پروژه های پژوهشی و تحقیقاتی دانشگاه ها با موضوع مقاومت نسل دوم گیاه توتون ... |
-
- تولید گیاهان مقاوم به بیماری از طریق مهندسی ژنتیک
-
- تولید گیاهان مقاوم به بیماری از طریق بهنژادی گیاهی سنتی
-
-
-
- کاربرد فنون زراعی برای سرکوب بیماری
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))
-
-
-
- کاربرد فنون خاموشی ژن
-
- استفاده از مواد غیر سمی افزایش دهنده مقاومت
-
- بهرهوری از عوامل زیستی ناهمساز به میکرواورگانیزمهای مولد بیماری (ایزدپناه و همکاران، ۱۳۸۹ و Strange et al., ۲۰۰۵)
با توجه به ضرورت ارقام گیاهی مقاوم به تنشهای زیستی و غیر زیستی و نارسایی روشهای سنتی بهنژادی گیاهی، به کارگیری روشهای موثر تنها راه برون رفت از این مشکل میباشد. در سالهای اخیر، با پیشرفت بدست آمده از در زیست شناسی مولکولی و روشهای کشت بافتی گیاهی روشهای جدیدتر و کارآمدتری را در مهندسی ژنتیک، برای چیرهگی بر محدودیتهای بهنژادی گیاهی سنتی فراهم کرده است. بنابراین استفاده از مهندسی ژنتیک برای دستیابی به ارقام مفید می باشد. با بهره گرفتن از فنون انتقال ژن، گیاهان تراریخت با یک ویژگی مشخص می توانند یک ژن از منبع ژنی متفاوت دریافت نمایند به نحوی که سایر ویژگیهای مطلوب گیاه تحت تاثیر قرار نگیرد. بنابراین کاربرد سموم شیمیایی هنوز موثرترین روش برای کنترل بیماریهای گیاهی هستند، اما کاربرد بیش از اندازه باکتریکشها و قارچکشهای شیمیایی منجر به شدید شدن و طولانی شدن دوره های آلودگی محیط زیست و مقاوم شدن بیمارگرها نسبت به این سموم شده است (Daoubi et al., 2005). اگرچه روشهای اصلاحی یکی از موثرترین راهکارها در تولید گیاهان مقاوم به بیماریها بوده اما این روش دارای محدودیتهایی مانند فقدان پل ژنی دهنده مناسب و شکستن مقاومت میباشد. از سوی دیگر روشهای بیوتکنولوژی به طور موفقیتآمیزی در تولید محصولات گیاهی مقاوم علیه بیمارگرها و آفات موثر بوده است، در این روشها ژن بیان کننده پپتیدهای ضدمیکروبی را در گیاهان بیان کرده و باعث مقاومت گیاه به بیماری مورد نظر شده است (Tingquan et al., 2013).
۱-۱- پپتیدهای ضد میکروبی
پپتیدهای ضد میکروبی یکی از اجزای سیستم ذاتی ایمنی محسوب می شود که معمولا به عنوان اولین خط دفاعی علیه پاتوژنها عمل می کنند. چند ویژگی که معمولا در همه پپتیدهای ضد عمومیت دارد شامل: توالی کوتاه بین ۳۰ تا۶۰ اسید آمینه آمینه، خاصیت کاتیونی قوی، قابلیت تحمل دما تا ۱۰۰ درجه سانتی گراد به مدت ۱۵ دقیقه میباشد. پپتیدهای ضد میکروبی بوسیلهی موجودات مختلف تولید میشوند که شامل باکتری ها حشرات، گیاهان و مهره داران می باشد (Boulanger et al., 2006). پپتیدهای ضد میکروبی طیف وسیعی از میکروارگانیسمها شامل باکتری های گرم مثبت و گرم منفی، قارچها، میکروپلاسماها و ویروسها را کنترل می کنند. بیش از ۱۵۰۰ پپتید ضد میکروبی در جانوران، گیاهان و میکروارگانیسمها شناسایی شده است (Parachin et al., 2012 ; Li et al., 2012).
بیان ژنهای کد کننده پپتیدهای ضدمیکروبی با منشا گیاهی در گیاهان تراریخته باعث تغییر کمی در مقاومت گیاه علیه بیمارگرهای گیاهی می شود، زیرا بیمارگر با گیاه در یک مدت طولانی با هم تکامل یافتهاند اما بیان ژن های کد کننده یپپتیدهای ضدمیکروبی از منابع دیگر در گیاهان منجر به سطح بالایی از مقاومت در برابر طیف وسیعی از بیماریها شده است (Burrowes et al., 2005).
۱-۲- پروتئین لاکتوفرین
پروتئین لاکتوفرین یکی از اعضای خانوادهی ترانسفرین ها می باشد که دارای خاصیت اتصال شوندهگی به آهن است. لاکتوفرینها اغلب آمفیپاتیک حاوی بار مثبت و مناطق هیدروفیل هستند که به دومین مولکولهای حاوی بار منفی در سطح میکرواورگانیسم متصل میشوند که این مکانیسم به لاکتوفرین اجازه میدهد به راحتی با غشا باکتری که شامل مجموعه ای از مولکولهای آمفیپاتیک میباشد، واکنش دهد، مخصوصا با باکتریهایی که سطح غشا آنها دارای بار منفی میباشند (Legrand and Mazurier, 2010 ).
۱-۳- هدف
در این پروژه بیمارگرهای باکتریایی و ویروسی به گیاهان ترایخت نسل دوم توتون حاوی ژن لاکتوفرین شتر عربی با هدف ایجاد مقاومت توتونهای تراریخت نسبت به این بیمارگرها مایهزنی گردید.
فصل دوم
۲- مروری بر پژوهشهای پیشین
۲-۱- بیماریهای گیاهی و مهند سی ژنتیک
با تشخیص القای تومور درگیاهان توسط Agrobacterium tumefaciens بهواسطه انتقال T-DNA موجود روی پلاسمید باکتری ایجاد می شود، کاربرد از آن برای ایجاد گیاهان تراریخت معمول شده است. اگر چه از تکنیکهای دیگری مانند الکتروپوراسیون[۱] و بیولیستیک[۲] نیز استفاده می شود. روش های سنتی بهنژادی گیاهان شامل تلاقیهای مختلف و روشهای درون شیشه ای مکمل این روشها در ایجاد گیاهان با صفات مطلوب میباشند. در سالهای اخیر ظهور روشهای مهندسی ژنتیک به عنوان ابزاری جدید در تحقیقات کشاورزی همسو با بهنژادی سنتی در گسترش روشهای جدید برای دستورزی ژنتیکی گیاهان نقش بسیار مهمی ایفا کرده است. یکی از شاخه های زیست فناوری گیاهی انتقال ژنهای خاص به سلولهای گیاهی و یا بازایی گیاه از این سلولها با بهره گرفتن از روشهای کشت بافت گیاه میباشد. بنابراین زیست فناوری این پتانسیل را دارد که با تولید گیاهان با خصوصیات بهبود یافته مکمل روشهای سنتی به نژادی گیاهان شود. بر خلاف روشهای به نژادی سنتی که در آّن دستهای از ژنها منتقل می شود (Wood and Derek, 2001). در روشهای مبتنی بر زیست فناوری میتوان یک ژن مشخص را از هر موجودی انتخاب و به جاندار دیگر انتقال داد. سوالی که در روشهای مهندسی ژنتیک مطرح می شود این است که چه ژنهای باید منتقل شوند که پاسخ به این سوال بستگی به نوع هدفی که در انتقال ژن دنبال می شود، دارد. در مبارزه با بیماریها با بهره گرفتن از مهندسی ژنتیک دسته اول ژنهای کاندیدا برای انتقال ژنهای هستند که ویژگیهای بیماریزای بیمارگر به عنوان مثال آنزیم های تجزیه کننده توکسینها را باز داشته یا آن را از بین میبرند یا ژنهایی که مقاومت گیاه را افزایش میدهند. دسته بعدی ژنهایی هستند که غلظت پپتیدهای ضدمیکروبی را افزایش می دهند (Strange et al., 2005).
ژنهای جانوری که از آنها می توان برای ایجاد مقاومت در گیاهان استفاده کرد بسیار متنوع هستند که از حشرات، پستانداران و خزندگان قابل جداسازی هستند به عنوان نمونه سکروپین[۳] و دفنسین[۴] حشرات، برنینز[۵] قورباغه، ایندولوسیدین[۶] گاو نمونههایی از پروتئینهای ضد میکروبی هستند که ژن آنها قابل انتقال به گیاهان است (Li et al., 2012). از دیگر ژنهای با خواص ضدمیکروبی می توان به لاکتوفرین و لیزوزیم پستانداران اشاره کرد.
۲-۲- توتون “سیستم بیان گیاهی متداول”
توتون با نام علمی Nicotiana tabacum به عنوان یک سیستم بیان گیاهی مدل است که در سطح گسترده، جهت انتقال ژنهای مختلف بکار رفته است و بیشترین استفاده را در بین گونه های گیاهی به خود اختصاص داده است. از بهترین دلایل انتخاب آن، می توان به انعطافپذیری و آسانی نسبی دستورزی ژنتیکی، ایجاد عملکرد سالانه بیش از ۱۰۰ تن در هکتار و تولید بذر فراوان در گیاه اشاره کرد (Strange et al., ۲۰۰۵).
توتون یک محصول خودگرده افشان است و خویشاوندان زراعی یا وحشی کمی دارد. بنابراین امکان فرار ژن در این حالت بسیار کم است و بنابراین بر خلاف بسیاری از سیستمهای گیاهی، توتون مناسبترین شرایط را از نظر مسایل ایمنی زیستی و اخلاق زیستی دار است و کمترین احتمال آلودگی زنجیرههای گیاهی و جانوری را داراست )قاسم پور و همکاران، ۱۳۸۶).
۲-۳- معرفی پپتید های ضد میکروبی
پپتیدهای ضد میکروبی بوسیلهی موجودات مختلف تولید میشوند که شامل باکتری ها حشرات، گیاهان و مهره داران میباشند (Boulanger et al., 2006). همانطور که قبلا بحث شد چند روش برای گسترش تولید [۷]AMPدر سیستمهای میکروبی وجود دارد که از جمله آن به کنترل رونویسی و تولید پروتئین نوترکیب میباشد، اما سیستم بیانی گیاهان به عنوان یک جایگزین مناسب برای تولید پپتیدها بدون نیاز به کنترل رونویسی، توانایی بیان در سطح بالا و فرایندهای پس از ترجمه گیاه می باشد مورد توجه قرار گرفتهاند (Haung et al., 2009). این پپتیدهای دارای شش سیستئن در توالی خود میباشند که تشکیل سه باند دیسولفیدی می دهند (Craik, 2011). این کمپلکس ساختار سه تایی از طریق پیشسازش جداشده، خارج می شود و تا میخورد که نتیجه آن تولید پپتید بالغ میباشد. و پیشنهاد شده که پپتید اولیه به همراه یک آنزیم واکوئلی به نام آسپارزینیل اندوپپتیداز[۸] با دو فعالیت اندوپپتیدازی و تشکیل ساختار صحیح پروتئین این فرایند را انجام میدهد (Craik et al., 1999).
پپتیدهای ضدمیکروبی با توجه به منشاشان به چهار گروه تقسیم بندی میشوند:۱- حشرات ۲- دیگر حیوانات ۳- شیمیایی ۴- از طریق میکروارگانیسمهای مهندسی شده تولید میشوند. امروزه بیش از ۱۵۰۰ پپتید ضدمیکروبی از منشاهای متفاوت گزارش شده است (Varadhachary and Gauri, 2010).
۲-۳-۱- پپتید های ضد میکروبی با منشا حشرات
این نوع پپتیدها هم القایی هستند و هم به صورت همیشه بیان میباشند. امروزه بیش از ۲۰۰ پپتید در حشرات شناسایی شده این پپتیدها به پنج گروه بر اساس توالی اسید آمینه و فعالیت آنتی باکتریایی تقسیم بندی می شوند. که عبارتند از سکروپینها، دفنسین حشرات، پپتید غنی از پرولین، پپتیدهای غنی از گلیسین و لیزوزیمها(Li et al., 2012) .
۲-۳-۲- پپتیدهای ضد میکروبی شناسایی شده در دیگر حیوانات
این پپتیدها توالی متنوع، ساختار و بافت هدف خاصی را نشان می دهند. بیان این پپتیدها در اکثر بافتها و انواع مختلفی از سلولها و سطح گستردهای از انواع گونه های مختلف شامل پستانداران، دوزیستان و ماهیها بیان می شوند. در بیشتر مهرهداران با یک لایهی دایرهای خنثی حفظ می شود (Li et al., ۲۰۱۲).
۲-۳-۳ - پپتید های ضد میکروبی حاصل از سنتز مصنوعی
سنتز مصنوعی با بهره گرفتن از روش فاز جامد انجام میگیرد که در این روش ابتدا اسید آمینهای که انتهای آن دارای انتهای آمینی میباشد، محافظت شده به فاز جامد متصل می شود سپس مولکولی که به قسمت انتهای آمینی چسبیده برداشته شده و اسید آمینهی دیگر اضافه شده و به همین ترتیب ادامه داده تا پپتید مورد نظر ساخته شود. ازجمله مشکلات سر راه در سنتز پپتید هزینه زیاد، وجود باندهای دیسولفیدی و تغییرات پس از ترجمه می باشد (Wang et al., 2012).
