SUPERVISOR
Aghafakhr Mirlohi,Azar Shahpiri
اقافخر میرلوحی فلاورجانی (استاد مشاور) آذر شاه پیری (استاد راهنما)
STUDENT
Iman Soleymani fard
ایمان سلیمانی فرد
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390
TITLE
Heterologous Expression, Purification and Study of Metal Binding Ability of One Isoform of Rice (Oryza sativa) Metallothionein Type 3
In recent years, increasing bio-pollutants entering into natural ecosystems has become one of the major challenges of human everyday life. The heavy metals caused by industrial activities mainly is considered the most dangerous polluters due to biological and chemical characteristics of inseparability. In organism's cells in order to reduce the toxic effects of metals embedded mechanisms that can include proteins with high affinity property to metal chelater. Metallothioneins (MTs) are a group of low molecular weight proteins and rich in amino acid cysteine that have the ability to have binds with various metals because of thiol groups. Plant metallothioneins, according to the classification done based on the distribution pattern of the amino acid cysteine were categorized in 4 type. Until further research in relation to metallothioneins expression analysis in different tissues by RT-PCR using isoform-specific has focused and levels has examined less of a especial role in protein. This study has been done in order to investigate the role of OsMTI-3a protein which is one isoform of type 3 of rice in tolerance ratio to heavy metals and metal-binding ability of these isoforms was performed. in order to with designing of specific primers, sequence of the gene encoding of this protein in shear position Eco R1 and Hin d??? in downstream T7 promoter was cloned and Then to expressional strain Rosetta (DE3) was transformed. Production of control strain Rosetta-pET41a large scale and recombinant strain Rosetta-pET-41a-OsMTI-3a has done by induction of expression by IPTG. Recombinant strain of bacteria tolerant to metals was investigate by Growth curves drawing in presence of cadmium chloride salts, magnesium sulfate, zinc sulfate and nickel chloride. Furthermore removal amount of metal by bacteria producing OsMTI-3a protein has done with measuring metal concentrations in the culture medium by atomic absorption spectroscopy (AAS) .Using affinity chromatography, purification of recombinant proteins and GST control, GST-OsMTI-3a was done and By comparing them in conditions in vivo and in vitro by reaction with DTNB substance as well as changes in absorbance, the preoccupation and capacity bind to metal GST-OsMTI-3a recombinant protein was measured. The results of the evaluation of recombinant strains tolerance to metals showed that GST-OsMTI-3a recombinant protein cause increasing in tolerance of bacterial cells to metals of nickel, cadmium and zinc became while the production of this protein did not cause increasing in the cell tolerance of bacterial ¬ Rosetta-pET-41a-OsMTI-3a to the copper metal. from the DTNB reaction with recombinant proteins produced in the in vivo and in vitro conditions was determined that preoccupation of the GST-OsMTI-3a protein in evaluated metals are Cd Ni Zn Cu respectively. Measurement and comparison the metal amount in the phase of culture medium of control and recombinant strains with AAS showed that GST-OsMTI-3a recombinant protein has caused a reduction in the metals cadmium, nickel and zinc with amounts 17.2, 12.6 and 8.4% of The culture medium respectively while expression of this gene didn’t show noticeable decreasing in removal of copper metal in culture medium. Finally, according to the achieved results it seems that OsMTI-3a protein has the ability to bind to cadmium, nickel and zinc metals.
در سال های اخیر، افزایش ورود آلایند های زیستی به اکوسیستم های طبیعی تبدیل به یکی از مهمترین چالش های زندگی روزمره انسان شده است. در این میان آلودگی با فلزات سنگین که عمدتاً در اثر فعالیت های صنعتی ایجاد می گردد، بدلیل ویژگی تجزیه ناپذیری زیستی و شیمیایی از خطرناکترین آلوده کننده ها بشمار می آید. در سلول های موجودات زنده بمنظور کاهش اثرات سمیت فلزات مکانیسم هایی تعبیه شده است که از جمله آن می توان پروتئین هایی با خاصیت تمایل زیاد به کلاته کردن فلز را نام برد. متالوتیونین ها (MTs) گروهی از پروتیین های با وزن ملکولی پایین و سرشار از اسید آمینه سیستیین هستند که بواسطه دارا بودن گروه تیول توانایی پیوند با فلزات مختلف را دارند. متالوتیونین های گیاهی، مطابق طبقه بندی انجام شده بر پایه الگوی پراکنش اسیدآمینه سیستئین، در چهار تیپ تقسیم بندی شده اند. تاکنون پژوهش ها در رابطه با متالوتیونین بیشتر بر روی آنالیز بیان آنها در بافت های مختلف با استفاده از روش RT-PCR متمرکز شده و کمتر به نقش اختصاصی ایزوفرم های مختلف در سطح پروتئین پرداخته اند. این تحقیق بمنظور بررسی نقش پروتئین OsMTI-3a که یکی از ایزوفرم های تیپ3 برنج می باشد در ایجاد تحمل به تنش فلزات سنگین و قابلیت اتصال به فلز این ایزوفرم انجام گردید. بدین منظور با طراحی آغازگرهای اختصاصی، توالی ژن کد کننده این پروتئین در جایگاه برشی Eco R1و Hin d??? در پایین دست پروموترT7 همسانه سازی و سپس به سویه بیانی Rosetta(DE3) منتقل گردید. با القای بیان توسط IPTG تولید مقیاس وسیع سویه شاهد Rosetta-pET41a وسویه نوترکیب Rosetta-pET-41a-OsMTI-3a میسر گشت. با رسم منحنی های رشد درحضور نمک های کلرید کادمیوم، سولفات منیزیم، سولفات روی و کلرید نیکل، تحمل باکتری سویه نوترکیب به فلزات بررسی گردید. همچنین با اندازه گیری مقدار فلزات در محیط کشت توسط دستگاه طیف سنجی جذب اتمی(AAS)، به بررسی میزان حذف فلزات توسط باکتری تولید کننده پروتئین OsMTI-3a پرداخته شد. با استفاده از روش کروماتوگرافی جذبی، خالص سازی پروتئینهای کنترل GST و نوترکیب GST-OsMTI-3aانجام و با مقایسه آنها در محیط in vivo و شرایط in vitro توسط واکنش با ماده DTNB و همچنین تغییرات در جذب نوری، تمایل و ظرفیت اتصال به فلزات پروتئین نوترکیب OsMTI-3a-GST سنجیده شد. نتایج حاصل از بررسی تحمل سویه نوترکیب به فلزات نشان داد پروتئین نوترکیب OsMTI-3a-GST موجب افزایش تحمل سلولهای باکتری Rosetta-pET-41a-OsMTI-3a به فلزات نیکل، کادمیوم و روی شد در حالی که تولید این پروتئین موجب افزایش تحمل سلول های باکتری Rosetta-pET-41a-OsMTI-3a به فلز مس نگردید. از واکنش DTNB با پروتئین های نوترکیب تولید شده در محیط in vivo و شرایط in vitro مشخص شد تمایل پروتئین OsMTI-3a-GST به فلزات بررسی شده بترتیب بصورت Cd Ni Zn Cu می باشد. اندازه گیری و مقایسه میزان فلز در فاز محیط کشت سویههای شاهد و نوترکیب با دستگاه AAS نشان داد پروتئین نوترکیب OsMTI-3a-GST موجب کاهش فلزات کادمیوم، نیکل و روی بترتیب بهمیزان 2/17، 6/12 و 4/8 درصد از محیط کشت گردید درحالیکه در مورد فلز مس بیان این ژن کاهش قابل ملاحظهای را در حذف فلز از محیط کشت نشان نداد. در نهایت با توجه به نتایج بدست آمده به نظر میرسد پروتئین OsMTI-3a قابلیت اتصال به فلزات کادمیوم،نیکل و روی را دارد.