نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 ایران، زابل، دانشگاه زابل، دانشکده کشاورزی، گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی
2 ایران، گرگان، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، دانشکده تولید گیاهی، گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی
3 ایران، زابل، دانشگاه زابل، دانشکده کشاورزی، گروه گیاهپزشکی
4 ایران، ساری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، پژوهشکده ژنتیک و زیست فناوری طبرستان
چکیده
تولید ارقام زینتی با رنگهای جدید هدف اصلی در صنعت گل و گیاهان زینتی است. بنفشه آفریقایی از لحاظ تجاری به خوبی شناخته شده و در رنگهای مختلفی به جز گل زرد موجود است. این پژوهش با هدف تغییر رنگ گلبرگهای بنفشه آفریقایی و تولید مسیر بیوسنتزی رنگدانه آئورون از طریق دستورزی ژنتیکی ژنهای AS1 و 4'CGT انجام شد. بدین منظور، این ژنها با استفاده از PCR با آغازگرهای اختصاصی از گلبرگ گل میمون زرد جداسازی و بترتیب در ناقل بیانی pCAMBIA1304 وpBI121 اتصال گردید. پلاسمیدهای نوترکیب4'CGT +pBI121 وAS1 pCAMBIA1304+ با استفاده از بررسیهای Colony PCR، هضم آنزیم، توالییابی و همردیف سازی آنها در بانک اطلاعاتی، مورد تایید قرار گرفت. سپس به روش الکتروپوریشن به آگروباکتریوم سویه LBA4404 منتقل و با استفاده از سیستم بیان موقت در گلبرگهای گیاه بنفشه آفریقایی مورد بررسی قرار گرفت. در این سیستم سوسپانسیون آگروباکتریوم حامل سازه ژنی با استفاده از سرنگ در پایه گلبرگها تزریق شد. نتایج مورفولوژیکی پس از 3 روز به وضوح تغییر رنگ گلبرگهای سفید به زرد کم رنگ را نشان داد و هیچ تغییری در گلبرگهای شاهد مشاهده نشد. آنالیزPCR و مشاهده با میکروسکوپ نوری بترتیب بیان ژن وتغییرات فنوتیپی را تایید کردند. همچنین آئوروسیدین-6-او- گلوکزید (AOG) با استفاده از HPLC-DAD-MSn در گلبرگهای تراریخت شناسایی شد. با بکارگیری این سیستم میتوان سازه ژنی را با اعتماد بیشتری برای تراریختگی دائم به گیاهان زینتی انتقال داد. همچنین این پژوهش میتواند راهی را برای مهندسی ایجاد رنگ زرد در گونههای گیاهان زینتی که فاقد این نوع رنگ هستند باز نماید.
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Evaluation of transient expression of AS1 and 4'CGT genes in African violets petals by agroinfiltration for Production new color in the flower
نویسندگان [English]
1 Department of Plant Breeding and Biotechnology, University of Zabol, Zabol 98613-35856, Iran
2 Dept. of Plant Breeding and Biotechnology, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, I.R. of Iran
3 Department of Plant Pathology, University of Zabol, Zabol, Iran.
4 Genetic and Agricultural Biotechnology Institute of Tabarestan, University of Agriculture Science and Natural Resources, Sari, Iran
چکیده [English]
The production of ornamental cultivars with new colors is the main goal in the flower and ornamental plants industry. African violet is well known commercially and available in different colors except yellow flower. The aim of this study was to change the color of A. violet petals and to produce the biosynthetic pathway of auron pigment through genetic manipulation of AS1 and 4'CGT genes. To this end, t genes were isolated from Antirrhinum majus petals yellow using PCR with specific primers and ligated into the expression vectors pCAMBIA1304 and pBI121, respectively. Recombinant pBI121+4'CGT and pCAMBIA1304+AS1 vectors were confirmed using colony PCR, enzyme digestion, sequencing and comparative analysis in the database. They were then transferred to Agrobacterium strain LBA4404 by electroporation method and was examined in the petals of A. violet using a temporary expression system. In this system, Agrobacterium suspension carrying the gene structure was injected using a syringe at the base of the petals.. Morphological results after 3 days clearly showed discoloration of white to pale yellow petals and no change was observed in control petals. PCR analysis and light microscopy confirmed gene expression and phenotypic changes, respectively. Also, aureusidin-6-O-glucoside (AOG) was detected in transgenic petals using HPLC-DAD-MSn. By using this system, the gene structure can be transferred to ornamental plants with more confidence for permanent transgenic. In addition, this research can open the way for engineering the creation of yellow color in ornamental plant species that do not have this type of color.
کلیدواژهها [English]
ارزیابی بیان موقت ژن های AS1 و 4'CGT در ﮔﻠﺒﺮگﻫﺎی بنفشه آفریقایی ﺑﺎ سیستم اﮔﺮواﯾﻨﻔﯿﻠﺘﺮﯾﺸﻦ جهت تولید رنگ جدید در گل
امیر رجبی1، لیلا فهمیده1،2*، مجتبی کیخاصابر3 و ولیاله قاسمی عمران4
1 ایران، زابل، دانشگاه زابل، دانشکده کشاورزی، گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی
2 ایران، گرگان، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی
3 ایران، زابل، دانشگاه زابل، دانشکده کشاورزی، گروه گیاهپزشکی
4 ایران، ساری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، پژوهشکده ژنتیک و زیست فناوری طبرستان
تاریخ دریافت: 15/07/1399 تاریخ پذیرش: 24/08/1399
چکیده
تولید ارقام زینتی با رنگهای جدید هدف اصلی در صنعت گل و گیاهان زینتی است. بنفشه آفریقایی از لحاظ تجاری به خوبی شناخته شده و در رنگهای مختلفی به جز گل زرد موجود است. این پژوهش با هدف تغییر رنگ گلبرگهای بنفشه آفریقایی و تولید مسیر بیوسنتزی رنگدانه آئورون از طریق دستورزی ژنتیکی ژنهای AS1 و 4'CGT انجام شد. بدین منظور، این ژنها با استفاده از PCR با آغازگرهای اختصاصی از گلبرگ گل میمون زرد جداسازی و بترتیب در ناقل بیانی pCAMBIA1304 وpBI121 اتصال گردید. پلاسمیدهای نوترکیب pBI121+4'CGTوAS1 pCAMBIA1304+ با استفاده از بررسیهای Colony PCR، هضم آنزیم، توالییابی و همردیف سازی آنها در بانک اطلاعاتی، مورد تایید قرار گرفت. سپس به روش الکتروپوریشن به آگروباکتریوم سویه LBA4404 منتقل و با استفاده از سیستم بیان موقت در گلبرگهای گیاه بنفشه آفریقایی مورد بررسی قرار گرفت. در این سیستم سوسپانسیون آگروباکتریوم حامل سازه ژنی با استفاده از سرنگ در پایه گلبرگها تزریق شد. نتایج مورفولوژیکی پس از 3 روز به وضوح تغییر رنگ گلبرگهای سفید به زرد کم رنگ را نشان داد و هیچ تغییری در گلبرگهای شاهد مشاهده نشد. آنالیزPCR و مشاهده با میکروسکوپ نوری بترتیب بیان ژن و تغییرات فنوتیپی را تایید کردند. همچنین آئوروسیدین-6-او- گلوکزید (AOG) با استفاده از HPLC-DAD-MSn در گلبرگهای تراریخت شناسایی شد. با بکارگیری این سیستم میتوان سازه ژنی را با اعتماد بیشتری برای تراریختگی دائم به گیاهان زینتی انتقال داد. همچنین این پژوهش میتواند راهی را برای مهندسی ایجاد رنگ زرد در گونههای گیاهان زینتی که فاقد این نوع رنگ هستند باز نماید.
واژههای کلیدی: آئورون، آنتوسیانین، رنگ گل، گیاهان زینتی، مهندسی ژنتیک
* نویسنده مسئول، تلفن: 01732251672 ، پست الکترونیکی: l.fahmideh@gau.ac.ir
مقدمه
بنفشه آفریقایی (Saintpaulia ionantha) از خانواده Gesneriaceae، یکی از مهمترین گیاهان زینتی تجاری محبوب با ارقام بسیار در سراسر جهان بشمار میرود (25). امروزه پرورش این گونه گیاهی در حوزه علوم باغبانی به شکل صنعت در آمده است. همچنین تا سال 2017 حدود 25 گونه در این جنس با رنگهای متنوع گل گزارش شده است (24) که فاقد واریتههای زرد رنگ و نارنجی هستند (25). از جمله موفقیتهای حاصل از بکارگیری مهندسی ژنتیک در اصلاح گیاهان زینتی، میتوان به ایجاد رنگهای ویژه نوین در گلهای زینتی اشاره کرد (17). ﺗﻨﻮع در رﻧﮓ ﮔﻞ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﻬﻨﺪﺳﻲ ژﻧﺘﻴـﻚ ﺑـﺮ ایجاد ﺗﻐﻴﻴﺮ در ﻣﺴﻴﺮﻫﺎی ﻣﺘﺎﺑﻮﻟﻴﻜﻲ ﺗﻮﻟﻴﺪ ﻓﻼوﻧﻮﺋﻴﺪﻫﺎ ﻣﺘﻤﺮﻛﺰ ﺷﺪه اﺳﺖ (16). رنگدانهها در گیاهان عالی، در چهار گروه بزرگ کلروفیلها، کاروتنوئیدها، فلاونوئیدها (آنتوسیانینها) و بتالائینها قرار دارند (6، 23).
همچنان که در شکل 1 نشان داده شده است، مسیر بیوسنتزی فلاونوئیدها یکی از گستردهترین مسیرهای تحقیق در متابولیسم گیاهی است که از مسیر فنیل پروپانوئیدی و از اسیدآمینه فنیل آلانین ساخته میشوند (5). اولین مرحله در ساخت فلاونوئیدها، تولید ترکیب واسطهای مهم، به نام تتراهیدروکسی چالکون (Tetrahydroxy chalcone) (THC) توسط آنزیم چالکون سنتاز (Chalcone synthase)(CHS) میباشد. تترا هیدروکسی چالکون به وسیله آنزیم چالکون ایزومراز (Chalcone isomerase) (CHI) به نارینجنین (Naringenin) تبدیل میشود (14). با وجود تعداد زیادی از آنتوسیانینها و تنوع رنگ گل، تنها شش کلاس اصلی آنتوسیانیدین وجود دارد: پلارگونیدین، سیانیدین، پونیدین، دلفینیدین، پتونیدین و مالویدین. دارای طیف گستردهای از رنگها، از زرد کم رنگ تا آبی هستند (26). گلهای به رنگ آبی/بنفش حاوی آنتوسیانینهای مبتنی بر دلفینیدین 3-گلوکوزید، گلهای قرمز/قرمز حاوی آنتوسیانینهای غنی از سیانیدین 3-گلوکوزید و گلهای نارنجی/ قرمز آجری حاوی آنتوسیانینهای مبتنی بر پلارگونیدین 3-گلوکوزید هستند (29).
آئورون (Aurone)، یک کلاس از فلاونوئیدهای کمیاب میباشد که گلهای زرد روشنتری را نسبت به چالکونها میدهد و در تعداد محدودی از گونهها مانند گل شاه اشرفی یا ستاره (Cosmos bipinnatus)، گُل شَصتعَروسان (لیمونیوم) و گل میمونی (Antirrhinum majus) یافت میشود (23). تشکیل آئوریسیدین و براکتیاتین بترتیب از تترا هیدروکسیلاز چالکون و پنتا هیدروکسیلاز چالکون مشتق شده است که یک فرایند تک آنزیمی کاتالیز شده توسط همان آنزیم آئوریسیدین سنتاز را نشان میدهد (18). AS1 (Aureusidin synthase) و4'CGT (Chalcone 4'-O-glucosyltransferase) ژنهای مهم درگیر در مسیر بیوسنتزی رنگدانهها از گیاه گل میمون زرد رنگ است که در فرایند بالا برای بیان مسیر بیوسنتزی آئورون ضروری است (شکل 1).
از آنجا که انتقال ژن و باززایی بیشتر گیاهان عالی زمانبر و پرهزینه است، بنابراین ﺑﯿﺎن ﻣﻮﻗﺖ ژنﻫﺎی ﺑﯿﮕﺎﻧﻪ در ﺑﺎﻓﺖﻫﺎی ﮔﯿﺎﻫﯽ، روﺷﯽ ارزﺷﻤﻨﺪ در ﺑﯿﻮﺗﮑﻨﻮﻟﻮژی ﮔﯿﺎﻫﯽ اﺳﺖ و ﺑﺮای آﻧﺎﻟﯿﺰ ﻋﻤﻠﮑﺮد ژن در زﻣﺎن ﮐﻮﺗﺎه روش ﮐﺎرآﻣﺪی ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ. اﯾﻦ روش ﺳﺮﯾﻊ، اﻧﻌﻄﺎفﭘﺬﯾﺮ، ﺳﺎده، ﺑﯽﻧﯿﺎز ﺑﻪ ﮐﺸﺖﺑﺎﻓﺖ و در ﺑﺎﻓﺖﻫﺎی ﺗﻤﺎﯾﺰ ﯾﺎﻓﺘﻪ ﻗﺎﺑﻞ اﺟﺮا ﺑﻮده و ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ﺗﺤﺖ ﺗﺄﺛﯿﺮ ﻣﺤﯿﻂ ﻧﯿﺴﺖ (7). آزﻣﻮنﻫﺎی ﺑﯿﺎن ﻣﻮﻗﺖ ژن (سیستم اﮔﺮواﯾﻨﻔﯿﻠﺘﺮﯾﺸﻦ) بعنوان ﯾﮏ راﻫﮑﺎر ﻣﻨﺎﺳﺐ ﺑﺮای ﭘﯿﺶﺑﯿﻨﯽ وﺿﻌﯿﺖ ﺗﺮارﯾﺨﺘﯽ ﭘﺎﯾﺪار ﺑﮐﺎر ﻣﯽرود و اﻣﮑﺎن ﺑﺮرﺳﯽ ﺑﯿﺎن و ﻋﻤﻠﮑﺮد ﺑﺮﺧﯽ از ژنﻫﺎ را در ﭼﻨﺪ روز ﻓﺮاﻫﻢ مینماید (28).
