Skip to main content
SUPERVISOR
آذر شاه پیری (استاد راهنما) محمدعلی اسداللهی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Zahra Ansary pour
زهرا انصاری پور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Transfer of Gene Encoding one of Rice Metallothionein Isoforms (OsMTI-1b) in to Saccharomyces cerevisiae for Enhancement of Resistance to Oxidative stress
Saccharomyces cerevisiae is the most important industrial yeast and the main microorganism employed in bioethanol production. Industrial yeast strains during fermentation are exposed to various stresses such as osmotic shock, oxidative stress and toxicity of secondary metabolites which lead to the loss of biological products. At relatively low concentrations, ethanol inhibits cell division, decreases cell volume and specific growth rate, while high ethanol concentrations reduce cell vitality and increase cell death. Therefore successful fermentation requires yeast strains resistant to high concentrations of ethanol. Studies have shown increased expression of a number of genes involved in the detoxification of reactive oxygen species (ROS) including thioredoxin, catalase and glutathione reductase in response to an oxidant challenge. This increased synthesis of antioxidants forms the basis of the adaptive response in which treatment with low amounts of oxidant induces resistance to subsequent and otherwise lethal doses. In this study, the rice metallothionein encoding gene isoform OsMTI-1b in the yeast S. cerevisiae in order to enhance resistance against H 2 O 2 . This gene was first cloned in GPD shuttle expression vector and then transferred to S. cerevisiae . However, the engineered strain showed little resistance to oxidative stress. To enhance expression, solubility and stability of OsMTI-1b in yeast cells, the sequence encoding glutathione S-transferase (GST) was placed at the beginning of OsMTI-1b . Then the GPD-GST-OsMTI-1b construct was transferred to yeast cells. After confirming the GST-OsMTI-1b protein expression by Western blot, the culture media were supplemented with different concentrations of H 2 O 2 , cadmium and ethanol. The results revealed better growth and higher final biomass concentrations of yeast cells expressing OsMTI-1b fused with GST as compared to the control strain (the strain expressing only empty plasmid) in the presence of 0.9 mM cadmium, 10% ethanol, and 3 mM H 2 O 2 . Determination of cadmium concentration in the culture medium at T0 (immediately after the addition of cadmium to the medium) and T1 (five hours after the addition of cadmium) showed lower cadmium concentrations in the culture medium for the engineered strain which suggests metal accumulation in the yeast cells containing the GST-OsMTI-1b and the cadmium-binding ability of this protein. Keyword : Saccharomyces cerevisiae. Rice, Metallothionein, Cloning, Oxidative Stress, Ethanol, Cadmium.
مخمر ساکارومایسس سرویزیه به عنوان مهمترین مخمر صنعتی و اصلی ترین میکروارگانیسم مولد بیواتانول مطرح است. سویه های صنعتی مخمر طی فرآیند تخمیر، در معرض انواع تنش ها نظیر شوکهای اسمزی، تنش های اکسایشی و سمیت ناشی از متابولیت های ثانویه قرار گرفته که این مسئله منجر به کاهش عملکرد فراورده زیستی مورد نظر می شود. اتانول یک بازدارنده ی رشد در مخمر است که غلظت پایین آن سبب مهار تقسیم سلولی، کاهش حجم سلول و کاهش سرعت رشد شده و غلظت بالای آن سبب کاهش انرژی سلولی و افزایش مرگ سلولی می شود. بنابراین تخمیر موفق زمانی اتفاق می افتد که از سویه های مقاوم مخمر به غلظت های بالایی از اتانول استفاده شود. همچنین تحقیقات نشان داده است که در مخمر در مقادیر کم اکسیدانی، بیان تعداد بیشماری از ژن های دخیل در سم زدایی RO نظیر تیوردوکسین، کاتالاز و گلوتاتیون ردوکتاز افزایش می یابد. این افزایش سنتز آنتی اکسیدان ها، تشکیل دهنده ی اساس واکنش های سازگار بوده که در نهایت منجر به القای مقاومت در مخمر می‌شود. ولی در دوزهای بالای تنش، سلول های مخمر قادر به مقاومت نبوده و چنین شرایطی منجر به مختل شدن سیستم دفاعی آنها می شود. در این مطالعه به منظور مقاومت مخمر در برابر تنش های اکسایشی، ژن کد کننده متالوتیونین تیپ I برنج، ایزوفرم OsMTI-1b ، که قبلا بیان آن به همراه شریک الحاقیGST در باکتری اشرشیاکلای منجر به مقاومت سلول های تراریخته در برابر پراکسید هیدروژن و کادمیوم شده بود، ابتدا به تنهایی در ناقل بیانی GPD که یک ناقل شاتل است همسانه سازی شد و به سویه ی 5Dمخمر ساکارومایسس سرویزیه انتقال یافت. از آنجایی که سویه ی تولید شده مقاومت چندانی به تنش های اکسایشی نشان نداد، بنابراین به منظور افزایش بیان، حلالیت و پایداری OsMTI-1b در سلول های مخمر، توالی کدکننده ی گلوتاتیون- اس- ترنسفراز (GST) در ابتدای آن قرار داده شد. نهایتا دستواره ی GPD-GST-OsMTI-1b به سلول های مخمر ساکارومایسس سرویزیه انتقال یافت و سویه GPD-GST-MT 5D- تولید شد. پس از تایید بیان پروتئین GST-OsMTI-1b به کمک روش وسترن بلات در سویه GPD-GST-MT 5D- ، به منظور سنجش مقاومت ایجاد شده در این سویه، غلظت های مختلف پراکسید هیدروژن، کادمیوم و اتانول به محیط های کشت آن و سویه ی شاهد اعمال شد. نتایج حاصل از مقایسه ی منحنی های رشد در شرایط اعمال تنش بیانگر مقاومت سویه GPD-GST-MT-5D، نسبت به غلظت های 3/0 میلی مولار پراکسید هیدروژن، 9/0 میلی مولار کادمیوم و 10% اتانول در مقایسه با سویه ی شاهد بود. همچنین کشت سویه های GPD-GST-MT-5D و شاهد در محیط حاوی کادمیوم و سپس اندازگیری غلظت کادمیوم موجود در محیط در زمان هایT 0 (بلافاصله پس از افزودن کادمیوم به محیط) و T 1 (پنج ساعت پس از افزودن کادمیوم به محیط) مشخص کرد که افزایش تحمل ایجاد شده در سویه GPD-GST-MT-5D احتمالا به دلیل تجمع فلز در داخل سلول های مخمر حاوی GST-OsMTI-1b و نقش این پروتئین در کلاته کردن فلز کادمیوم بوده است. کلمات کلیدی: ساکارومایسس سرویزیه، برنج ، متالوتیونین ، همسانه سازی، تنش های اکسایشی، اتانول، کادمیوم.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی