SUPERVISOR
Majid Talebi,Mohammad Saraji
مجید طالبی (استاد راهنما) محمد سراجی (استاد مشاور)
STUDENT
Salimeh Sadeghi
سلیمه صادقی دهکردی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Gene Expression Analysis and Artemisinin Production in Tarragon (Artemisia dracunculus) in Response to Exogenous Salicylic Acid and Jasmonic Acid Treatment
Artemisinin, produced in very low amounts in Artemisia annua L. plants, is one of the most effective drugs in treating malaria, also has been shown to have selective toxicity towards cancer cells. Because its chemical synthesis is complicated and economically unfeasible, A. annua is currently the only source of artemisinin. According to previous studies among the Artemisia species, the highest concentration of artemisinin reported first in A. annua leaves and then in the leaves of A. dracunculus . Considering that A. annua plant is only for wet climates, cultivation and proliferation this plant Limitations faced in dry climates but tarragon cultivation is without these limitations. Thus increasing the concentration of artemisinin in tarragon plant will result in easier access and more to this drug material. Plant growth regulators (PGRs) such as Jasmonic acid and Salicylic acid stimulate growth and terpenoid biosynthesis in various aromatic plants, and play an important role in regulating the reprogramming of gene expression and in eliciting the biosynthesis of secondary metabolites in plant cells. In this study, the effect of exogenous applications of Jasmonic acid and Salicylic acid in artemisinin production and the main genes of its biosynthesis pathway such as cpr , cyp and dbr2 were investigated. For this purpose, first, to ensure uniformity of studied plants, plantlets Proliferated by tissue culture. The results of SRAP marker, confirmed the genetic stability of plants from tissue culture. Plants from tissue culture treated by 1000 micro molar Salicylic acid and 300 micro molar Jasmonic acid and sampling from them were conducted in 0, 3, 6, 12 and 24 hours after treatment. Gene expression pattern was monitored by qRT-PCR Technique. Then artemisinin content was determined by high performance liquid chromatography (HPLC) in 0, 12, 24, 48 and 72 hours after treatment. The result of the qRT-PCR experiments showed that the Jasmonic acid and Salicylic acid induced significant down-regulation of dbr2 in three hours after treatment but Jasmonic acid and salicylic acid induced significant up-regulation of cpr and cyp in six and 24 hours after treatment respectively, Previous researches showed that co-overexpressing of cyp and cpr genes could increase the artemisinin content in A.annua . Overexpressing a single gene is not sufficient to increase artemisinin accumulation, because CPR is a redox partner for CYP and helps CYP to catalyze the conversion of amorphadiene to more oxygenated products in vivo. HPLC analysis also showed that the artemisinin content was increased in 48 hours after Jasmonic acid and 72 hours after Salicylic acid treatment. According to the results of HPLC analysis, this study is also proved that co-overexpressing of cyp and cpr genes could increase the artemisinin content in tarragon. Therefore, the present study demonstrated that reduction of dbr2 expression gene had not negative effect on artemisinin biosynthesis since the artemisinic aldehyde is the last common intermediate of the two pathways leading to artemisinin or arteannuin B, respectively by DBR2 or CYP enzyme. Therefore, reducing in content of each them leads to other enzyme Produce artemisinin from one of the two pathways. It can be concluded that phyto-hormone treatment can increase some of genes involved in artemisinin biosynthesis pathway and consequently the production of artemisinin. Keywords: Artemisinin, Salicylic acid, Jasmonic acid, HPLC, qRT-PCR
برخی از مواد موثره مورد استفاده در صنایع داروسازی را به علت داشتن ساختمان شیمیایی بسیار پیچیده و هزینه بسیار زیاد نمیتوان به صورت مصنوعی تولید کرد و فقط باید از گیاه آنها را استخراج نمود. آرتیمیزین یکی از این مواد است که یک متابولیت ثانویه گیاهی با ساختار ایزوترپنویید می باشد. این ماده ارزشمند دارویی علاوه بر داشتن خواص ضد مالاریایی قوی، بر روی سلول های سرطانی نیز اثر کشندگی انتخابی دارد. در پژوهش های انجام شده، در میان گونههای آرتمیزیا، بالاترین غلظت آرتمیزینین در برگهای A. annua و سپس در برگهای A. dracunculus گزارش شده است. در حال حاضر تنها منبع تولید تجاری آرتمیزینین، گیاه A. annua میباشد. با توجه به اینکه گیاه A. annua تنها مخصوص اقلیم های مرطوب است، کشت و تکثیر آن در اقلیم های خشک، با محدودیت هایی روبه رو است ولی کشت و تکثیر ترخون فاقد این محدودیت ها است، بنابراین افزایش غلظت آرتمیزینین در گیاه ترخون موجب دسترسی آسان تر و بیشتر به این ماده دارویی خواهد شد. فیتوهورمونهایی مانند جازمونیک اسید و سالیسیلیک اسید که در پاسخهای دفاعی گیاه دخیل هستند، در تجمع آرتمیزینین نقش مهمی ایفا میکنند. بنابراین هدف از این مطالعه بررسی اثر القایی سالیسیلیک اسید و جازمونیک اسید بر بیان ژن های cpr ، cyp و dbr2 و میزان بیوسنتز آرتمیزینین درگیاه ترخون است. به این منظور، ابتدا برای اطمینان از یکنواخت بودن ریخته ارثی گیاهان مورد مطالعه، گیاه ترخون از طریق کشت بافت تکثیر شد و نتایج حاصل از بررسی ثبات ژنتیکی آنها، توسط نشانگر SRAP تاییدی بر یکنواختی گیاهان حاصل از کشت بافت بود.گیاهان حاصل از کشت بافت، توسط فیتوهورمونهای سالیسیلیک اسید با غلظت یک میلی مولار و جازمونیک اسید با غلظت300 میکرومولار تیمار شده و در زمان های صفر، شش، 12 و 24 ساعت پس از انجام تیمار، نمونه برداری از برگ ها انجام شد و الگوی بیان ژن های مذکور به روش qRT-PCR مورد سنجش قرار گرفت. سپس میزان آرتمیزینین درگیاهان تیمار شده در زمان های صفر، 12، 24، 48 و 72 ساعت پس از انجام تیمار فیتوهورمونی، با روش کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا(HPLC) اندازه گیری شد. نتایج حاصل از qRT-PCR نشان دادکه سه ساعت پس از تیمار فیتوهورمونی بیان ژن dbr2 کاهش معنیداری داشته است ولی حدودا شش ساعت پس از تیمار جازمونیک اسید و 24 ساعت پس از اعمال تیمار سالیسیلیک اسید، بیان هر دو ژن cyp و cpr افزایش معنی داری نشان دادند و نتایج حاصل از HPLC نیز نشان داد که میزان بیوسنتز آرتمیزینین در گیاه ترخون، 48 ساعت پس از تیمار جازمونیک اسید و 72 ساعت پس از تیمار سالیسیلیک اسید، به شکل معنی داری افزایش یافت. بررسی نتایج حاصل از HPLC نشان داد که کاهش بیان ژن dbr2 بر روی بیوسنتز آرتمیزینین تاثیر منفی نداشته است، زیرا فعالیت کاتالیکی آنزیمDBR2 و آنزیم CYP طی دو مسیر مختلف منجر به تولید یکی از مشتقات آرتمیزینین می شود، بنابراین در صورت کاهش یکی از این آنزیم ها، دیگری این مسیر بیوسنتزی را به نفع خود پیش خواهد برد. طبق پژوهش های انجام شده، افزایش هماهنگ دو ژن cpr و cyp منجر به افزایش تولید این ماده دارویی در گیاه خواهد شد و افزایش یکی از آنها به تنهایی، تجمع آرتمیزینین را در گیاه افزایش نمی دهد. زیرا آنزیم های تولید شده توسط این دو ژن در مسیر بیوسنتز آرتمیزینین با یکدیگر همکاری دارند. نتایج حاصل از پژوهش حاضر نیز، نشان دادکه افزایش بیان دو ژن cpr و cyp به طور همزمان، منجر به افزایش تجمع آرتمیزینین در گیاه ترخون گشته است. بنابراین می توان استنباط کردکه تنظیم بیان همزمان این دو ژن درگیاه ترخون، با بیوسنتز آرتمیزینین رابطه مستقیم دارد. بر اساس نتایج به دست آمده از پژوهش حاضر، مشخص شد که تیمار فیتوهورمونی، بر روی میزان تولید آرتمیزینین در گیاه ترخون، تاثیر مثبت دارد. واژه های کلیدی: آرتمیزینین، سالیسیلیک اسید، جازمونیک اسید، HPLC و qRT-PCR