بهینه‌سازی القای ریشه‌های مویین و تولید زیست‌توده در گیاه کاسنی Cichorium intybus L.))

علوم باغبانی

مقاله 3، دوره 32، شماره 3، آذر 1397، صفحه 393-405   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jhorts4.v32i3.63287

نویسندگان

رقیه فتحی؛ مهدی محب الدینی^* ؛ اسماعیل چمنی

دانشگاه محقق اردبیلی

چکیده

ریشه‌های مویین حاصل از تلقیح گیاهان با سویه‌های مختلف Agrobacterium rhizogenes به عنوان ابزار کشت بافتی برای تولید متابولیت‌های ثانویه می‌باشد زیرا ریشه‌های مویین از ثبات ژنتیکی و بیوشیمیایی برخوردارند همچنین قادرند متابولیت‌های گیاهی را در زمان کوتاهی تولید کنند. کاسنی (Cichorium intybus L.) گیاه دارویی متعلق به تیره‌ی Asteraceae می‌باشد و حاوی ترکیبات دارویی بسیار مهمی از جمله شیکوریک اسید، اینولین، اسکولین، کومارین و فلاونوئیدها می‌باشد. در این تحقیق، القای ریشه‌های مویین توسط A. rhizogenes سویه‌ی 11325 انجام شد. تأثیر سه مدت هم‌کشتی مختلف (24، 48 و 72 ساعت) بر کارایی القای ریشه‌های مویین در ریزنمونه‌های برگ و دمبرگ 20 روزه و 28 روزه بررسی شد. بیشترین درصد القای ریشه‌های مویین (33/53 درصد) و تعداد ریشه (5/8 ریشه در هر ریزنمونه) و بیشترین طول ریشه (16/9 سانتی‌متر) در ریزنمونه‌ی برگ 20 روزه و 72 ساعت هم کشتی حاصل شد. تائید مولکولی ریشه‌های مویین به وسیله‌ی PCR با استفاده از آغازگر‌های اختصاصی ژن rolB انجام شد. در ادامه، تأثیر سه نوع محیط کشت مختلف (MS جامد، MS مایع و MS 2/1مایع) بر میزان تولید زیست‌توده در پر رشدترین لاین ریشه‌های مویین بررسی شد. نتایج نشان داد محیط کشت MS 2/1 مایع، بهترین محیط کشت برای تولید بیشترن وزن تر (01/2 گرم) و خشک (16/0 گرم) می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

اگروباکتریوم رایزوژنز؛ ریشه‌های مویین؛ ژن rol؛ متابولیت‌های ثانویه؛ هم‌کشتی

مراجع

1- Ayadi R., and Tremouillaux-Guiller J. 2003. Root formation from transgenic calli of Ginkgo biloba. Tree Physiology, 23: 713–718.

2- Azarmehr B., Karimi F., Taghizade M., and Mousavi Gargari S.L. 2012. Comparative study of growth and secondary metabolite production ability in transformed hairy roots from Cichorium intybus L. Journal of Plant Research, 26: 476-485. (In Persian with English ََabstract(

3- Azarmehr B., Karimi F., taghizadeh M., and Mousavi Gargari S.L. 2013. Secondary metabolite contents and antioxidant enzyme activities of Cichorium intybus hairy roots in response to z inc. Journal of Medicinal Plants and By-Products, 2: 131-138.

4- Bertani G. 1952. Studies on lysogenesis. I. The mode of phage liberation by lysogenic Escherichia coli. Journal of Bacteriology, 62: 293-300.

5- Brijwal A., and Tamta S. 2015. Agrobacterium rhizogenes mediated hairy root induction in endangered Berberis aristata DC, SpringerPlus, 4: 443-453.

6- Cho H.J., Widholm J.M., Tanaka N., Nakanishi Y., and Murooka Y. 1998. Agrobacterium rhizogenes mediated transformation and regeneration of the legume Astragalus Sinicus (Chinese milk). Plant Science, 138: 53-65.

7- Chu C.C., Wang C.S., Sun C.C., Hsu C., Yin K.C., and Chu C.Y. 1975. Establishment of an efficient medium for anther culture of rice through comparative experiments on the nitrogen sources. Scientia Sinica, 18: 659-668.

8- Georgiev M.I., Agostini E., Ludwig-Müller J., and Xu J. 2012. Genetically transformedroots: from plant disease to biotechnological resource. Journal of Trends in Biotechnology, 30: 528–537.

9- Grzegorczyk-Karolak I., Kuzma L., Skała E., and Kiss A. 2018. Hairy root cultures of Salvia viridis L. for production of polyphenolic compounds. Industrial Crops and Products, 117: 235-242.

10- Hasanlu T., Rezazadeh S., and Rahnama H. 2008. Hairy roots sources for the production of valuable pharmaceutical compounds. Journal of Medicinal Plants, 29: 1-17.

11- Huang S.H., Vishwakarma R.K., Lee T.T., Chan H.S., and Tsay H.S. 2014. Establishment of hairy root lines and analysis of iridoids and secoiridoids in the medicinal plant Gentiana scabra. Botanical Studies, 55: 1- 17.

12- Jaiswal R., Kiprotich J., and Kuhnert N. 2011. Determination of the hydroxycinnamate profile of 12 members of the Asteraceae family. Journal of Phytochemistry, 72: 781–790.

13- Kabirnataj S., Nematzadeh G., Zolala J., and Talebi A. 2016. High-efficient transgenic hairy roots induction in chicory: redawn of a traditional herb. Acta Agriculturae Slovenica, 107(2): 321-334

14- Kabirnetaj S., Zolala J., Nematzadeh G.A., and Shokri, E. 2012. Optimization of hairy root cultue establishment in chicory plants (Cichorium intybus L.) through inoculation by Agrobacterium rhizogenes. Iranian Journal of Agricultural Biotechnology, 4: 61–75. (In Persian with English abstract(

15- Karthikeyan A., Palanivel S., Parvathy S., and Bhakya R.R. 2007. Hairy root induction from hypocotyl segment of groundnut (Arachis hypogaea L.). African Journal Biotechnology, 15: 1817-1820.

16- Kedari P., and Malpatak N. 2014. Hairy root culture of Chonemorpha fragrans (moon) Alston plant for compothecin production. Indian Journal of Biotechnology, 13: 231-235.

17- Khan S., Irfan Q. M., Kamaluddin A., and Abdin M. 2007. Protocol for isolation of genomic DNA from dry and fresh roots of medicinal plants suitable for RAPD and restriction digestion. African Journal of Biotechnology, 6: 175-178.

18- Kodjo D., Atsou V.A., Melin C., Bland N., Oudin A., Courdavault V., Creche J., and Lanoue A. 2013. Optimized genetic transformation of Zanthoxylum zanthoxyloides by Agrobacterium rhizogenes and the production of chelerythrine and skimmiamine in hairy root cultures. Engineering in Life Sciences, 14: 95–99.

19- Lanoue A., Shakourzadeh K., Marison I., and Laberche J. C. 2004. Occurrence of circadian rhythms in hairy root cultures grown under controlled conditions. Journal of Biotechnology and Bioengineering, 88: 722–729.

20- Lourenco P.M.L., Castro S.D., Martins T.M., and Domingos A.C. 2002. Growth and proteolytic activity of hairy roots from Centaurea calcitrapa: effect of nitrogen and sucrose. Enzyme and Microbial Technology, 31: 242–249.

21- Mano Y., Ohkawa H., and Yamada Y. 1989. Production of tropane alkaloids by hairy root cultures of Duboisia leichhardtii transformed by Agrobacterium rhizogenes. Plant Science, 59: 191-201.

22- Manuhara Y. S., Kristanti A.N., Utami E.S., and Yachya A. 2015. Effect of sucrose and potassium nitrate on biomass and saponin content of Talinum paniculatum Gaertn. Hairy root in balloon-type bubble bioreactor. Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine, 5(12): 1027-1032.

23- Murashige T., and Skoog F. 1962. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiolgia Plantarum, 15: 473-476.

24- Pakdin Parizi A., Farsi M., Nematzadeh G.A., and Mirshamsi A. 2014. Impact of different culture media on hairy roots growth of Valeriana officinalis L.. Acta Agriculturae Slovenica, 103: 299-305

25- Park S.U., Li X., Eom S.H., Lee C.Y., and Lee S.Y. 2010. E-P-Methoxycinnamic acid production in hairy root cultures of Scrophulari buergeriana miquel. Archives of Biological Sciences Belgrade, 62(3): 649-652.

26- Rischer H., Hakkinen S.T., Ritala A., Seppanen-Laakso T., Miralpeix B., Capell T., Christou P., and Oksman-Caldentey K.M. 2013. Plant cells as pharmaceutical factories. Current Pharmaceutical Design, 19: 5640–5660.

27- Ritala A., Dong L., Imseng N., Seppänen-Laakso T., Vasilev N., and Krol S. 2014. Evaluation of tobacco (Nicotiana tabacum L. cv. Petit Havana SR1) hairy roots for the production of geraniol, the first committedstep in terpenoid indole alkaloid pathway. Journal of Biotechnology, 176: 20-28.

28- Samadi A., Carapetian J., Heidary R., Jafari M., and Hssanzadeh A. 2012. Hairy root induction in Linum mucronatum sp. an anti-tumor lignans production plant. Nothlae Botanicae Hortiagrobatanici Cluj- Napaca, 40(1): 125-131.

29- Sang U., Xiaohua L., Seok H., Chung Y., and Sook Y. 2010. E-P-Methoxycinamic acid production in hairy root culture of Scrophularia buergeriana miquel. Archives of Biological Sciences, 62(3): 649-652.

30- Sevonand N., and Oksman-Caldentey K.M. 2002. Agrobacterium rhizogenes-mediated transformation: root cultures as source of alkaloids. Planta Medica, 68: 859–868.

31- Shinde A., Malpathak N., and Fulzele D. 2010. Impact of nutrient components onproduction of the phytoestrogens daidzein and genistein by hairy roots of Psoralea corylifolia. Journal of Natural Medicines, 64: 346-353.

32- Singh R., Kamal S., Rani D., Mukhopadhyay K., and Banerjee M. 2014. Development of hairy root culture system of Phlogacanthus thyrsiflorus Nees. Journal of Applied Research on Medicinal and Aromatic Plants, 1(3): 107-112.

33- Sivakumar G., Yu K.W., and Paek K.Y. 2005. Production of biomass and ginsenoides from adventitious roots of Panax ginseng in bioreactor cultures. Engineering in Life Sciences, 5: 333-342.

34- Srivastava V., Kaur R., Chattopadhyay S.K., and Banerjee S. 2013. Production of industrially important cosmaceutical and pharmaceutical derivatives of betuligenolby Atropa belladonna hairy root mediated biotransformation. Industrial Crops and Products, 44: 171–175.

35- Sujatha G., Zdravkovic-Korac S., Calic D., Flamini G., and Ranjitha Kumari B.D. 2013. High-efficiency Agrobacterium rhizogenes-mediated genetic transformation in Artemisia vulgaris: Hairy root production and essential oil analysis. Industrial Crops and Products, 44: 643–652.

36- Thiruvengadam M., Rekha K., and Chung I. 2016. Induction of hairy roots by Agrobacterium rhizogenes-mediatedtransformation of spine gourd (Momordica dioica Roxb. ex. willd) forthe assessment of phenolic compounds and biological activities. Scientia Horticulturae, 198: 132-141.

37- Young-Am C., Yu H.S., Song J.S., Chun H.K., and Park S.U. 2000. Indigo production in hairy root cultures of Polygonum tinctoium Lour. Biotechnology Letters, 22: 1527-1530.