
تعداد نشریات | 14 |
تعداد شمارهها | 173 |
تعداد مقالات | 1,695 |
تعداد مشاهده مقاله | 2,850,892 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 2,320,101 |
گزینش لاین سلولی پربازده و ایجاد سوسپانسیون سلولی تولیدکنندة بالای تاکسول در درخت سرخدار (Taxus baccata L.) | ||
پژوهش و توسعه جنگل | ||
دوره 11، شماره 2، شهریور 1404، صفحه 183-204 اصل مقاله (1.74 M) | ||
نوع مقاله: علمی - پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.30466/jfrd.2025.55868.1749 | ||
نویسندگان | ||
آیدا جوانمرد1؛ مراد جعفری* 2 | ||
1دانشجوی دکتری ژنتیک مولکولی و مهندسی ژنتیک، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران | ||
2دانشیار، گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران | ||
چکیده | ||
مقدمه و هدف: سرخدار (Taxus baccata L.) از درختان سوزنیبرگ کندرشد و همیشهسبز جنگلهای هیرکانی ایران است که بهدلیل تولید تاکسول، داروی حیاتی ضد سرطان، ارزش دارویی فراوانی دارد. با این حال، غلظت بسیار پایین تاکسول در گونههای سرخدار (001/0 تا 02/0 درصد وزن خشک) مانع اصلی بهرهبرداری پایدار است. برای تهیه تنها یک کیلوگرم تاکسول به حدود 10 هزار کیلوگرم پوست یا قطع سه هزار درخت سرخدار نیاز است، درحالیکه درمان یک بیمار سرطانی به سه گرم تاکسول معادل هشت درخت 60 ساله نیاز دارد. این مسئله خطر جدی برای بقای جنگلهای طبیعی ایجاد میکند. از اینرو، پژوهشگران زیستفناوری بهدنبال روشهای جایگزین مانند کشت سلول و بافت برای تولید متابولیتهای ثانویه در مقیاسهای بزرگ و بدون آسیب به محیطزیست هستند. کشت سوسپانسیون سلولی یکی از رویکردهای مؤثر برای تولید متابولیتهای دارویی در شرایط آزمایشگاهی محسوب میشود. استفاده از لاینهای سلولی پرتوان و گزینششده میتواند منجر به افزایش چشمگیر تولید زیستتوده و تاکسول شود. در این پژوهش، با بهرهگیری از روش کلونینگ تودههای سلولی کوچک، لاینهای سلولی با بازده بالا شناسایی و کشتهای سوسپانسیون همگن برای تولید کارآمد تاکسول در سرخدار ایجاد شد. مواد و روشها: ریزنمونههای ساقه جوان درختچههای سرخدار یک ساله در محیط کشت B5 حاوی غلظتها و ترکیبات مختلف اکسین (2,4-D، PIC، NAA) و سیتوکینین (BAP، KIN) برای القای کالوس کشت داده شدند. القای موفقیتآمیز کالوس و بهترین ترکیبات فیتوهورمونی توسط عوامل متعددی مانند زمان القای کالوس، مقدار کالزایی و مورفولوژی کالوس (بافت و رنگ) تعیین شد. کالوسهای مناسب گزینش شدند و برای ایجاد کشت سوسپانسیون سلولی اولیه مورد استفاده قرار گرفتند. پس از ایجاد کشتهای سوسپانسیون مختلف، لاینهای سلولی پربازده با استفاده از روش کلونینگ تودههای سلولی کوچک گزینش شدند. سوسپانسیونهای سلولی بهدست آمده از لاینهای برتر گزینش شده از نظر سینتیک رشد، تجمع تاکسول، پایداری رشد و تولید متابولیت مورد آنالیز قرار گرفتند. همه آزمایشها دو بار تکرار شدند و آزمایشها بر پایه طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار تنظیم شدند. آنالیز واریانس دادهها و مقایسه میانگینها با استفاده از نرمافزار آماری SAS 9.4 انجام شد. یافتهها: تأثیر فیتوهورمونها بر روی کالزایی، انواع مورفولوژی کالوس را، بسته به نوع فیتوهورمون و غلظت، نشان داد که ترکیب PIC و KN برای القای کالوس نرم، شکننده و تندرشد مؤثرتر بود. چهار کلونی مشتق از تک سلول با ویژگیهای رشدی خوب از کشتهای مختلف سوسپانسیون سلولی T. baccata با استفاده از روش کلونینگ تودههای سلولی گزینش و کشتهای سوسپانسیون سلولی از لاینهای سلولی گزینش شده ایجاد شدند. پروفیل زمانی رشد سلولها در کشتهای سوسپانسیون نشان داد که مرحله رشد نمایی تا روز 21 ادامه داشت و به دنبال آن فاز ساکن، که از روزهای 21 تا 28 سیکل رشد ادامه داشت، طی آن رشد سلولی بهطور محسوسی تغییر نکرد. با توجه به منحنی رشد، بهترین زمان برای تولید تاکسول در فاز نمایی نهایی، یعنی تا روز 21ام با بیشینه مقدار رشد سلولی، است. لاین برتر بیشترین مقدار تاکسول (mg/l 07/26) را با تولید قابل توجهی زیستتوده (g DW/l 68/33) تولید کرد که بهترتیب تقریباً 15 و 05/2 برابر بیشتر از لاین کم بازده بود. در بررسی دینامیک جمعیت سلولی لاین برتر مشخص شد که اغلب از فراکسیونهای تودههای سلولی کروی شکل هستند که توانایی سریع تقسیم و با مقدار زندهمانی بالا هستند. آنالیز پایداری لاینهای گزینش شده نشان داد در بین لاینها از نظر پایداری در تولید زیتوده و متابولیت در طی واکشتهای متوالی تفاوت معنیدار وجود دارد، که فقط لاین TbCL-J1 از نظر رشد و تجمع زیتوده و تولید تاکسول پس از پنج نسل واکشت، پربازده و پایدار باقی ماند. نتیجهگیری: این پژوهش موفق به گزینش یک لاین سلولی پربازده و ایجاد کشت سوسپانسیون سلولی پرتوان برای تولید تاکسول، داروی ارزشمند ضد سرطان شد. میزان تولید تاکسول در لاین منتخب بهطور چشمگیری (77/0 درصد زیتوده خشک) بالاتر از مقادیر گزارششده در درختان سرخدار جنگلی (001/0 تا 02/0 درصد) بود. راهبرد انتخاب لاین سلولی علاوه بر افزایش تولید تاکسول، موجب رشد بیشتر زیستتوده نیز شد. این روش مبتنی بر کلونینگ تودههای سلولی، قابلیت کاربرد در سایر سیستمهای کشت گیاهی را دارد. همچنین، کشت همگن حاصل از انتخاب تکسلول در سرخدار با سرعتی بیشتر از درختان جنگلی تکثیر میشود و برای مقیاسپذیری، مهندسی متابولیک و صنعتیسازی در بیوراکتور مناسب است، بدون آنکه نیاز به بهرهبرداری مخرب از جنگلهای بومی ایران باشد. | ||
کلیدواژهها | ||
القاء کالوس؛ کلونینگ تودههای سلولی؛ متابولیتهای ثانویه؛ محیط کشت B5 | ||
مراجع | ||
Ahadi, H.; Mirjalili, M. H.; Farzaneh, M.; rezadoos, H., Quantification of taxol and 10- deacetyl baccatin III in the leaf and cell suspension cultures of two taxus species. Journal of Plant Productions 2018, 41 (3), 95-105. (In Persian) Ashrafi, S.; Mofid, M. R.; Otroshi, M.; Ebrahimi, M.; Khosroshahli, M., Effect of plant growth regulators on the callogenesis and taxol production in cell suspension of Taxus baccata L. Trakia Journal of Sciences 2010, 8(2), 36-43. Bagheri Toulabi, S.; Moieni, A.; Ghanati, F.; Emami, F., Investigation of the effects of the basal medium, auxin and antioxidants on the induction and maintenance of callus and taxol production in yew (Taxus baccata). Journal of Advances in Biology & Biotechnology 2015, 3(2), 58-67. Bonfill, M.; Bentebibel, S.; Moyano, E.; Palazon, J.; Cusido, R.M.; Eibl, R.; Pinol, M.T., Paclitaxel and baccatin III production induced by methyl jasmonate in free and immobilized cells of Taxus baccata. Journal of Biologia Plantarum 2007, 51 (4), 647-52. Bray, F.; Laversanne, M.; Sung, H.; Ferlay, J.; Siegel, R. L.; Soerjomataram, I., Jemal, A., Global cancer statistics 2022: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer Journal for Clinicians 2024, 74(3), 229-263. Brunakova, K; Babincova, Z.; Takác, M.; Cellárová, E., Selection of callus cultures of Taxus baccata L. as a potential source of paclitaxel production. Engineering in Life Sciences 2004; 4 (5), 465-9. Chandran, H.; Meena, M.; Barupal, T.; Sharma, K.; Plant tissue culture as a perpetual source for production of industrially important bioactive compounds. Biotechnology Reports 2020, 26:e00450. Christen, A.A.; Bland, J.; Gibson, D.M., Cell culture as a means to produce taxol. Journal of Proceedings of the American Association for Cancer Research 1989, 30:2252. Cusidó, R. M.; Palazón, J.; Navia-Osorio, A.; Mallol, A.; Bonfill, M.; Morales, C.; et al., Production of Taxol and baccatin III by a selected Taxus baccata callus line and its derived cell suspension culture. Plant Science 1999, 146, 101-7. Deepthi, S.; Satheeshkumar, K., Cell line selection combined with jasmonic acid elicitation enhance camptothecin production in cell suspension cultures of Ophiorrhiza mungos L. Journal of Applied Microbiology Biotechnology 2017, 101(2), 545-558. Denis, J.N.; Greene, A.E.; Guenard, D.; Gueritt-Voegelein, F.; Managatal, L.; Poiter, P., Highly