تعیین آللوتیپ ژن S-RNase و ناحیه پیشبر ژن MdMYB10 در چند ژنوتیپ سیب (Malus spp.)

علوم باغبانی

مقاله 2، دوره 35، شماره 4 - شماره پیاپی 52، اسفند 1400، صفحه 469-477   

نوع مقاله: مقالات پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jhs.2021.60821.0

نویسندگان

معصومه وکیلی قرطاول؛ ناصر مهنا^*

گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

سیب (Malus spp.) یکی از مهم­ترین درختان میوه مناطق معتدله است. رنگ گوشت میوه سیب، از سفید تا قرمز متغیر است و تجمع مقدار بالایی از آنتوسیانین باعث قرمز بودن گوشت میوه آن می‌باشد، چنین افزایشی در مقدار آنتوسیانین در بسیاری از موارد به دلیل بیان بالای ژن MdMYB10 در بسیاری از بافت­ها از جمله گوشت میوه است، با این وجود،‌ در مواردی،‌ یک مکان ژنی پیوسته با آلل S₃ مکان ژنی S-RNase، به عنوان مسئول قرمزی گوشت میوه در بعضی از ژنوتیپ­ها پیشنهاد شده است. برای بررسی سازوکار قرمز بودن رنگ گوشت میوه در برخی ژنوتیپ­های محلی، استخراج DNA ژنومی از نمونه­های برگی بدست آمده از 9 ژنوتیپ سیب با گوشت قرمز و گوشت سفید انجام شد و آللوتیپ آنها از نظر ناحیه پیشبری ژن MdMYB10 و نیز وجود آلل S₃ در مکان ژنی S-RNase با استفاده از تکنیک واکنش زنجیره‌ای پلی‌مراز برای تکثیر با آغازگرهای اختصاصی هر ژن و الکتروفورز ژل آگارز قطعات تکثیر شده، مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج این پژوهش نشان داد که ژنوتیپ‌های گوشت سفید در ناحیه پیشبری ژن MdMYB10 فاقد آلل R₆ بوده و همگی هموزیگوت R₁R₁ تشخیص داده شدند. در حالی‌که، ارقام سیب گوشت قرمز دارای حداقل یک آلل R₆ در ناحیه پیشبری بوده و از نظر ژنوتیپ مکان ژنی خودناسازگاری S-RNase، آلل S₃ را دارا بودند. بنابراین، می­توان نمونه­های مذکور را هیبریدی از واریته ‘Niedzwetzkyana’ دانست. ممکن است گوشت قرمزی در یکی از ژنوتیپ­های مورد بررسی که برای ناحیه پیشبری R₁R₁ بود، مربوط به مکان ژنی پیوسته با آلل S₃ مکان ژنی S-RNase باشد. استفاده از این ژنوتیپ‌های گوشت قرمز برای اصلاح میوه­هایی با آنتوسیانین بالا توصیه می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

