مهندسی متابولیک و بررسی الگوی بیان ژن و متابولیت های مسیر آلکالوئیدهای تروپانی در گیاهان و کشت های این ویترو hyoscyamus senecionis و h. muticus
چکیده
آلکالوئیدهای تروپانی مخصوصا هیوسیامین و اسکوپولامین از متابولیت های ارزشمند ثانویه گیاهی با کاربردهای دارویی گسترده می باشند. استخراج از گیاهان تنها منبع اقتصادی تولید این ترکیبات می باشد. شناسایی ژن های مسیر بیوسنتزی این ترکیبات و مطالعه الگوی بیان آن ها و تولید و تجمع متابولیت های مسیر در اندام های مختلف، نقش موثری در افزایش دانش ما از مسیر بیوسنتزی این ترکیبات، جهت موفقیت پروژه های مهندسی متابولیک به منظور تولید تجاری آن ها در شرایط این ویوو و این ویترو دارد. در این تحقیق علاوه بر مطالعه مسیر بیوسنتزی آلکالوئیدهای تروپانی، راه کارهای مختلف بیوتکنولوژیک جهت افزایش تولید هیوسیامین و اسکوپولامین در گونه های h. muticus و h. senecionis مورد بررسی قرار گرفت. همسانه سازی و تعیین توالی ژن کلیدی مسئول کاتالیز هیوسیامین به اسکوپولامین، هیوسیامین 6-بتا هیدروکسیلاز (h6h)، موید وجود توالی جدیدی از آن در گونه h. senecionis بود. آنالیزهای بیان ژن های مسیر موید تجلی hsh6h و سایر ژن ها در تمام اندام های مورد مطالعه گیاه و کشت های این ویترو h. senecionis، بر خلاف سایر گونه های تولید کننده آلکالوئیدهای تروپانی بود. همراستا با بیان ژن های مسیر، تجمع اسکوپولامین، محصول فعالیت h6h، از پیش ساز آن در اندام های هوایی بیشتر بود. بر خلاف دانش قبلی ما، نتایج پیشنهاد کننده فعالیت مسیر و تبدیل هیوسیامین به اسکوپولامین در اندام های هوایی علاوه بر ریشه می باشد. در این تحقیق همچنین h. senecionis به عنوان گونه مهمی جهت تولید اسکوپولامین از اندام های هوایی آن و هیوسیامین در ریشه و ریزوم های ضخیمش معرفی می گردد. مطالعات انجام شده به روی گونه h. muticus تاثیر چشمگیر سطح پلوئیدی، محیط کشت و غلظت ساکارز را بر میزان رشد و تولید آلکالوئیدهای تروپانی در کشت-های ریشه مویین آن نشان داد. هر چند هیوسیامین آلکالوئید اصلی گونه h. muticus می باشد، با دستورزی سطح پلوئیدی و شرایط کشت می توان این ترکیب را به فرآورده با ارزش تجاری بیشتر اسکوپولامین تبدیل نمود. مهندسی متابولیک مسیر آلکالوئیدهای تروپانی با بیش بیان دو ژن کلیدی pmt وh6h در کشت های ریشه مویین h. senecionis و h. muticus افزایش چشمگیر تولید هیوسیامین و اسکوپولامین را به همراه داشت. کاربرد الیسیتور متیل جاسمونات با تاثیر شدید بر الگوی بیان ژن و افزایش تولید آلکالوئیدهای تروپانی در کشت های ریشه مویین h. senecionis همراه بود. بر اساس نتایج کشت های ریشه مویین اتوتتراپلوئید h. muticus به عنوان منبع موفق تری جهت بیش بیان h6h و تولید بیشتر اسکوپولامین، نسبت به نمونه های دیپلوئید خود، در مطالعات مهندسی متابولیک معرفی می گردند.