افزایش ارتفاع و سطح برگ گیاهان تراریخت توتون بیان‌کنندۀ ژن AtEXPA18 آرابیدوپسیس تالیانا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد بیوتکنولوژی کشاورزی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

2 دانشیار، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

چکیده

اکپنسین‌ها گروهی از پروتئین‌های دیوارۀ سلولی‌اند که به‌واسطۀ تغییرات pH، موجب بسط دیوارۀ سلولی می‌شوند. این پروتئین‌ها از طریق سست کردن پیوندهای هیدروژنی بین میکروفیبریل‌های سلولز و پلیمر ماتریکس موجب تغییر شکل دیواره و رشد می‌شوند. در این تحقیق، یک ژن اختصاصی ریشه از گیاه آرابیدوپسیس به نام AtEXPA18 که به‌طور مستقیم در شکل‌گیری ریشه‌های مویین مؤثر است، همچنین نقش آن در دیگر بخش‌های گیاهی ثابت شده است، جداسازی و تحت کنترل پیشبرندۀ CaMV 35S و خاتمه‌دهندۀ NOS درون ناقل بیان گیاهی pBI121 همسانه‌سازی و در نهایت به آگروباکتری منتقل شد. سپس این ژن طی روش تراریختی برگی توتون، به این گیاه انتقال یافت. گیاهان حاصل از باززایی روی محیط انتخابی حاوی کانامایسین گزینش شدند. گیاهان به‌دست‌آمده از این طریق در نهایت به گلخانه انتقال یافتند و پس از رشد کافی مورد آنالیز مولکولی و مورفولوژیکی قرار گرفتند. برای اثبات تراریختی گیاهان در سطح ژنوم، استخراج دی­ان­ای صورت گرفت و ژن AtEXPA18 با استفاده از آغازگرهای اختصاصی طراحی شده و از طریق واکنش زنجیره‌ای پلی‌مراز تکثیر شد. همچنین پس از استخراج RNA و ساخت cDNA، نتایج آزمون RT-PCR، رونویسی تراژن را در گیاهان تراریخت تأیید کرد. بررسی‌های مورفولوژیکی گیاهان تراریخت نشان داد که این گیاهان نسبت به گیاهان غیرتراریخت دارای اندام‌های بزرگ‌تر و حجیم‌تری هستند. برای مثال صفاتی همچون ارتفاع بوته و سطح برگ‌ها، در توتون‌های تراریخت نسبت به گیاهان شاهد، برتری معنی‌داری داشتند. نتایج به‌دست‌آمده به‌همراه سایر نتایج، نقش ژن مذکور را در بسط و توسعۀ سلولی نشان می‌دهند و آن را به‌عنوان تنظیم‌کنندۀ رشد عمومی، برای به‌دست آوردن گیاهان تراریخته با اندام بزرگ‌تر توصیه می‌کنند.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Increasing stems length and leaf area in transgenic tobacco plants expressing Arabidopsis AtEXPA18 gene

نویسندگان [English]

  • Meysam Malekpour 1
  • Alireza Abbasi 2
1 M.Sc. graduate of Agricultural Biotechnology, University of Tehran
2 Associate Professor, University College of Agriculture & Natural Resources, University of Tehran, Karaj
چکیده [English]

Expansins are cell wall proteins that due to changes in pH, causing the expansion of the cell wall .These proteins are causing deformation of walls through loosening hydrogen bonds between the cellulose and polymer matrix microfibrils .In this study, a root specific gene called AtEXPA18 -that directly affect the formation of root hairs and also its role  have been proved in other parts of the plant- was isolated from Arabidopsis thaliana and cloned into the plant expression vector PBI121 under the control of CaMV 35S promoter and NOS terminator and finally was transferred  to Agrobacterium .This gene was then transferred to the tobacco through leaf disks transformation. Plants obtained from regeneration was selected on selective medium containing kanamycin .Plants were transferred to the greenhouse and after growth, molecular and morphological analysis was conducted .To prove the transformation of plants  in genome wide ,DNA was extracted and AtEXPA18 gene was amplified by polymerase chain reaction technique with specific primers. Also, the results of RT-PCR confirmed the transcription of transgene in transgenic tobacco, after RNA extraction and cDNA synthesis. The obtained transgenic tobacco plants were shown to have significantly larger leaves and longer stems compared to control plants. The results obtained with other results demonstrate the role of mentioned gene in cell expansion and recommend it as a public growth regulator to obtain transgenic plants with larger organs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Expansin
  • Agrobacterium tumefaciens
  • cell wall expansion
  • Transformation

مراجع

  1. Cho, H .T. & Cosgrove, D. J. (2002). Regulation of root hair initiation and expansin gene expression in Arabidopsis. The Plant Cell, 14, 3237–3253.
  2. Cho, H. T. & Cosgrove, D. J. (2004). Expansins as agents in hormone action. Plant Hormones: Biosynthesis, Signal Transduction, Action! Davies, P.J., Ed., Dordrecht: Kluwer, 262–281.
  3. Cho, H.T. & Cosgrove, D. J. (2000). Altered expression of expansin modulates leaf growth and pedicel abscission in Arabidopsis thaliana. Proc. Natl. Acad. Sci., USA 97, 9783–9788.
  4. Choi, D., Cho, H. T.  &Lee, Y. (2006). Expansins: expanding importance in plant growth and development. Physiol Plant, 126, 511–518.
  5. Choi, D., Lee, Y., Cho, H. T. & Kende, H. (2003). Regulation of expansin gene expression affects growth and development in transgenic rice plants. Plant Cell, 15, 1386–1398.
  6. Cosgrove, D. J. (2000). Loosening of plant cell wall by expansins. Nature, 407, 321–326.
  7. Cosgrove, D. J. (2005). Growth of the plant cell wall. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 6, 850–861.
  8. Cosgrove, D.J. (1999). Enzymes and other agents that enhance cell wall extensibility. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol, 50, 391-417.
  9. Dowries, B. P. & Crowell, D. N. (1998). Cytokinin regulates the expression of a soybean β-expansin gene by a post-transcriptional mechanism. Plant Mol Biol, 37, 437-444.
  10. Gao, X., Liu, K. & Lu, Y.T. (2010). Specific roles of atexpa1 in plant growth and stress adaptation. Russ. J. Plant Physiol, 57, 241–246.
  11. Gonzalez, N., Vanhaeren, H. & Inze, D. (2012). Leaf size control: complex coordination of cell division and expansion. Trends in Plant Science, 17, 332-340.
  12. Gray Mitsumune, M., Blomquist, K., mcqueen Mason, S., Teeri, T. T., Sundberg, B. & Mellerowicz, E. J. (2008). Ectopic expression of a wood_abundant expansin pttexpa1 promotes cell expansion in primary and secondary tissues in aspen. Plant Biotechnol, 6, 62–72.
  13. Kuluev, B. R., Knyazev, A. B., Lebedev, Ya. P. & Chemeris, A. V. (2012). Morphological and physiological characteristics of transgenic tobacco plants expressing expansin genes: atexp10 from Arabidopsis and pnexpa1 from Poplar .Russian Journal of Plant Physiology, 59, No. 1, pp. 97–104.
  14. Lee, Y., Choi, D. & Kende, H. (2001). Expansins: ever-expanding numbers and functions. Curr Opin Plant Biol, 4, 527-532.
  15. Li, F., Xing, S., Guo, Q., Zhao, M., Zhang, J., Wang, G. & Wang, W. (2011). Drought tolerance through over-expression of the expansin gene taexpb23 in transgenic tobacco. Journal of Plant Physiology, 168, 960–966. 
  16. Mcqueen-Mason, S. J. & Cosgrove, D. J. (2000). Disruption of hydrogen-bonding between plant-cell wall polymers by proteins that induce wall extension. Proc. Natl. Acad. Sci., USA 91, 6574–6578.
  17. Mcqueen-Mason, S., Durachko, D. M. & Cosgrove, D .J) .1992(. Two endogenous proteins that induce cell wall extension in plants. Plant Cell, 4, 1425–1433.
  18. Rose, J. K. C., Cosgrove, D .J., Albersheim, P., Darvill, A .G. & Bennett, A .B. (2000). Detection of expansin proteins and activity during tomato ontogeny. Plant Physiology, 123: 1583.
  19. Sampedro, J. & Cosgrove, D. J. )2005(. Protein family review: expansins. Genome biology, 6, 242-250.
  20. Shahnejat bushehri, S. (2010). Overexpression of AtEXPA18 in Arabidopsis Thaliana. MSc. dissertation, University of Tehran, College of Agriculture & Natural Resources, Department of Agronomy and Plant Breeding. (In Farsi)
  21. Wang, W., Scali, M., Vignali, R., Milanesi, C., Petersen, A., Sari-Gorla, M. & Cresi, M. (2004). Male-sterile mutation alters Zea m1 (beta-expansin1) accumulation in a maize mutant. Plant Reprod, 17, 41–47.
  22. Wu, Y., Meeley, R.B. & Cosgrove, D.J. (2001). Analysis and expression of the α-expansin and β-expansin gene families in maize. Plant Physiol, 126, 222–232.
  23. Wu, Y., Thorne, E.T., Sharp, R.E. & Cosgrove, D.J. (2001). Modification of expansin transcript levels in the maize primary root at low water potentials. Plant Physiol, 14, 3237–3253.
  24. Xing, S. C., Li, F., Guo, Q. F., Liu ,D. R,. Zhao, X. X. & Wang, W.) 2009.( The involvement of an expansin genetaexpb23 from wheat in regulating plant cell growth .Biologia Plantarum, 53 (3), 429-434.
  25. Zenoni, S., Reale, L., Tornielli, G. B., Lanfaloni, L., Porceddu, A., Ferrarini, A., Moretti, C., Zamboni, A., Speghini, A., Ferranti, F. & Pezzotti, M. (2004). Downregulation of the Petunia hybrida α-expansin gene phexp1reduces the amount of crystalline cellulose in cell wall and leads to phenotypic changes in petal limbs. Plant Cell, 16, 295–308.
  26. Zhao, M. R., Han, Y., Feng, Y., Li, F. & Wang, W. (2012). Expansins are involved in cell growth mediated by abscisic acid and indole-3-acetic acid under drought stress in wheat. Plant Cell Rep, 31,671–685.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 18 فروردین 1392
  • تاریخ بازنگری: 29 اردیبهشت 1394
  • تاریخ پذیرش: 20 مهر 1392
  • تاریخ انتشار: 01 مهر 1393

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار