Skip to main content
SUPERVISOR
احد یامچی (استاد راهنما) بدرالدین ابراهیم سیدطباطبایی (استاد مشاور) محمد سراجی (استاد مشاور) مجید طالبی (استاد راهنما)
 
STUDENT
ABOLFAZL PAKNIYAT
ابوالفضل پاک نیت

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Measuring Gene Expression Change for Producing of Medicinal Alkaloids in Catharanthus roseus in Response to Phyto-Hormones by Real time PCR
The Catharanthus roseus L. G. Don, commonly known as madagascar periwinkle, is a medicinally important plant which is of interest because it contains more than 130 terpenoid indole alkaloids (TIAs), some of which exhibit strong pharmacological activities. Two of these bioactive compounds, vinblastine and vincristine from C. roseus have been used extensively as anticancer drugs in the treatment of lymphoma and leukemia like. These compounds are produced in small quantities in the shoot tissues of periwinkle and expensive to harvest and purify. Several attempts has been performed to increase TIAs production by media optimization, precursor feeding and genetic manipulations of pathway genes. Despite significant efforts heretofore, limited success has been brought both in cell suspension and hairy root cultures of C. roseus . Increase in global demand for these two medicines have drawn attention to use biotechnological methods to increase the production of these important alkaloids in intact plant. TIA pathway is highly regulated, so that changes in precursor concentration or protein concentration are probably controlled by the plant phyto-hormones such as jasmonic acid (JA) and salicylic acid (SA). Therefore the aim of present study was to investigate the inducible effect of JA and SA hormones on expression of dat , d4h , str and g10h genes in TIAs pathway in shoot and root tissues and changes in accumulation of vinblastine and vincristine alkaloids which are products of this pathway. For do this, the total RNA was extracted from roots and leaves of plants at 0, 6, 24, and 72 hours after treatment with 50mM JA and 100mM SA hormones. cDNA was synthesized using specific primers and gene expression pattern was monitored by real time PCR technic. The result of thi study showed no production of vinblastine and vincristine in the roots which can be due to non expression of dat and d4h genes in this tissue. These genes seem to have an important role in production of these alkaloids. str and g10h genes were expressed in the root and shoot but the expression in the root is more than shoot. Analytical measurements indicated that both JA and SA hormones positively affect the expression of these four genes, though the effect of SA was significantly more than JA.Vinblastine and Vincristine alkaloids of treated plants were extracted by hollow fiber-based liquid-phase microextraction (HF-LPME) method and analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC). Data analysis revealed an increase in vinblastine and vincristine alkaloids content after the treatment of hormones, which SA showed more pronounced effect. The most increase in both gene expression and alkaloids production was observed at 72 h after treatment of SA and JA. Based on the results of real-time PCR and HPLC experiments, it can be concluded that phyto-hormone treatment can increase expression of genes involved in TIAs pathway and consequently affect the production of vinblastine and vincristine anticancer alkaloids. Key words : Periwinkle, Vinblastin, Vincristin, jasmonic acid, salicylic acid, Real Time PCR, HPLC
گیاه پروانش ( Catharanthus roseus ) به دلیل دارا بودن خواص درمانی بسیار ارزشمند است. در این گیاه بیش از 130 آلکالوئید از نوع ایندول ترپنوئیدی (TIAs) وجود دارد که بعضی از آنها کاربرد مهم دارویی دارند. وین بلاستین و وین کریستین دو ماده فعال زیستی می باشند که به عنوان داروهای ضد سرطان در درمان لنفوم و لوسمی استفاده می شوند. این ترکیبات به مقدار کم در اندام هوایی تولید شده و استخراج و خالص سازی آنها هزینه بر است. تلاش زیادی برای افزایش تولید TIAs انجام شده است که از آن جمله می توان به بهینه سازی محیط کشت، تغذیه مناسب و دستورزی ژنتیکی ژن های مسیر بیوسنتز این مواد اشاره کرد. با وجود تلاش های صورت گرفته، موفقیت چندانی با استفاده از کشت سوسپانسیون سلولی و کشت ریشه مویی پروانش حاصل نشده است. افزایش تقاضای جهانی برای مصرف این داروها موجب شده تا از روشهای بیوتکنولوژی برای افزایش این آلکالوئیدهای مهم در گیاه استفاده شود. مسیر TIA بسیار تنظیم پذیر است، به طوری که تغییر در غلظت پیش ماده ها و یا غلظت پروتئین می تواند توسط فیتو هورمون‌های گیاهی مانند سالیسیلیک اسید(SA) و جاسمونیک اسید(JA) تنظیم شود. هدف از این مطالعه بررسی اثر القایی دو فیتو هورمون‌ SA و JA بر بیان ژنهای dat ، d4h ، g10h و str در بافت ساقه و ریشه و تاثیر آن در تجمع آلکالوئیدهای وین کریستین و وین بلاستین است. به این منظور، RNA کل از ریشه و برگ گیاهان تیمار شده با 50 میلی مولار JA و 100 میلی مولارSA در زمان صفر ، 6، 24، و 72 ساعت پس از تیمار استخراج شد. cDNA با استفاده از آغازگرهای اختصاصی سنتز شد و الگوی بیان ژن به روش PCR RT- مورد سنجش قرار گرفت. این مطالعه نشان داد که وین بلاستین و وین کریستین در ریشه تولید نمی شوند و دلیل آن عدم بیان ژنهای dat و d4h در این بافت است. بنابراین به نظر می رسد این ژن ها نقش مهمی در تولید آلکالوئیدهای وین بلاستین و وین کریستین داشته باشند. ژن های str و g10h در هر دو بافت ریشه و ساقه بیان شدند اما بیان آنها در ریشه بیشتر از ساقه بود. تجزیه و تحلیل داده ها نشان داد که هر دو فیتو هورمون‌ JA و SA بر بیان این چهار ژن تاثیر مثبت دارند ، هر چند اثر SA به میزان قابل توجهی بیشتر از JA است. آلکالوئیدهای وین بلاستین و وین کریستین ازگیاهان تیمار شده به وسیله روش ریز استخراج مایع با فیبر، خالص سازی شد و توسط روش کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا(HPLC) آنالیز گردید. تجزیه و تحلیل داده ها نشان دهنده افزایش میزان وین بلاستین و وین کریستین پس از تیمار با فیتو هورمون‌ ها بود. علاوه بر این مشخص شد که تاثیر SA در افزایش تولید این آلکالوئیدها، همانند افزایش بیان ژنها بیشتر ازJA است. بیشترین افزایش در بیان ژن و تولید آلکالوئیدها در 72 ساعت پس از تیمار مشاهده شد. بر اساس نتایج به دست آمده از PCR - RT و HPLC، می توان نتیجه گرفت که تیمار با فیتو هورمون‌ ها بیان ژن های دخیل در مسیر TIAs را افزایش داده و در نتیجه تولید آلکالوئیدهای ضد سرطان وین بلاستین و وین کریستین را تحت تاثیر قرار می دهد. واژه های کلیدی : پروانش ، وین بلاستین، وین کریستین، جاسمونیک اسید، سالیسیلیک اسید، Real Time PCRو HPLC

ارتقاء امنیت وب با وف بومی