S. and Solouki, M. 2016. Changes in phenolic compounds, anthocyanin and antioxidant enzymes
in different growth stages basil(Ocimum basilicum L.), using growth regulators. J. Med. Plants. 15: 58. 164-175. (In Farsi)
39.Arumugam, B., Manaharan, T.H., Kek Heng, C., Kuppusamy, U.R. and Palanisamy, U.D. 2014. Antioxidant and antiglycemic potentials of a standardized extract of Syzygium malaccense.LWT-Food Sci. Technol. 59: 2, Part 1, December. 3: 707-712.
40.Askari, E. and Ehsanzadeh, P. 2015. Drought stress mitigation by foliar application of salicylic acid and their interactive effects on physiological characteristics of fennel (Foeniculum vulgare Mill.) genotypes. Acta Physiol Plant. 37: 2-14.
41.Bai, N., He, K., Roller, M., Lai, C.S., Shao, X., Pan, M.H. and Ho, C.T. 2010. Flavonoids and phenolic compounds from Rosmarinus officinalis. J. Agric. Food Chem. 58: 9. 5363-5367.
42.Dianat, M., Saharkhi, M.J. and Tavassolian, I. 2016. Salicylic acid mitigates drought stress in Lippia citriodora L.: Effects on biochemical traits and essential oil yield. Biocatal. Agric. Biotechnol. 8: 286-289.
43.Silvestrini, A., Pasqua, G., Botta, B., Monacelli, B., Van der Heijden, R. and Verpoorte, R. 2002. Effects of alkaloid precursor feeding on a Camptotheca acuminata cell line. Plant Physiol. Biochem. 40: 9. 749-753.
پژوهش‌های تولید گیاهی
دوره 29، شماره 3
مهر 1401
صفحه 17-34

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار