| تعداد نشریات | 286 |
| تعداد نشریات سازمان | 84 |
| تعداد شماره‌ها | 3,030 |
| تعداد مقالات | 33,889 |
| تعداد مشاهده مقاله | 45,270,678 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 61,378,116 |
اثر الیسیتور سلولاز بر روی برخی صفات بیوشیمیایی گیاه پنیر باد (Withania coagulans (Stocks) Dun.) در شرایط کشت سوسپانسیون سلولی | ||
| تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایران | ||
| مقاله 5، دوره 40، شماره 3 - شماره پیاپی 121، مهر 1403، صفحه 467-484 اصل مقاله (1.03 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijmapr.2024.131920 | ||
| نویسندگان | ||
| ماریه درازهی1؛ مریم اله دو* 1؛ براتعلی فاخری2؛ لیلا مهرآوران3 | ||
| 1گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی. دانشکده کشاورزی. دانشگاه زابل. زابل. ایران | ||
| 2دانشیار گروه اصلاح و بیوتکنولوژی | ||
| 3گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی. دانشگاه زابل | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: گیاهان دارویی ترکیبات زیست فعالی تولید می‌کنند که ارزش آنتیاکسیدانی بالایی دارند. با توجه به اهمیت گیاه پنیر باد در صنایع داروسازی، خطر انقراض این گونه ارزشمند افزایش یافته است. ازاین‌رو باید به دنبال روش‌های جایگزین برای افزایش تولید متابولیت‌های ثانویه این گیاه بود. استفاده از محرک‌ها به عنوان یک تکنیک در کشت بافت، تولید متابولیت‌های ثانویه گیاهان را افزایش می‌دهد. گزارش شده است که محرک‌های قارچی نیز در القای تولید یا افزایش این متابولیت‌ها در گیاهان دارویی کاربرد دارند. ازاین‌رو در این مطالعه تأثیر محرک سلولاز بر روی شاخص رشد و صفات بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی گیاه پنیر باد (Withania coagulans (Stocks) Dun.) در کشت سوسپانسیون سلولی بررسی شد. مواد و روش‌ها: بذرهای گیاه پنیر باد از منطقه مهرستان شهرستان سراوان جمع‌آوری و بعد از ضد عفونی در محیط کشت ½ MS به منظور تولید ریز نمونه کشت گردید. ریزنمونه‌های تولیدی در محیط کشت MS محتوای هورمون‌های اکسین و سیتوکنین (2 میلی‌گرم در لیتر 2,4-D و نیم میلی‌گرم در لیتر کینتین) به منظور تولید کالوس کشت شده و بعد از سه واکشت متوالی کالوس‌های تولیدی به محیط کشت MS مایع محتوای هورمون‌های تنظیم‌کننده انتقال و تیمارهای مورد بررسی که 6 تیمار محرک شامل: 1: کنترل، 2: محرک با غلظت 200 میکروگرم بر میلی‌لیتر و 24 ساعت قرارگیری در معرض تحریک‌کننده، 3: محرک با غلظت 200 میکروگرم بر میلی‌لیتر و 48 ساعت قرارگیری در معرض تحریک‌کننده، 4: محرک با غلظت 200 میکروگرم بر میلی‌لیتر و 72 ساعت قرارگیری در معرض تحریک‌کننده، 5: محرک با غلظت 7.5 میکروگرم بر میلی‌لیتر و 14 روز قرارگیری در معرض تحریک‌کننده و 6: محرک با غلظت 10 میکروگرم بر میلی‌لیتر و 14 روز قرارگیری در معرض محرک قارچی سلولاز بوده و به‌صورت طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار در آزمایشگاه مرکزی دانشگاه زابل اعمال گردید. صفات مورد بررسی شامل: شاخص رشد کالوس، فعالیت آنتیاکسیدانی، محتوای پرولین، کربوهیدرات‌های محلول، مالون دی آلدهید، آلکالوئید کل و فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اکسیدان (کاتالاز، آسکوربات پراکسیداز، گایاکول پراکسیداز، سوپر اکسید دیسموتاز و پلی فنل اکسیداز) بود. نتایج: اثر تیمارهای مختلف سلولاز بر روی کلیه صفات به غیر از فعالیت آنزیم پلی فنل اکسیداز معنی‌دار بود. به‌طورکلی تیمارهای مختلف محرک منجر به بهبود کلیه صفات اندازه‌گیری شده به غیر از محتوای کربوهیدرات‌های کل شد. اما میزان افزایش صفات بستگی به غلظت و دوره زمانی قرارگیری در معرض محرک داشت. به‌طوری‌که در بیشتر صفات اندازه‌گیری شده، تیمار تحریک‌کننده با غلظت 10 میکروگرم بر میلی‌لیتر و دوره 14 روزه در معرض محرک بودن سبب افزایش بیشتر شد. همه تیمارهای محرک سلولاز منجر به افزایش فعالیت آنتیاکسیدانی سلول‌های پنیر باد در کشت سوسپانسیون سلولی شد. بیشترین فعالیت آنتیاکسیدانی در تیمارهای ششم و پنجم و کمترین آن در تیمارهای دوم و اول (کنترل) مشاهده شد. افزودن محرک در مرحله اول رشد سلول‌ها در کشت سوسپانسیون سلولی (روز هشتم) با وجود غلظت‌های پایین‌تر محرک (7.5 و 10 میکروگرم بر میلی‌لیتر) منجر به افزایش بیشتر رشد کالوس، فعالیت آنتیاکسیدانی، میزان پرولین و آلکالوئید کل نسبت به اضافه کردن محرک در مرحله فاز نمایی رشد، با وجود غلظت بالای محرک (200 میکروگرم بر میلی‌لیتر) شد. غلظت بالاتر تحریک‌کننده‌ها باعث ایجاد پاسخ حساسیت بیش از حد شده که منجر به مرگ سلولی می‌گردد و ازاین‌رو سطح بهینه‌ای از محرک برای القای رشد مورد نیاز است. نتیجه‌گیری: محرک سلولاز از طریق بهبود صفات فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی منجر به افزایش شاخص رشد و ظرفیت آنتیاکسیدانی گیاه پنیر باد شد. با توجه به نتایج به‌دست آمده، استفاده از محرک سلولاز می‌تواند به عنوان یک راهبرد مهم برای افزایش رشد، ترکیبات مؤثره و خاصیت آنتیاکسیدانی گیاه پنیر باد در راستای تولید تجاری آن در نظر گرفته شود. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| آنتی‌اکسیدان؛ سلولاز؛ شاخص رشد؛ متابولیت‌های ثانویه | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Effect of elicitor on some biochemical traits of Withania coagulans (Stocks) Dun. in cell suspension culture conditions | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Marieh Dorrazehi1؛ Maryam Allahdou1؛ Barat Ali Fakheri2؛ Leila Mehravaran3 | ||
| 1Department of Plant Breeding and Biotechnology. Faculty of Agriculture. University of Zabol. Zabol. Iran | ||
| 2Department of Plant breeding and Biotechnology. University of Zabol | ||
| 3Department of Plant Breeding and Biotechnology. University of Zabol | ||
| چکیده [English] | ||
| Background and objectives: Medicinal plants produce bioactive compounds with high antioxidant value. Due to the importance of Withania coagulans in the pharmaceutical industry and also due to the cutting of this shrub species and its use in the pharmaceutical industry using traditional methods, the risk of extinction of this valuable species will increase, so we should look for the method - to be alternatives to increase the production of secondary metabolites of this plant. Using elicitors as a technique in vitro increases plant production of effective compounds (secondary metabolites). It has been reported that fungal stimulants are also used to induce the production or increase of secondary metabolites in medicinal plants. Therefore, in this study, the effect of cellulase elicitor on the growth index and biochemical and physiological traits of Withania coagulans (Stocks) Dunal) was investigated in cell suspension culture. Methodology: Seeds of Withania coagulans were collected from the Mehrestan region of Saravan city, and after disinfection, they were cultivated in ½ MS medium to produce explant. Production explants were cultured in an MS culture medium containing auxin and cytokinin hormones (2mg/l 2, 4, D, and 0.5 mg/l Kinetin) to produce callus. Three sub-cultures of production called into MS culture medium containing transfer previous regulating hormones were done. Investigated treatments include six elicitor treatments: 1: Control 2: Elicitor with a concentration of 200 μg/ml and 24 hours of exposure to the Elicitor, 3: Elicitor with a concentration of 200 μg/ml and 48 hours of exposure to the Elicitor, 4: Elicitor with a concentration of 200 μg/ml and 72 hours of exposure Elicitor, 5: Elicitor with a concentration of 7.5 μg/ml and 14 days of exposure to the Elicitor and 6: Elicitor with a concentration of 10 μg/ml and 14 days of exposure to the cellulase elicitor in a completely randomized design with three replications in the central laboratory of the university of Zabol was applied. Investigated traits were: callus growth index, antioxidant activity, proline content, soluble carbohydrates, malondialdehyde, total alkaloid, and activity of antioxidant enzymes (catalase, ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase, superoxide dismutase, and polyphenol oxidase). Results: The effect of different cellulase treatments on all traits was significant except polyphenol oxidase enzyme activity. In general, different elicitor treatments improved all the measured traits except the content of total carbohydrates. However, the increase in the trait depended on the concentration and period of exposure to the Elicitor. So, in most of the measured traits, the elicitor treatment with a concentration of 10 micrograms/ml and a period of 14 days caused an increase in all treatments. All cellulase elicitor treatments increased the antioxidant activity of Withania coagulans cells in cell suspension culture. The highest antioxidant activity was observed in the sixth and fifth treatments and the lowest in the second and first treatments (control). The addition of Elicitor in the early stage of cell growth in cell suspension culture (eighth day) despite the lower concentrations of Elicitor (7.5 and 10 μg/ml) leads to a further increase in callus growth, antioxidant activity, Proline, and total alkaloid increased then the addition of Elicitor in exponential phase, despite the high concentration of Elicitor (200 μg/ml). A higher concentration of elicitors causes a hypersensitive response, which leads to cell death; hence, an optimal Elicitor level is required to induce growth. Conclusion: Cellulase elicitor improved the growth index and antioxidant potential of Withania coagulans through physiological and biochemical traits. According to the obtained results, the use of cellulase elicitor can be considered an important strategy to increase the growth, effective compounds, and antioxidant properties of Withania coagulans for commercial production. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Antioxidant, cellulase elicitor, growth index, secondary metabolites | ||
| مراجع | ||
|
- Abdel-Azeem, A.M., Abdel-Azeem, M.A. and Khalil, W.F., 2019. Endophytic fungi as a new source of antirheumatoid metabolites: 355-384. In: Watson, R.R., Preedy, V.R. (Eds.), Bioactive Food as Dietary Interventions for Arthritis and Related Diseases, 2nd ed.; Academic Press: Cambridge, MA, USA 628p. - Ahlawat, S., Saxena, P., Ali, A., Khan, Sh. and Abdin, M.Z., 2017. Comparative study of withanolide production and the related transcriptional responses of biosynthetic genes in fungi elicited cell suspension culture of Withania somnifera in shake flask and bioreactor. Plant Physiology and Biochemistry, 114: 19-28. - Al-Khayri, J.M. and Naik, P.M., 2020. Elicitor-induced production of biomass and pharmaceutical phenolic compounds in cell suspension culture of data palm (phoenix dactylifera L.). Molecules, 25: 4669. - Ali, M.B., Yu, K.W., Hahn, E.J. and Paek, K.Y., 2005. Differential responses of anti-oxidant enzymes, lipoxygenase activity, ascorbate content and the production of saponins in tissue cultured root of mountain Panax ginseng C.A. Mayer and Panax quinquefolium L. in bioreactor subjected to methyl jasmonate stress. Plant Science, 169: 83-192. - Ang, L.Z.P., Hashim, R., Sulaiman, S.F., Coulibaly, A.Y., Sulaiman, O., Kawamura, F. and Salleh, K.M., 2015. In vitro antioxidant and antidiabetic activities of Gluta torquata. Industrial Crops and Products, 76: 755-760. - Attaran Dowom, S., Karimian, Z., Mostafaei Dehnavi, M. and Samiei, L., 2022. Chitosan nanoparticles improve physiological and biochemical responses of Salvia abrotanoides (Kar.) under drought stress. Plant Biology, 22: 364. - Bates, L.S., Waldern, R.P. and Tear, I.D., 1973. Rapid determination of free proline for water stress studies. Plant Soil, 39: 205-207. - Beers, G.R. and Sizer, I.W., 1952. A spectrophotometric method for measuring the breakdown of hydrogen peroxide by catalase. Biological Chemistry, 195(1): 133-140. - Boller, T., 1995. Chemoperception of microbial signals in plant cells. Annual Review in Plant Biology, 46: 189-214. - Bourgaud, F., Gravot, A., Milesi, S. and Gontier, E., 2001. Production of plant secondary metabolites: a historical perspective. Plant Science, 161: 839-851. - Christen, A., Gibson, D. and Bland, T., 1991. Production of Taxol or Taxol-Like Compounds in cell Culture. US Patent 5019504A, 28 May. - Emami Bistgani, Z., Siadat, S.A., Bakhshandeh, A., Gasemi Pirbalouti, A. and Hashemi, M., 2017. Interactive effects of drought stress and chitosan application on physiological characteristics and essential oil yield of Thymus daenensis Celak. The crop Journal, 5: 407-415 - Fielding, J.L. and Hall. J., 1978. A biochemical and cytochemical Study of peroxidase activity in root pea. Journal of Experimental Botany, 29: 98-989. - Ghorbani Ghoochani, H., 2014. An Introduction to Medicinal, Aromatic, and Spice Plants. Shahroud University of Technology Press, 512p. - Giannopolities, C.N. and Ries, S.K., 1977. Superoxide dismutase. I. Occurrence in higher plants. Plant Physiology, 59: 309-314. - Heath, R.L. and Paker, L., 1969. Photoperoxidation in isolated chloroplast I kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Archives of Biophysics, 125: 189-198. - Jain, R., Sumita, K. and Kothari, L., 2012. Phytochemistry, pharmacology, and biotechnology of Withania somnifera (L.) Dunnal. Grown in Sri Lanka. Pakistan Journal of Biological Science, 16: 141-144. - Janovitz-Klapp, A.H., Richard, F.C., Goupy, P.M. and Nicolas, J.J., 1990. Inhibition studies on apple polyphenol oxadase. Journal of Agricultural Food Chemistry, 38: 926-931. - Kaul, S., Ahmed, M., Sharma, T. and Dhar, M.K., 2014. Unlocking the myriad benefits of endophytes: An overview. 41-57, In: Kharwar, R.N., Upadhyay, R., Dubey, N. and Raghuwanshi, R. (Eds.), Microbial Diversity and Biotechnology in Food Security; Springer, Berlin/Heidelberg, Germany, 610p. - Klimek-Szczykutowicz, M., Dziurka, M., Blažević, I., Đulović, A., Apola, A., Ekiert, H and Szopa, A., 2022. Impacts of elicitors on metabolite production and on antioxidant potential and tyrosinase inhibition in watercress microshoot cultures. Applied Microbiology Biotechnology, 106(2): 619-633. - Lahuta, L.B., Zalewski, K., Glowacka, K., Nikiewicz, B. and Amarowicz, R., 2017. Effect of methyl jasmonate on carbohydrate composition, α-amylase activity and growth of triticale (Triticosecale witmmack) seedlings. Journal of Agricultural Science and technology, 19: 1127-1137. - Manivannan, A., Soundararajan, P., Park, Y.G. and Jeong, B.R., 2016. Chemical elicitor-induced modulation of antioxidant metabolism and enhancement of secondary metabolite accumulation in cell suspension cultures of Scrophularia kakudensis Franch. International Journal of Molecular Science, 17(399): 1-13. - Marero, L.M., Jin, J.H., Shin, J.H., Lee, H.J., Chung, I.S. and Lee, H.J., 1997. Effect of fungal elicitation on indirubin production from a suspension culture of Polygonum tinctorium. Enzym Microbiology Technolology, 21: 97-101. - Maurya, B., Rai, K.K., Pandey, N., Sharma, L., Goswami, N.K. and Rai, S.P., 2019. Influence of salicylic acid elicitation on secondary metabolites and biomass production in-vitro cultured Withania coagulans (L.) Dunal. Plant Archives, 19(1): 1308-1316. - Mirjalili, M.H., Fakhr-Tabatabaei, S.M., Bonfill, M., Alizadeh, H., Cusido, R.M., ghassempour, A.R. and Palazon, J., 2009. Morphology and withanolide production of Withnia coagulans hairy root cultures. England Life Science, 9(3): 197-204. - Nafie, E., Hathout, T. and Al Mokadem, A.Sh., 2011. Jasmonic acid elicits oxidative defense and detoxification systems in Cucumis melo L. cells. Brazilian Society of Plant Physiology, 23(2): 161-174. - Namdeo, A., Patil, S. and Fulzele, D.P., 2002. Influence of fungal elicitors on production of ajmalicine by cell cultures of Catharanthus roseus. Biotechnology Progress, 18: 159-162. - Naik, P.M. and Al-Khayri, J.M., 2016. Abiotic and biotic elicitors-role in secondary metabolites production through in vitro culture of medicinal plants. 247-277. In: Schenker, A.K. and Shankar, C. (Eds.), Abiotic and Biotic Stress in Plants-Recent advances and future perspectives, IntechOpen, Rijeka, Croatia, 768p. - Nazar, R., Umar, S., Khan, N.A. and Sareer, O., 2015. Salicylic acid supplementation improves photosynthesis and growth in mustard through changes accumulation and ethylene formation under drought stress. Sought African Journal of botany, 98: 84-94. - Rao, S.R. and Ravishankar, G.A., 2002. Plant cell cultures: chemical factories of secondary metabolites. Biotechnology Advances, 20: 101-153. - Sadeghian, F., Hadian, J., Hadavi, M., Mohamadi, A., Ghorbanpour, M. and Ghafarzadegan, R., 2013. Effect of exogenous salisylic acid application on growth, metabolic activities and essential oil composition of Satureja khuzistanica Jamzad. Journal of Medicinal Plants, 12: 70-82. - Sheligl, H.Q., 1986. Die verwertung orgngischer souren durch chlorella lincht. Planta Journal, 47-51. - Simic, S.G., Tusevski, O., Maury, S., Delaunay, A., Joseph, C. and Hagege, D., 2014. Effects of polysaccharide elisitors on secondary metabolite production and antioxidant response in Hypericum perforatum L. shoot cultures. The Sientific World Journal, ID 609649: 1-10. - Srivastava, M., Singh, G., Sharma, S., Shukla, S. and Misra, P., 2019. Elicitation enhanced the yield of glycyrrhizin and antioxidant activities in hairy Root cultures of Glycyrrhiza glabra L. Journal of Plant Growth Regulation, 38: 373-384. - Sivanandhan, G., Arun, M., Mayavan, S., Rajesh, M., Mariashibu, T.S., Manickavasagam, M., Selvaraj, N. and Ganapathi, 2012. Chitosan enhances withanolides production in adventitious root cultures of Withnia somnifera (L.) Dunal. Industrial Crops and Products, 37: 124-129. - Sivanandhan, G., Kapil Dev, G., Jeyaraj, M., Rajesh, M., Muthuselvam, M., Selvaraj, N., Manickavasagam, M. and Ganapathi, A., 2013a. A promising approach on biomass accumulation and withanolides production in cell suspension culture of Withania somnifera (L.) Dunal. Protoplasma, 250(4): 885-898. - Sivanandhan, G., Dev, G.K., Jeyaraj, M., Rajesh, M., Arjunan, A., Muthuselvam, M. Manickavasagam, M. Selvaraj, N. and Canapathi, A., 2013b. Increased production of withanolide A, withanone, and withaferin A in hairy root cultures of Withnia somnifera (L.) Dunal elicited with methyl jasmonate and salicylic acid. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 114: 121-129. - Strobel, G.A., Stierle, A. and van Kuijk, F.J.G.M., 1992. Factors influencing the in vitro production of radiolabeled taxol by Pacific yew, Taxus brevifolia. Plant Science, 84(1): 65-74. - Supe, U., Dhote, F. and Royman, M.G., 2011. A review on micro propagation of Withania somnifera a medicinal plant. Journal of Agricultural Technology, 7: 1475-1483. - Valizadeh, J. and Valizadeh, M., 2011. Development of efficient micropropagation protocol for Withania coagulans (Stocks) Dunal. African Journal of Biotechnology, 10(39): 7611-7616. - Vasconsuelo, A. and Boland, R., 2007. Molecular aspects of the early stages of elicitation of secondary metabolites in plants. Plant Science, 172: 861-875. - Verma, A., Ahlawat, S., Kumar Jha, A. and Abdin, M.Z., 2017. Optimization of physiochemical parameters for the production of withaferin A employing cell suspension culture of Withania somnifera: A review. Journal of Pharmacy Research, 11(4): 267-271. - Wang, J.W. and Wu, J.Y., 2013. Effective elicitors and process strategies for enhancement of secondary metabolite production in hairy root cultures. Advances in Biochnology Engineering/Biotechnology, 134: 55-89. - Woo, W.S., Chi, H.J., Yun, S. and Hye, S., 1977. Alkaloid screening of some Saudi Arabian plants. Saengya Khakhoe Chi (Hanguk Saengya Khakhoe), 8: 109-113. - Yoshimura, K., Yabute, Y., Ishikawa, T. and Shigeoka, S., 2000. Expression of spinach ascorbate peroxidase isoenzymes in response to oxidative stresses. Plant Physiology, 123: 223-233. - Yu, Y., Wang, T., Wu, Y., Zhou, Y., Jiang, Y. and Zhang, L., 2019. Effect of elicitors on the metabolites in the suspension cell culture of Salvia miltiorrhiza Bunge. Physiology and Molecular Biology of Plants, 25: 229-242. - Zahedzadeh, F., Mahna, N., kakavand, F., Zare Nahandi, F and panahandeh, G., 2013. Effect of carbohydrate concentration and source on in vitro production of anthocyanin in apple. Journal of Agriculture of Biotechnology, 5(4): 37-48. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 335 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 246 |
||