efficient approach to natural taxol. Journal of the American Chemical Society 1998, 110 (17), 5917-5919. Dong, J.; Bowra, S.; Vincze, E., The development and evaluation of single cell suspension from wheat and barley as a model system; a first step towards functional genomics application. BMC Plant Biology 2010, 5 (10), 239. Dougall, K. D., Cell cloning and selection of high yielding strains. In Cell culture and somatic cell genetic of plants; Constabel, F.; Vasil, I. K., Ed.; Academic Press, INC: San Diego, CA, 1987; pp117-123. Fathollahi Qarachoboogh, A.; Alijanpour, A.; Hosseini, B.; Banj Shafiei, A., The effects of different plant growth regulators on micropropagation of Juniperus foetidissima Willd. Forest Research and Development 2020, 6(4), 573-591. (In Persian) Fathollahi Qarachoboogh, A.; Alijanpour, A.; Hosseini, B.; Banj Shafiei, A., The effects of different plant growth regulators on micropropagation of Juniperus excelsa L. Forest Research and Development 2025, doi: 10.30466/jfrd.2024.55374.1728. (In Persian) Fujita, Y.; Takahashi, S.; Yamada, Y., Selection of cell lines with high productivity of shikonin derivatives by protoplast culture of Lithospermum erythrorhizon cells. Agricultural and Biological Chemistry 1985, 49, 37-41. Gamborg, O. L.; Miller R. A.; Ojima K, Nutrient requirements of suspension cultures of soybean root cells. Experimental Cell Research 1968, 50:151-158. Habibi Khaniani, B.; Moieni, A.; Abdollahi, M., Production of secondary metabolites and pharmaceutical constituents through tissue and cell culture. Journal of Medicianal Plants 2005, 4 (14), 1-6. (In Persian) Hasanloo, T.; rezazadeh, S.; Rahnama, H.; Hairy roots as a Source for Production of Valuable Pharmaceutical materials. Journal of Medicianal Plants 2009; 8 (29), 1-17. (In Persian) Hazrati Jahan, R.; Zare, N.; Dezhsetan, S.; Shikhzadeh Mosaddeg, P., Enhanceed Taxol production in cell suspension cultures of hazelnut (Corylus avellana L,.) by combination of elicitor and precursor. Journal of Medicinal and Aromatic Plants 2017, 33 (1), 73- 89. (In Persian) Larkin, P. J.; Scowcroft, W. R., Somaclonal variation - a novel source of variability from cell cultures for plant improvement. Theoretical and Applied Genetics, 1981, 60(4), 197-214. Liang, L. F.; Keng, C. L.; Lim, B. P., Selection of cell lines for the production of rosmarinic acid from cell suspension cultures of Orthosihon stamineus benth. In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant 2006, 42, 538- 542. Malik, S.; Cusido, R. M.; Mirjalili, M. H.; Moyano, E.; Palazon, J.; Bonfill, M., Production of the anticancer drug taxol in Taxus baccata suspension cultures: A review. Journal of Process Biochemistry 2011, 46, 23-34. Markowski, M.; Czarnomska, Z.; Tomiczak, K.; Mikuła, M.; Granica, S.; Podwyszyńska, M.; Szypuła W.J., The influence of cryopreservation via encapsulation-dehydration on growth kinetics, embryogenic potential and secondary metabolite production of cell suspension cultures of Gentiana capitata Buch.-Ham. ex D. Don and Gentiana decumbens L.f. Indastrial Crops and Products 2024, 212, 11834. Matsumoto, T.; Kanno, N.; Ikeda, T.; Obi, Y.; Kisaki, T.; Noguchi, M., Selection of cultured tobacco cell strains producing high levels of ubiquinone 10 by a cell cloning technique. Agricultural and Biological Chemistry 1981, 45, 1627-1633. Naill, M. C.; Roberts, S. C., Culture of isolated single cells from Taxus suspensions for the propagation of superior cell populations. Biotechnology Letters 2005, 27, 1725-1730. Nirmala, M. J.; Samundeeswari, A.; Sankar, P. D., Natural plant resources in anti-cancer therapy-A review. Journal of Research in Plant Biology 2011, 1 (3), 1-14. Palazon, J.; Cusido, R. M.; Bonfill, M.; Morales, C; Pinol, M. T., Inhibition of paclitaxel and baccatinIII accumulation by mevinolin and fosmidomycin in suspension cultures of Taxus baccata. Journal of Biotechnology 2003, 101 (2), 157-163. Perez-Matas, E.; Hidalgo-Martinez, D.; Moyano, E.; Palazon, J.; Bonfill, M., Overexpression of BAPT and DBTNBT genes in Taxus baccata in vitro cultures to enhance the biotechnological production of paclitaxel. Plant Biotechnology Journal 2024, 22 (1), 233-247. Rahmati, Z.; Payam nour, V.; Ghasemi Bezdi, K.; Ebrahimi, P., Optimization of culture medium for in vitro callogensis in Taxus baccata L. and T. berevifolia Nut. Journal of Forest and wood products 2017, 70 (3), 381-391. (In Persian). Rana, S.; Dhar, N.; Bhat, W. W.; et al., A 12-deoxywithastramonolide-rich somaclonal variant in Withania somnifera (L.) Dunal-molecular cytogenetic analysis and significance as a chemotypic resource. In Vitro Cellular & Developmental Biology- Plant 2012, 48, 546-554. Razavi, S.A.; Hosseini Nasr, S. M.; Valizadeh, M., Effect of cutting type and plant growth regulators (IBA, NAA, 2, 4-D) on rooting of Taxus baccata L. cuttings. Forest Research and Development 2018, 4(1), 73-83. (In Persian) Vidal-limon, H. R.; Almargo, L.; Moyano, E.; Palazon, J.; Perdreno, M.A.; cusido, R.M., Perfluorodecalins and hexenol as inducers of secondary metabolism in Taxus media and Vitis vinifera cell cultures. Journal of Frontiers in Plant Science 2018, 9, 335-349. Wang, S.; Wang, H.; Li, T.; et al., The selection and stability analysis of stable and high Taxol-producing cell lines from Taxus cuspidata. Journal of Forest Research 2018, 29, 65-71. Wickremesinhe, E. R. M.; Arteea, R. N., Taxus callus cultures: Initiation, growth optimization, characterization and taxol production. Plant Cell Tissue and Organ Culture 1993, 35, 181-193. Witherup, K. M.; Look, S. A; Stasko, M. W.; Ghiorzi, T. J.; Muschik, G. M.; Cragg, G. M., Taxus spp. needles contain amounts of taxol comparable to the bark of Taxus brevifolia: analysis and isolation. Journal of Natural Products 1990, 53 (5), 1249-1255. Yari Khosroushahi, A.; Naderi-Manesh, H.; Toft Simonsen, H., Effect of antioxidants and carbohydrates in callus cultures of Taxus brevifolia: Evaluation of browning, callus growth, total phenolics and paclitaxel production. Bioimpacts 2011, 1(1), 37-45. Yazdani, D.; Shahnazi, S.; Rezazadeh, S.; Pirali Hamadani, M., Review on yew tree (Taxus spp.). Journal of Medicianal Plants 2005, 4 (15), 1-8. (In Persian) Zhang, C. H.; Fevereiro, P. S.; He, G.; Chen, Z., Enhanced paclitaxel productivity and release capacity of Taxus chinensis cell suspension cultures adapted to chitosan. Journal of Plant Science 2007, 172, 158-163. Zhang, D.; Li, Z.; Htwe, Y. M.; Shi, P.; Wei, X.; Nie, H.; Nin, J.; Wu, L.; Khan, F. S.; Yu, Q.; et al., Insights into the developmental trajectories of zygotic embryo, embryogenic callus and somatic embryo in coconut by single-cell transcriptomic analysis. Industrial Crop and Products 2024, 212, 118338. Zaranek, M.; Pérez-Pérez, R.; Milewska-Hendel, A.; et al., Efficient and rapid system of plant regeneration via protoplast cultures of Fagopyrum esculentum Moench. Plant Cell and Tissue Organ Culture 2023, 154, 673-687. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 241 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 84 |