آنتوسیانین؛ سیب گوشت قرمز؛ ناحیه پیشبری ژن MdMYB10؛ S-RNase

مراجع

1. Allan A.C., Hellens R.P., and Laing W.A. 2008. MYB transcription factors that colour our fruit. Trends in Plant Science 13(3): 99-102.
2. Ban Y., Honda C., Hatsuyama Y., Igarashi M., Bessho H., and Moriguchi T. 2007. Isolation and functional analysis of a MYB transcription factor gene that is a key regulator for the development of red coloration in apple skin. Plant and Cell Physiology 48(7): 958-970.
3. Broothaerts W. 2003. New findings in apple S-genotype analysis resolve previous confusion and request the re-numbering of some S-alleles. Theoretical and Applied Genetics 106(4): 703-714.
4. Broothaerts W., Janssens G.A., Proost P., and Broekaert W.F. 1995. cDNA cloning and molecular analysis of two self-incompatibility alleles from apple. Plant Molecular Biology 27(3): 499-511.
5. Chagné D., Carlisle C.M., Blond C., Volz R.K., Whitworth C.J., Oraguzie N.C., Crowhurst R.N., Allan A.C., Espley R.V., and Hellens R.P. 2007. Mapping a candidate gene (MdMYB10) for red flesh and foliage colour in apple. BMC Genomics 8(1): 212.
6. Espley R.V., Brendolise C., Chagné D., Kutty-Amma S., Green S., Volz R., Putterill J., Schouten H.J., Gardiner S.E., and Hellens R.P. 2009. Multiple repeats of a promoter segment causes transcription factor autoregulation in red apples. The Plant Cell 21(1): 168-183.
7. Espley R.V., Hellens R.P., Putterill J., Stevenson D.E., Kutty‐Amma S., and Allan A.C. 2007. Red colouration in apple fruit is due to the activity of the MYB transcription factor, MdMYB10. The Plant Journal 49(3): 414-427.
8. FARAGHER J.D. 1983. Temperature regulation of anthocyanin accumulation in apple skin. Journal of Experimental Botany 34(10): 1291-1298.
9. Forkmann G. 1991. Flavonoids as flower pigments: the formation of the natural spectrum and its extension by genetic engineering. Plant Breeding 106(1): 1-26.
10. Frankel R., and Galun E. 2012. Pollination mechanisms, reproduction and plant breeding. Vol. 2. Springer Science & Business Media.
11. Holton T.A., and Cornish E.C. 1995. Genetics and biochemistry of anthocyanin biosynthesis. The Plant Cell 7(7): 1071.
12. Honda C., Kotoda N., Wada M., Kondo S., Kobayashi S., Soejima J., Zhang Z., Tsuda T., and Moriguchi T. 2002. Anthocyanin biosynthetic genes are coordinately expressed during red coloration in apple skin. Plant Physiology and Biochemistry 40(11): 955-962.
13. Huang D.-J., Lin C.-D., Chen H.-J., and Lin Y.-H. 2004. Antioxidant and antiproliferative activities of sweet potato (Ipomoea batatas [L.] Lam ‘Tainong 57’) constituents. Bot. Bull. Acad. Sin. 45: 179-186.
14. Iversen C.K. 1999. Black currant nectar: effect of processing and storage on anthocyanin and ascorbic acid content. Journal of Food Science 64(1): 37-41.
15. Janssens G., Goderis I., Broekaert W., and Broothaerts W. 1995. A molecular method for S-allele identification in apple based on allele-specific PCR. Theoretical and Applied Genetics 91(4): 691-698.
16. Jin H., and Martin C. 1999. Multifunctionality and diversity within the plant MYB-gene family. Plant Molecular Biology 41(5): 577-585.
17. Kobel F. 1939. Weitere Untersuchungen uber die Befruchtungsverhaltnisse der Apfelund Birnsorten. Landw. Jahrb. Schweiz 53: 160-191.
18. Lin-Wang K., Bolitho K., Grafton K., Kortstee A., Karunairetnam S., McGhie T.K., Espley R.V., Hellens R.P., and Allan A.C. 2010. An R2R3 MYB transcription factor associated with regulation of the anthocyanin biosynthetic pathway in Rosaceae. BMC Plant Biology 10(1): 50.
19. Lodhi M.A., Ye G.-N., Weeden N.F., and Reisch B.I. 1994. A simple and efficient method for DNA extraction from grapevine cultivars andVitis species. Plant Molecular Biology Reporter 12(1): 6-13.
20. Mahmoudi E., MOHAMMAD S.B., Yadollahi A., and Hosseini E. 2012. Independence of color intensity variation in red flesh apples from the number of repeat units in promoter region of the MdMYB10 gene as an allele to MdMYB1 and MdMYBA.
21. Martin C., and Paz-Ares J. 1997. MYB transcription factors in plants. Trends in Genetics 13(2): 67-73.
22. Mol J., Stuitje A., Gerats A., van der Krol A., and Jorgensen R. 1989. Saying it with genes: molecular flower breeding. Trends in Biotechnology 7(6): 148-153.
23. Sakurai K., Brown S.K., and Weeden N.F. 1997. Determining the self-incompatibility alleles of Japanese apple cultivars. HortScience 32(7): 1258-1259.
24. Sassa H., Hirano H., and Ikehashi H. 1992. Self-incompatibility-related RNases in styles of Japanese pear (Pyrus serotina Rehd.). Plant and Cell Physiology 33(6): 811-814.
25. Sassa H., Hirano H., and Ikehashi H. 1993. Identification and characterization of stylar glycoproteins associated with self-incompatibility genes of Japanese pear, Pyrus serotina Rehd. Molecular and General Genetics MGG 241(1-2): 17-25.
26. Sassa H., Hirano H., Nishio T., and Koba T. 1997. Style‐specific self‐compatible mutation caused by deletion of the S‐RNase gene in Japanese pear (Pyrus serotina). The Plant Journal 12(1): 223-227.
27. Schwinn K., Venail J., Shang Y., Mackay S., Alm V., Butelli E., Oyama R., Bailey P., Davies K., and Martin C. 2006. A small family of MYB-regulatory genes controls floral pigmentation intensity and patterning in the genus Antirrhinum. The Plant Cell 18(4): 831-851.
28. Sekido K., Hayashi Y., Yamada K., Shiratake K., Matsumoto S., Maejima T., and Komatsu H. 2010a. Efficient breeding system for red-fleshed apple based on linkage with S3-RNase allele in ‘Pink Pearl’. HortScience 45(4): 534-537.
29. Sekido K., Yamada K., Shiratake K., Fukui H., and Matsumoto S. 2010b. MdMYB alleles responsible for apple skin and flesh color. Current Topics in Plant Biology Volume 11. 17-21.
30. Siegelman H., and Hendricks S. 1958. Photocontrol of anthocyanin synthesis in apple skin. Plant Physiology 33(3): 185.
31. Takos A.M., Jaffé F.W., Jacob S.R., Bogs J., Robinson S.P., and Walker A.R. 2006. Light-induced expression of a MYB gene regulates anthocyanin biosynthesis in red apples. Plant Physiology 142(3): 1216-1232.
32. Umemura H., Shiratake K., Matsumoto S., Maejima T., and Komatsu H. 2011. Practical breeding of red-fleshed apple: cultivar combination for efficient red-fleshed progeny production. HortScience 46(8): 1098-1101.
33. van Nocker S., Berry G., Najdowski J., Michelutti R., Luffman M., Forsline P., Alsmairat N., Beaudry R., Nair M.G., and Ordidge M. 2012. Genetic diversity of red-fleshed apples (Malus). Euphytica 185(2): 281-293.
34. Walker A.R., Lee E., Bogs J., McDavid D.A., Thomas M.R., and Robinson S.P. 2007. White grapes arose through the mutation of two similar and adjacent regulatory genes. The Plant Journal 49(5): 772-785.