ﻫﺮ ﭼﻨﺪ ﮐﻪ اﻣﺮوزه ﻫﻤﭽﻨﺎن از اﯾﻦ روش ﺑﺮای ﺑﺮرﺳﯽ ﻣﮑﺎﻧﯿﺰم ﺧﺎﻣﻮﺷﯽ ژن ﺑﺎ ﺗﺤﺮﯾﮏ وﯾﺮوس ﺑﻬﺮهﮔﯿﺮی ﻣﯽﺷﻮد (31). در حالت بیان پایدار ژن و تراریخت کردن با آگروباکتریوم، T-DNA حامل ژن یا ژنهای مورد نظر با ژنگان میزبان تلفیق میشود. در حالی که در بیان موقت، نسخههایی از T-DNA تلفیق نشده در هسته یاختههای میزبان وارد شده و میتوانند 1000 مرتبه بیشتر از حالت پایدار بیان شوند (11). همچنین میتوان با این روش میزان بیان ژنها را در یک زمان کوتاه بدون نیاز به باززایی یاختههای تراریخت، ارزیابی کرد. از طرف دیگر این روش برای بیان ژنهای نسبتا بزرگ (بزرگتر از kb 2) هم مناسب است (11). در پژوهشی با استفاده از سیستم بیان موقت اگرواینفیلتریشن و با انتقال دو سازه ژنی فلاونوئیدʹ3،ʹ5-هیدروکسیلاز از گل اطلسی و DFR از زنبق در گلبرگهای ژاله، رنگ آبی در کلاله و دانههای گرده ایجاد شد (10). در پژوهشی دیگر با استفاده از سیستم بیان موقت و با انتقال سازههای تک ژنی (حملکننده ژن فلاونوئیدʹ3،ʹ5-هیدروکسیلاز از گل بنفشه) و دو ژنی (حملکننده ژن فلاونوئیدʹ3،ʹ5- هیدروکسیلاز از گل بنفشه و ژن DFR از زنبق هلندی) به ﮔﻠﺒﺮگﻫﺎی ﮔﻞ ژاﻟﻪ ﺗﻮﻟﯿﺪ دﻟﻔﯿﻨﯿﺪﯾﻦ مشاهده شد (15).
شکل 1- مسیر زیست ساخت فلاونوئیدها (آئورون) از اسید آمینه فنیل آلانین برای ایجاد رنگ گل در گیاهان زینتی (18).
با وجود پالت بزرگ رنگی موجود در میان گونههای بنفشه آفریقایی، تغییر رنگ گل توسط مهندسی ژنتیک هنوز در بنفشه آفریقایی گزارش نشده است. اگر چه منابع غنی در ارقام گیاه زینتی بنفشه آفریقایی با رنگهای متنوع وجود دارد ولی فاقد واریته زرد رنگ است. بنابراین با توجه به محبوبیت گیاه زینتی بنفشه آفریقایی در میان گلهای زینتی، در صورت موفقیت و دستیابی به گلبرگهایی با رنگ نوین زرد، گیاه زینتی مورد نظر از لحاظ تجاری بسیار با ارزش خواهد شد و میتواند دارای اهمیت قابل توجهی در بازار باشد. لذا این پژوهش به مطالعهی تغییر رنگ گل بنفشه آفریقایی و تولید مسیر بیوسنتزی رنگدانه آئورون با استفاده از سیستم اگرواینفیلتریشن میپردازد. اهداف این پژوهش عبارتند: جداسازی ژنهای درگیر در مسیر بیوسنتزی آئورون در گل میمون، ساخت سازههای ژنی pBI121+4'CGTو pCAMBIA1304+AS1 و انتقال دو سازه ژنی با هم به آگروباکتریوم سویه LBA4404، تغییر مسیر بیوسنتزی به سمت آئورون برای ایجاد رنگ زرد در گلبرگهای گیاه بنفشه آفریقایی سفید، انتقال سازههای ژنی از طریق روش انتقال بیان موقت و ارزیابی مولکولی گیاهان تراریخته بنفشه آفریقایی با روش بیان موقت از طریق روشهای آزمونهای PCR و میکروسکوپ نوری.
مواد و روشها
طراحی و ساخت سازههای ژنی AS1 و 4'CGT : در این پژوهش که در پژوهشکده ژنتیک و زیست فناوری طبرستان انجام شد از دو سازه ژنی برای ایجاد تغییر رنگ گل به رنگ زرد و تولید مسیر بیوسنتزی رنگدانه آئورون استفاده شد. با استفاده از بانک اطلاعاتی NCBI وBLAST ، توالی نوکلئوتیدی و اسید آمینهای ژنهای 4'CGT و AS1 در گیاه زینتی گل میمونی بترتیب با شماره دسترسیAB198665 و AB044884 به همراه سایر ویژگیها (ویژگیهای توالیهای مورد بررسی از جمله طولmRNA ،cDNA ، تعداد اگزون و اینترون، طول پروتئین و شماره دسترسی توالیها) مورد بررسی قرار گرفت. پس از دریافت تمام توالیها، توالیهای تکراری حذف و در نهایت تائید وجود ژنها در توالیهای شناسایی شده با استفاده از پایگاه دادهCDD انجام گردید. پرایمرهای اختصاصی ژن AS1 با توجه به توالی جایگاههای برشی آنزیمهای Nco I و BstE II در ناقل pCAMBIA1304 و ژن 4'CGT با توالی جایگاههای برشی آنزیمهای Sac I و BamH I در ناقلpBI121 با استفاده از نرمافزار Oligo 7 طراحی شدند. به منظور افزایش کارایی هضم توسط آنزیمهای برشی از جدول Cleavage Close to the End of DNA Fragments استفاده شد. رشتههای اولیگونوکلئوتیدی استفاده شده بعنوان آغازگر در این پژوهش در جدول 1 آورده شدهاند. واکنشهای تکثیر ژنهای مورد بررسی به ترتیب بصورت جداگانه با آغازگرهای اختصاصی مربوطه و با برنامه دمایی، واسرشتگی اولیه 5 دقیقه در 95 درجه سانتیگراد، واسرشتگی 1 دقیقه در دمای 95 درجه سانتیگراد، اتصال 1 دقیقه در 60 درجه سانتیگراد، گسترش 4 دقیقه در 72 درجه سانتیگراد و گسترش نهایی 10 دقیقه در 72 درجه سانتی گراد طی 35 چرخه انجام شد. در واکنش PCR ازcDNA بعنوان الگو استفاده شد. پس از بررسی نتایج واکنش PCR روی ژل آگاروز یک درصد و تأیید اندازه، قطعات تکثیری با استفاده از کیت استخراج از ژل شرکت طبق دستورالعمل شرکت سازنده جداسازی و خالص سازی شدند. پس از خالص سازی قطعات، واکنش اتصال بین این قطعات و پلاسمیدهای مورد نظر توسط آنزیم DNA لیگاز T4 انجام شد. در ادامه پلاسمیدهای نوترکیب حاصل با استفاده از روش شوک حرارتی به باکتری مستعد E. coli سویه DH5α منتقل شدند. بدین ترتیب، ژن 4'CGT در ناقل pBI121 و ژن AS1 در ناقل pCAMBIA1304 در سمت ´5 و ´3 کلون شد و پلاسمیدهای نوترکیب به دست آمده بترتیب pBI121-4'CGT و pCAMBIA1304-AS1 (شکل 2) نامیده شدند. پلاسمیدهای نوترکیب حاصل با استفاده از روشهای کلونی PCR، الگوی هضم آنزیمی توسط آنزیمهای ذکر شده برای هر ناقل و توالییابی مورد بررسی صحت همسانهسازی قرار گرفت.
از اگروباکتریوم سویه LBA4404 برای انتقال ژن به گیاه استفاده شد. پس از تهیه سلولهای مستعد از اگروباکتریوم، انتقال پلاسمیدهای نوترکیب بطور همزمان با همدیگر و با میزان مناسب از هر دو ناقل (ng/µl 100) با استفاده از روش الکتروپوریشن انتقال داده شد و بر روی محیط انتخابی LB آگار حاوی آنتی بیوتیکهای مناسب ریفامپیسین mgl-150 و کانامایسین mgl-150 کشت شدند و در 28 درجه سانتیگراد به مدت 3 شبانه روز در تاریکی انکوبه گردیدند. سپس مجدد درستی تراریخته بودن کلونیهای نوترکیب که بر روی محیط انتخابی رشد کرده بودند با آزمون کلونیPCR به تایید رسید.
انتقال سازه ژنی با سیستم بیان زودگذر (اگرواینفیلتریشن) در گلبرگ بنفشه آفریقایی: جهت آمادهسازی محلول اگرواینفیلتریشن برای تزریق، ابتدا آگروباکتریوم حاوی سازه ژنی روی محیطکشت جامد لوریا-برتانی (LB) دارای آنتیبیوتیکهای ریفامپیسین mgl-150 و کانامایسین mgl-150 به مدت 3 روز در تاریکی و در دمای 28 درجه سانتیگراد کشت شد.
جدول 1- پرایمرهای مورد استفاده برای PCR و توالییابی |
||||
No |
پرایمر رفت |
توالی (5'-Sequence-3') |
پرایمر برگشت |
توالی (5'-Sequence-3') |
1 |
BamH I -4'CGT-FW |
GGGGATCCATGGGAGAAGAATACAAGAAA
|
Sac I - 4'CGT -RV |
GGGAGCTCTTAACGAGTGACCGAGTTGAT |
2 |
Nco I - AS1 -FW |
GGCCATGGATGTTCAAAAATCCTAATATC
|
BstE II - AS1 -RV |
GGGGTTACCTTAGCCATCAAGCTCAATCTT |
شکل 2- طرح شماتیک سازههای ژنی. (الف): pBI121-4'CGT این سازه دارای ژن مقاومت به کانامایسین (KanR)، محلهای برشی BamH I وSac I ، پیشبرنده CaM35S، توالی خاتمهدهنده نسخهبرداری (NOS)، توالی افزایش دهنده بیانی (Kozak sequence)، توالیهای مرزی چپ (LB) و راست (RB) و ژن (4'CGT) میباشد. (ب): pCAMBIA1304-AS1 این سازه دارای ژن مقاومت به هیگرومایسین (hpt II)، محلهای برشی Nco I وBstE II ، پیشبرنده CaM35S، توالی خاتمهدهنده نسخهبرداری (NOS)، توالی افزایش دهنده بیانی (Kozak sequence)، توالیهای مرزی چپ (LB) و راست (RB) و ژن (AS1) میباشد.
پس از 3 روز، با بهرهگیری از کلونیهای آگروباکتریوم رشد یافته، 20 میلیلیتر محیطکشت مایع LB دارای آنتیبیوتیکهای ریفامپیسین mgl-150 و کانامایسین mgl-150 مایه کوبی شده و یک شبانه روز در دمای 28 درجه سانتیگراد و در شرایط تاریکی تکان داده شد. با گذشت یک روز، باکتریهای رشد یافته در 20 میلیلیتر LB، در 3200 دور در دقیقه به مدت 10 دقیقه سانتریفوژ شده و بخش شناور آن را دور ریخته و رسوب چسبیده به ته فالکون را در محیطکشت AB (22) به همراه 240 میلیگرم مونوفسفات سدیم (NaH2PO4)، 7/14 گرم 2-(ان-مورفولینو) اتان سولفونیک اسید (MES)، 10 گرم در لیتر گلوکز و 100 میکرومول استوسیرینگون (pH 5/5) رشد تعلیق کرده و به مدت 6 ساعت در دمای اتاق و در تاریکی تکان داده شدند. سپس برای بار دوم این سوسپانسیون باکتری در 3200 دور در دقیقه و به مدت 10 دقیقه سانتریفوژ گردید و رسوب چسبیده به ته فالکون در محیط اینفیلتریشن (گلوکز 1% و 100 میکرومول استوسیرینگون) تعلیق شده و به گونهای رقیق شد که چگالی چشمی (OD) آن به 5/0 تا 6/0 رسید. در این مرحله 1 تا 5/1 میلیلیتر از محلول اگرواینفیلتریشن آماده شده با OD مورد نظر به نمونههای شاهد (بدون تزریق)، شاهد تزریق شده با محلول اگرواینفیلتریشن بدون سازه ژنی و نمونه تزریق شده با محلول اگرواینفیلتریشن حاوی سازه ژنی در بخشهای پایه گلبرگهای سفید بنفشه آفریقایی سرنگ بدون سوزن تزریق شد. پس از 3 روز از تزریق محلول اگرواینفیلتریشن و مشاهده چشمی تغییر وضعیت نمونهها، گلبرگهای که تزریق شده بودند جدا شدند و در دمای 80- نگهداری شدند.
آنالیز میکروسکوپ نوری: گلبرگهای شاهد و تراریخت موقت (زرد رنگ) به قطعات 5×5 میلیمتر برش عرضی داده شده و در 4% آگارز تعبیه شدند. بخشهای نازک (ضخامت 100 میلیمتر) با میکرو برشدهنده DTK-1000 (D.S.K.) برش داده شدند. سپس برای بررسی دقیقتر تغییر رنگ گلبرگها با استفاده از میکروسکوپ نوری مدلVH-Z75 (Keyence) مورد بررسی قرار گرفت.
آنالیزهای مولکولی: گلبرگهای شاهد و گلبرگهایی تراریخته احتمالی تغییر رنگ یافته پس از استخراج DNA ژنومی برای تایید حضور بررسی دو قطعه ژنی با آزمون واکنش زنجیرهای پلیمراز و با استفاده از پرایمرهای اختصاصی طراحی شده آنالیز شدند.
آنالیز آئوروسیدین-6-او- گلوکزید (AOG) با استفاده از HPLC-DAD-MSn : ارزیابی AOG که محصول نهایی آئورون میباشد با استفاده از دستگاه HPLC-DAD-MSn مورد آنالیز قرار گرفت. این سیستم HPLC بصورت آنلاین با یک طیف سنج جرمی یونی Bruker (Bremen, Germany) همراه با منبع ESI بود. بدین منظور از گلبرگهای بنفشه آفریقایی تراریخت تغییر یافته به رنگ زرد، بنفشه آفریقایی سفید (غیر تراریخت) و گل میمونی زرد رنگ عصاره متانولی تهیه گردید. پس از تهیه عصاره غلیظ جهت بررسی کمی و کیفی میزان AOG در مسیر بیوسنتزی آئورون، آنتوسیانیدین و فلاونها به دستگاه تزریق شد. فاز متحرک دستگاه شامل 2 قسمت A و B میباشد. فاز متحرک A شامل 1/0% TFA⁄water (eluent A) و فاز متحرک B نیز از ml 900 استونیتریل و ml100 آب تشکیل شده است. نمونهها در طول موجهای خاص 400، 360 و 520 نانومتر بطور جداگانه برای پیکهای آئورون، فلاونها و آنتوسیانیدینها به ترتیب مورد بررسی قرار گرفت و طی زمان 40 دقیقه اندازهگیری و شناسایی شد. اجزای محلول با بهرهگیری از یک ستون (XDB-C18) با ابعاد mm6/4×150، دتکتور UV با طول موجهای خاص، پمپ Quaternary، سرعت جریان ml /min1، سوزن تزریق کننده همیلتون µl2، حجم تزریق 20 میکرولیتر و نرم افزار ChemStation بررسی گردید. نمونههای استاندارد (AOG)، نارینجنین و چالکون که مادهای پودری است به میزان 1 میلیگرم بود در cc10 متانول حل نمودیم و به جز چالکون بقیه در آب رقیق گردید. برای بدست آوردن منحنیهای کالیبراسیون دیگر نمونهها نیز از کالیبراسیون استاندارد UV استفاده شد. پیکهای مربوط به AOG، نارینجنین و چالکون با استاندارد مقایسه و مقادیر هر یک براساس کروماتوگرام بر حسب میلیگرم در گرم طیف استاندارد محاسبه شد. جمع آوری و پردازش دادهها با استفاده از نرم افزار Bruker انجام شد. طیف سنج جرمی در حالت یونی مثبت و خودکار MSn با دامنه اسکن از 100 تا 1000 mz/z عمل میکند.
نتایج
ساب کلونینگ ژن 4'CGT و AS1 در ناقل pBI121 و
pCAMBIA1304 : قرار گرفتن دو کاست ژنی4'CGT و AS1 بترتیب در دو پلاسمید pBI121 و pCAMBIA1304 با هضم آنزیمی، واکنش زنجیرهای پلیمراز و توالییابی تایید شدند. بدین صورت که در محیط کشت LB حاوی4'CGT pBI121+ اکثر کلونیهای مقاوم در محیط انتخابی، باند مربوطه با اندازه (1374 جفت باز) دارا بودند، در حالیکه محیط کشت LB حاویAS1 pCAMBIA1304+ تنها دو کلونیهای مقاوم در محیط انتخابی، باند با اندازه مورد نظر (1689 جفت باز) را ایجاد کرد (شکل3). نتایج بدست آمده مشخص نمود که انتقال همزمان دو ناقلهای نوترکیب pBI121+4'CGT وAS1 pCAMBIA1304+ به سلولهای مستعد اگروباکتریوم موفقیت آمیز بود و کلونیهای نوترکیب بر روی محیط انتخابی مشاهده شدند، که با آزمون PCR تراریخته بودن و وجود پلاسمیدها در اگروباکتریوم اثبات شد. کلونیهای نوترکیب در سطح محیط کشت LB حاوی آنتیبیوتیکهای (ریفامپیسین mgl-1 100+ کانامایسین mgl-150) انتخاب شده و سپس با روش Colony PCR و با استفاده از آغارگرهای اختصاصی، حضور دو قطعه ژنی (4'CGT وAS1 ) با همدیگر بترتیب با اندازههای 1374 و 1689 جفت بازی تایید شد (دادهها آورده نشدهاند).
انتقال سازه ژنی و بررسی فنوتیپی گلبرگهای بنفشه آفریقایی ترایخت: گیاهان زینتی بنفشه آفریقایی(Saintpaulia 'Jolly Diamond') برای تراریختهسازی موقت استفاده شدند. ابتدا بررسی تغییر رنگ گلبرگها با مشاهده چشمی مورد مطالعه قرار گرفتند.
مشاهده چشمی این آزمایش پس از 3 روز بواضح تغییر رنگ گلبرگهای سفید بنفشه آفریقایی با هالهی زرد کم رنگ را در نمونه تزریق شده با سازه ژنی 4'CGT و AS1 را نشان داد در حالی که هیچ تغییری در گلبرگهای شاهد و تزریق با محلول اگروایفیلتریشن بدون سازه ژنی مشاهده نشد (شکل 4). این آزمایش دو بار تکرار شد و نتایج مشابهی بدست آمد (داده ها نشان داده نشدهاند).
شکل 3- انتخاب کلونیهای مثبت و تایید ساب کلونینگ با استفاده از تکنیک Colony PCR با آغارگرهای اختصاصی ژن و هضم آنزیمی ناقل نوترکیب. (الف): CK-: کنترل منفی (بدون DNA)، CK+: کنترل مثبت (الگوی cDNA)، شماره های 1 تا 6: نتایج حاصل از ) Colony PCR کلونیهای ترانسفورم شده با (pBI121+4'CGT، M: مارکر وزنی bp 100. (ب): چاهک 1: نشانگر مولکولی تعیین اندازه KB1، چاهک 2: ناقل هضم نشده، چاهک 3: هضم آنزیمی ناقل نوترکیب با دو آنزیم BamH I وSac I. (پ) : CK-: کنترل منفی (بدون DNA)،CK+ : کنترل مثبت (الگوی cDNA)، شمارههای 1 تا 11: نتایج حاصل از (Colony PCR کلونیهای ترانسفورم شده با AS1 (pCAMBIA1304+، M: مارکر وزنی bp100. (ت): چاهک 1: نشانگر مولکولی تعیین اندازه KB1، چاهک 2: ناقل هضم نشده، چاهک 3: هضم آنزیمی ناقل نوترکیب با دو آنزیم Nco I وBstE II.
شکل 4- نتایج حاصل از نفوذ آگروباکتریوم با سیستم بیان زود گذر در گلبرگهای بنفشه آفریقایی. (الف): شیوه تزریق محلول اگرواینفیلتریشن آگروباکتریوم در بخش های گلبرگهای سفید بنفشه آفریقایی با سرنگ بدون سوزن (فلش سبز: نمونه شاهد، فلش آبی: نمونه شاهد تزریق شده با محلول اگرواینفیلتریشن بدون سازه ژنی و فلش نارنجی : نمونه تزریق شده با محلول اگرواینفیلتریشن حاوی سازه ژنی)، (ب): بررسی فنوتیپی گلبرگهای سفید شاهد (بدون تزریق)، (پ): نمونه تزریق شده با محلول اگرواینفیلتریشن بدون سازه ژنی، (ت): نمونه تزریق شده با محلول اگرواینفیلتریشن حاوی سازه ژنی(تغییر رنگ با لکههای زرد کم رنگ در بخشهایی از گلبرگهای تزریق یافته حاوی سازه ژنی 4'CGT +AS1 نشان داده شده است).
بررسی گلبرگها بنفشه آفریقایی ترایخت با میکروسکوپ نوری: نتایج میکروسکوپ نوری بطور واضح و کامل تغییر رنگ به سمت زرد کم رنگ در نمونههای تزریق شده حاوی سازه ژنی را نشان داد و در نمونههای تزریق یافته بدون سازه ژنی تغییری مشاهده نشد. همچنین قسمت تزریق شده با فلش مشخص نمود محدود به اپیدرم مایع رنگی ساخت ژن است. بطور کلی نتایج مشخص نمود که نفوذ با سیستم بیان زودگذر در گلبرگ بنفشه آفریقایی با موفقیت انجام گردید (شکل 5). این نشان میدهد که نه تنها به سطح گلبرگ نفوذ کرده است بلکه کاملا درون ژنوم گیاه وارد شده است.
شکل 5- مشاهده فنوتیپی گلبرگها با میکروسکوپ نوری. (الف و ب): مشاهده فنوتیپی تغییر رنگ گلبرگهای زیر میکروسکوپ به ترتیب در نمونههای بدون سازه ژنی و با سازه ژنی، (ب و پ): مشاهده دقیق و واضح تغییر رنگ گلبرگهای در محل تولید شده بترتیب در نمونههای بدون سازه ژنی (رنگ سفید) و با سازه ژنی (رنگ زرد)، (ث و ج): قسمت تزریق شده با فلش محدود به اپیدرم مایع رنگی ساخت ژن است.
آنالیز مولکولی
بررسی گلبرگهای تراریخت بیان زودگذر با PCR: نمونههای DNA از گلبرگهای شاهد سفید بنفشه آفریقایی بدون تزریق، شاهد تزریق شده با محلول اگرواینفیلتریشن بدون سازه ژنی و گلبرگ تزریق شده با محلول اگرواینفیلتریشن حاوی سازه ژنی، استخراج و سپس روی ژل آگارز 8/0% برده شدند (شکل6).
برای ﺗﺄﻳﻴﺪ حضور قطعات ژنی 4'CGT و AS1 در گلبرگهای تراریخته موقت آنالیز PCR با آغارگرهای اختصاصی بصورت با همدیگر انجام گردید. نتایج بدست آمده نشان داد که گیاهان تراریخته موقت مورد مطالعه باند مربوط به هر دو قطعه ژن مورد بررسی را دارا بودند. همچنین این نتایج بررسی وجود دو تا ژن درگیر در مسیر بیوسنتزی آئورون با PCR حضور ژنهای 4'CGT و AS1 را با همدیگر به ترتیب با اندازه 1374 و 1689 جفتبازی تایید نمود. بدین ترتیب، این نتایج به وضوح حضور و بیان ژنهای 4'CGT +AS1 را برای تولید مسیر بیوسنتزی رنگدانه آئورون جهت تغییر رنگ گلبرگ از سفید به زرد نشان داد لذا میتوان سازه ژنی را با اعتماد بیشتری برای تراریخته شدن دائم به گیاهان زینتی انتقال داد (شکل 6).
تجمع آئوروسیدین-6-او- گلوکزید با استفاده از HPLC-DAD-MSn : نتایج کروماتوگرام HPLC نشان داد که گلهای میمونی زرد رنگ حاوی ترکیبی است که بطور طبیعی در بنفشه آفریقایی تولید نمیشود (شکل7-ب ، پیکهای 1و 1ʹ)، در حالی پیکهای ایجاد شده در گلبرگهای بنفشه آفریقایی تراریخته نشاندهنده وجود این ترکیبات میباشد (شکل 7-ج، پیکهای 1و 1ʹ).
این ترکیبات در گلهای میمون زرد رنگ در زمان RT 9/3 و 5/2 دقیقه به عنوان فلاونوئید AOG (4 ، 6 ، 3ʹ4ʹ-tetrahydroxyaurone-6-O- گلوکوزید) شناخته شده است (شکل 7-الف، پیکهای 1و 1ʹ). اجزای AOG (پیک 1ʹ ، 9/3 RT دقیقه) در گلبرگهای بنفشه آفریقایی تراریخت تغییر یافته به رنگ زرد و گل میمونی زرد رنگ به ترتیب 95/2 و 45/3 میلیگرم در گرم میباشد. در حالیکه، در گلبرگهای سفید بنفشه آفریقایی (غیر تراریخت) پیک مشاهده نشد (جدول 2).
شکل 6- بررسی DNA ژنومی استخراج شده از گلبرگهای تزریق شده و شاهد با استفاده از تکنیک PCR و آغازگرهای اختصاصی. (الف): نتایج حاصل از PCR: CK+: کنترل مثبت (سازه ژنی pBI121-4'CGT و pCAMBIA1304-AS1 تخلیص شده)، چاهک دوم: CK- (آب مقطر بدون DNA)، چاهک سوم: گلبرگ شاهد (بدون تزریق)، چاهک چهارم: گلبرگهای شاهد تزریق یافته با محلول بدون اگرواینفیلتریشن بدون سازه ژنی، چاهک پنجم: گلبرگهای شاهد تزریق یافته با محلول اگرواینفیلتریشن با سازه ژنی، (ب): بررسی جداگانه دقیقتر وجود دو ژن
جدول 2- تجزیه و تحلیل فلاونوئیدها از گلبرگها |
||||||
No |
ژنوتیپ |
آئورون در 400 نانومتر |
آنتوسیانیدینها در 520 نانومتر |
فلاون ها در 360 نانومتر |
فنوتیپ |
|
پیک 1 (2.5 دقیقه) |
پیک 1ʹ (3.9 دقیقه) |
|||||
شاهد |
Senk's Alchemy Parakeet’
|
- |
- |
- |
986/0 |
سفید |
بنفشه تراریخته |
4ʹCGT+ AS1 |
528/0 |
95/2 |
- |
23/1 |
زرد |
گل میمون زرد |
cv. Snap Yellow (Endogenous Am4ʹCGT and AmAS1) |
632/0 |
45/3 |
- |
5/1 |
زرد |
فلاونوئیدها در گیاهان تراریخته و غیر تراریخته توسط HPLC شناسایی شدند و داده ها جمع بندی شدند. پیک های 1 و 1ʹ : آئوروسیدین-6-او- گلوکزید (AOG)، پیکهای 2، 3 و 4: آنتوسیانیدینها و پیک های 5، 6 و 7 : فلاون (NC: نارینجنین چالکون و مشتقات آن). |
آنالیز MS-MS پیک ʹ1 از m/z 449 مشخص نمود که در جداسازی MS2 یک قطعه گلوکز در 287 m/z به دلیل از دست دادن 162 واحد جرم اتمی بدست آمد (شکل8). همچنین، کروماتوگرام HPLC نشان داد که اجزا از هم دیگر بخوبی جدا شدند. تجمع چالکون باعث تشکیل آئوروسیدین-6-او- گلوکزید در گلبرگهای بنفشه آفریقایی تراریخته گردید.
شکل 7- آزمون کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا جهت ارزیابی آئوروسیدین-6-او-گلوکزید. (الف): کروماتوگرام HPLC گلبرگ گل میمونی زرد رنگ، (ب): کروماتوگرامHPLC گلبرگ بنفشه آفریقایی غیر تراریخت، (ج): کروماتوگرامHPLC گلبرگ بنفشه آفریقایی تراریخت. کروماتوگرام HPLC گلبرگهای گل میمونی زرد رنگ و بنفشه آفریقایی تراریخته (AOG) را در پیکهای 1 و 1ʹ در 400 نانومتر نشان میدهد.
شکل 8- آزمون طیف جرمی و جداسازی MS-MS از ( m/z= 449) AOG گل میمون
بحث
ایجاد صفات جدید مانند رنگ گل در صنعت گیاهان زینتی بطور مستقیم با ارزش تجاری آن مرتبط است (6، 24). استراتژیهای تراریخته دارای پتانسیل عظیمی برای تولید فنوتیپهای جدیدی هستند که در طبیعت یافت نمیشوند (19). گزارش شده است که گیاه زینتی بنفشه آفریقایی (25)، شمعدانی، نگونسار دارای رنگهای متفاوت بجز رنگ زرد و نارنجی هستند (9، 29). رنگدانههای اصلی هدف اصلاح رنگ گل، آنتوسیانینها بودهاند که به تولید رنگهای مختلف مانند قرمز، صورتی و آبی کمک میکند، اما مطالعات اخیر نیز از ترکیبات رنگی چالکون و آئورون برای تولید گلهای زرد رنگ استفاده کردهاند (26).
در پژوهش حاضر برای اولین بار با مهندسی ژنتیکی مسیر بیوسنتزی آئورون (AS1+4'CGT) و با استفاده از سیستم بیان موقت اگرواینفیلتریشن ایجاد رنگ جدید زرد در گلبرگهای بنفشه آفریقایی سفید انجام شد. این نتایج نشان میدهد که گلبرگهای بنفشه آفریقایی سفید چالکون تولید میکنند و وجود مالونیل ترانسفراز باعث تجمع آئورون میشود. چالکون یک آنزیم کلیدی در بیوسنتز فلاونوئید گیاهان گلدار از جمله آئورون است که به نارینجنین بیرنگی تبدیل میشود و نقش مهمی را در ایجاد رنگ در گلهای زینتی ایفا میکند (12، 27، 30). اخیرا گزارش شده است که به دلیل عدم وجود مونونیل ترانسفراز در کلاله گیاه سفید (Ipomoea nil)قادر به تجمع رنگدانه آئورون و رنگ زرد در گلبرگها نمیباشد (9). در پژوهشی آنالیز مولکولی مشخص نمود که دو ژن مجزا چالکون سنتاز SaCHSA و SaCHSD در گیاهان زینتی بنفشه آفریقایی وجود دارد (4). این نتایج وجود چالکون در گیاه زینتی بنفشه آفریقایی برای بررسی پژوهش حاضر بسیار مهم و ضروری میباشد.
به نقل از انو و همکاران در سال (2006) بیان همزمان ژنهای Am4'CGT و AmAS1 از گل میمون زرد رنگ همراه با خاموشی ژنهای بیوسنتز آنتوسیانین (F3H، DFR) با موفقیت باعث تولید اورئوسیدین 6-O-گلوکوزید و در نتیجه منجر به گلبرگهای زرد رنگ در گیاهان زینتی تورنیا میشود (18). در پژوهشی دیگر بیان همزمان ژنهای Am4'CGT و AmAS1 همراه با خاموشی ژن چالکون ایزومراز برای ایجاد مسیر بیوسنتزی پیشنهاد دادهاند (9). در حالیکه، در پژوهش حاضر انتقال همزمان ژنهای 4'CGT و AS1 در دو وکتور متفاوت با موفقیت باعث ایجاد آئورون و رنگ زرد در گلبرگ سفید گردید. رزمی و همکاران (1392) در تحقیقاتی ژن لوسیفراز حشره شب تاب گونه ایرانی Lampyris turkestanicus را با استفاده از آگروباکتریوم به گیاه زینتی بنفشه آفریقایی جهت نشر نور قرمز منتقل کردند. حضور ژن در ژنوم گیاه و نسخهبرداری با استفاده از آنالیزهای PCR و PCR-RT تأیید شد. همچنین نتایج حاصل از سنجش لومینومتری، فعالیت آنزیم لوسیفراز را در بافتهای برگی بعضی از گیاهان نشان داد، در حالی که در گیاهان شاهد نشر نوری مشاهده نشد (1).
استفاده از سیستم اگرواینفیلتریشن عملکرد سازههای ژنی مورد بررسی و تغییر رنگ گل را بدون نیاز به کشت بافت، انتخاب گیاهان تراریخت، بدون هزینه و در کوتاهترین زمان امکانپذیر می کند. این سیستم آزمایش سریع تراریختهها را در جوانههای گیاه پامچال بطورت موقت امکان پذیر نمود. بیان GUS در کوتیلدون، برگها و ریشه جوانههای گیاه پامچال پس از چند روز مشاهده شد (8). بررسی اﮔﺮواﯾﻨﻔﯿﻠﺘﺮﯾﺸﻦ RNAi ژن ﭼﺎﻟﮑﻮن ﺳﻨﺘﺎز در ﮔﻠﺒﺮگﻫـﺎی ﮔـﻞ ﻣﯿﻤـﻮن مشخص نمود ﮐﻪ ﺑﺎ ﺧﺎﻣﻮﺷﯽ اﯾﻦ ژن، ﻫﯿﭽﮕﻮﻧﻪ رﻧﮕﯿﺰهای در ﮔﻠﺒﺮگﻫﺎی ﮔﻞ ﻣﯿﻤﻮن ﺗﻮﻟﯿﺪ ﻧﻤﯽﺷﻮد و رﻧﮓ آنﻫﺎ از ﺑﻨﻔﺶ ﺑﻪ ﺳﻔﯿﺪ ﺗﻐﯿﯿﺮ ﻣﯽکند (22). انتقال سازه دارای ژن فلاونوئیدʹ3،ʹ5- هیدروکسیلاز از گل اطلسی و ژن DFR از زنبق به گلبرگهای ژاله با استفاده از این سیستم اﮔﺮواﯾﻨﻔﯿﻠﺘﺮﯾﺸﻦ منجر به تغییر میزان آنتوسیانینهای گلبرگهای تزریق یافته و ایجاد رنگ آبی در کلاله و دانههای گرده گردید (10). استفاده از تکنیک RNAi جهت خاموشی ژن چالکون ایزومراز در مسیر بیوسنتزی تولید رنگدانه گل اطلسی (Petunia hybrida) توسط اگرواینفلتریشن سبب تجمع آنتوسیانین و کاهش mRNAهای اندوژن هدفهای مربوطه در ناحیه نفوذی گلبرگهای چهار رنگ گل گیاه اطلسی شد (13). در پژوهشی جهت تولید آﻧﺘﻮﺳﯿﺎﻧﯿﻦ دﻟﻔﯿﻨﯿﺪﯾﻦ در گلبرگهای ﮔﻞ ژاﻟﻪ (ژربرا) با استفاده از سیستم بیان موقت اﮔﺮواﯾﻨﻔﯿﻠﺘﺮﯾﺸﻦ به این نتیجه رسیدند که انتقال سازههای تک ژنی (حملکننده ژن فلاونوئیدʹ3،ʹ5- هیدروکسیلاز از گل بنفشه) و دو ژنی (حملکننده ژن فلاونوئیدʹ3،ʹ5- هیدروکسیلاز از گل بنفشه و ژن DFR از زنبق هلندی) به ﮔﻠﺒﺮگﻫﺎی ﮔﻞ ژاﻟﻪ (ژربرا) به ترتیب منجر به ﺗﻮﻟﯿﺪ دﻟﻔﯿﻨﯿﺪﯾﻦ به میزان 44 و 75 درصد شدند و با موفقیت باعث تغییر در رنگ گلبرگها به رنگ آبی گردید. همچنین میزان تولید آنتوسیانینها دلفینیدین، سیانیدین، پلارگونیدین و پئونیدین با دستگاه HPLC آنالیز نمودند و پیشنهاد کردند که رقم Bismarck بهترین رقم برای تراریختی و انتقال پایدار ژنهای درگیر در مسیر بیوسنتزی آنتوسیانینها، با هدف تغییر رنگ گل به ویژه تولید دلفینیدین میباشد (15).
در پژوهشی بررسی خاموشی موقت ژن BBE1 در گیاه شقایق (Papaver somniferum L.)، با تزریق به سطح پشتی برگ این گیاه با سرنگهای یک میلیلیتری انجام شد. آنالیزهای PCR و RT-qPCR با موفقیت وجود رونوشت های این ژن ومیزان خاموشی در گیاهان تراریخت در مقایسه با گیاهان شاهد نشان داد (2). در حالیکه در پژوهش حاضر با موفقیت بررسی فنوتیپی تغییر رنگ گلبرگ و حضور بیان ژنهای 4'CGT وAS1 در گلبرگهای تراریخت با استفاده از میکروسکوپ نوری و سپس آنالیز PCRبا موفقیت تایید شد. با توجه به عملکرد سریع و ساده، اقتصادی، این سیستم یک روش مناسب و کارآمدی ﺑﺮای ﭘﯿﺶﺑﯿﻨﯽ وﺿﻌﯿﺖ ﺗﺮارﯾﺨﺘﯽ ﭘﺎﯾﺪار میباشد که سازههای ژنی با احتمال خیلی بالایی پس از تایید انتقال شوند. انباشته شدن ترکیب جدیدی AOG که محصول نهایی مسیر آئورون با موفقیت براساس زمان و طیف جرمی در گلبرگهای تراریخت موقت بنفشه آفریقایی شناسایی شد و در گلبرگهای غیر تراریخت مشاهده نشد. در پژوهشی (21) با استفاده از سیستم HPLC-DAD-MSn این ترکیب را در طول مرحله رشد تنباکو تراریخت مشاهده شد و در غیر تراریخت پیک مخصوص به این ترکیب شناسایی نشد. این ترکیب در گلبرگهای تراریخته Ipomoea nil براساس زمان و طیف جرمی شناسایی شد (9). که با نتایج این پژوهش مطابقت دارد. مطالعات آنالیز HPLC توسط انو و همکاران سال (2006) نشان داد که AOG در گیاهان تراریخته (422/0 میلیگرم در گرم) تولید شده و در گیاهان غیر تراریخته تولید نشده است (18). تشکیل آنزیمی آئورونها در عصاره گلهای زرد گل میمون با استفاده از HPLC مشخص نمود که مسیر رنگدانههای اصلی در گلها برای ایجاد آئوروسیدین-6-او- گلوکزید باز است و به دنبال آن درPHC -گلوکوزید، براکتاتین 6-گلوکوزید و THC4-گلوکوزید به ترتیب کاهش مییابد (20).
نتیجهگیری کلی
با انجام پژوهش حاضر آشکار شد ﮐﻪ روش اﮔﺮواﯾﻨﻔﯿﻠﺘﺮﯾﺸﻦ روﺷﯽ ﻣﻨﺎﺳﺐ ﺑﺮای ﺑﺮرﺳﯽ ﺑﯿﺎن ﻣﻮﻗﺖ ژنهای رنگ گل با صرف وقت کمتر و هزینه خیلی کمتر در گلبرگ گیاه زینتی بنفشه آفریقایی میباشد، زیرا انتقال این ژنها به صورت پایدار و نیازمند بررسی بیشتر بوده و گزینش گیاهان تراریخت احتمالی نیز وقت گیر بوده و به هزینه بالایی نیاز دارد. همچنین نتایج این پژوهش میتواند راهی را برای مهندسی ایجاد رنگ زرد در گونههای گیاهان زینتی که فاقد این نوع رنگ هستند باز نماید. از طرفی با کاربردی شدن این گیاهان با رنگ نوین زرد و عرضه آن بصورت تجاری و با توجه به اهمیت اقتصادی قابل توجه گیاهان زینتی در جهان و محبوبیت گیاه زینتی بنفشه آفریقایی در میان گلهای زینتی، از لحاظ تجاری بسیار با ارزش خواهد بود و دارای اهمیت قابل توجهی در بازار گل و گیاه میباشد. از ﻃﺮف دﻳﮕﺮ ﻗﻮاﻧﻴﻦ آزاد ﺳﺎزی ﮔﻴﺎﻫﺎن ﺗﺮارﻳﺨﺘﻪ ﺧﺼﻮﺻـﺎ در ﻣﻮرد ﮔﻴﺎﻫﺎن زﻳﻨﺘﻲ در ﺑﻌﻀﻲ از ﻛﺸﻮرﻫﺎ ﺗﺼﻮﻳﺐ و در ﺑﻌﻀـﻲ کشورهای دﻳﮕﺮ در ﺣﺎل ﺗﺼﻮﻳﺐ ﻣﻲ ﺑﺎﺷﻨﺪ، ﻟﺬا در آﻳﻨﺪه ﺷﺎﻫﺪ ﻧﻘﺶ ﻣـﻮﺛﺮﺗﺮ در اﺻـﻼح ﮔـﻞ و ﮔﻴﺎﻫـﺎن زﻳﻨﺘـﻲ ﺧﻮاﻫﻴﻢ ﺑﻮد.
سپاسگزاری
این پژوهش با کمک مالی شماره 980901 ستاد توسعه زیست فناوری انجام شده است. بدینوسیله از حمایت مالی توسعه زیست فناوری جهت انجام تحقیق حاضر قدردانی می شود.