۲-۳-۴- پپتیدهای ضد میکروبی حاصل از میکروارگانیسمهای مهندسی شده
پیشرفت در تکنولوژی DNAی نوترکیب فرصتی را برای تولید AMPها در مقیاس وسیع فراهم کرده است. این تکنولوژی قادر است ژن بیگانه را در ناقل های مخصوص جاسازی و در پروکاریوتها و سلولهای یوکاریوت میزبان بیان کند. با توجه به اینکه موثرترین روش برای صرفهجویی در زمان و کاهش هزینه میباشد و علاوه بر این تولید پپتید با بهره گرفتن از تکنیک زیست مولکولی می تواند در بخشهای مختلف صنعتی به کاررود (Rao et al., 2005). با توجه به اندازه پپتید، جایگاه و ترشح داخل سلولی پپتید، نحوه تاخوردهگی و الگوهای قنددار شدن پپتیدها، میزبانهای متفاوتی وجود دارد. باکتری ها و مخمرها ۹۶ درصد میزبانها را در تولید AMPها به خود اختصاص دادند و درحالی که گیاهان نقش کمرنگ تری در تولید AMP ها دارند (Parachin et al., 2012).
۲-۳-۴-۱- باکتری ها
باکتری Esheria coliیکی از پر کاربردترین میکرو ارگانیسمها برای تولید پپتیدهای ضد میکروبی میباشند که به دلیل رشد سریع، دسترسی به ناقل های بیانی تجاری، وجود دانش وسیع در حیطهی ژنتیک، بیوشیمی و فیزیولوژی را به خود اختصاص داده است. بعد از E.coli باکتری Bacillus subtillusبیشترین کاربرد برای بیان AMP را به خود اختصاص داده است (Ingham and Moore, 2007) که از جمله آن می توان سکروپین AD نام برد (Feng et al., 2012). تولید AMP در باکتری ها با چند چالش روبرو میباشد، از جمله می توان، جلوگیری از فعالیت طبیعی AMP به دلیل سمی بودن برای باکتری و ناپایداری AMP به علت خواص شیمیایی و اندازه آن نام برد. بنابراین برای بدست آوردن بیان موفقAMP از یک پروتئین حامل که خاصیت آنیونی پپتید را خنثی کند میتوان از پروتئین حامل استفاده کرد، علاوه بر این، پروتئین حامل حلالیت AMP را تسهیل کرده است (Li et al., 2012).
۲-۳-۴-۲- مخمرها
مخمرهایی مانند Saccharomyces cerevisiae و Pichia pastoris از جمله میزبانهای مناسب برای تولید AMPها می باشند (Cregg et al., 2009). مخمرها مزایایی نسبت به پروکاریوتها دارند که عبارتند از: دارای تغییرات پس از ترجمه هستند، هزینه کمتر و رشد سریعتر در مقایسه با کشت سلولهای پستانداران دارند که نتیجه آن تولید پروتئین بیشتر و مناسبتر میباشد و در نهایت اینکه مخمر ها قادرند AMPمورد نظر را به بیرون ترشح کنند که خالصسازی و جداسازی را آسان می کند (Atiqur et al., 2010). برای مثال تولید AMPی Shrimp paenedin در S.cerevisiae انجام شد ولی سطح تولیدی گزارش نشد در حالی که درP .pastoris مقدار mg/l-1180 تولید شد. دلیل آن این است که P. pastoris دارای مقاومت نسبت به الکل می باشد و محیط اطراف خود را تخمیری نمیکند بنایراین می تواند سطح بالایی از پپتید را تولید کند (Cereghino et al., 2002).
۲-۳-۴-۳- گیاهان
تغییرات ژنتیکی گیاهان پیشرفت بزرگی را در بهبود و اصلاح محصولات و کیفیت مواد غذایی گیاهان به ارمغان آورده است، از جمله گیاهانی مانند سویا، ذرت، کتان و برنج می توان اشاره کرد و این گیاهان به مدت طولانی برای بیان پپتید استفاده میشوند (Desai et al., 2010). در واقع تغییرات ژنتیکی گیاهان برای بیان پروتئین بیگانه و پپتید به طور عمده برای اصلاح محصولات انجام شده است، اما هیچ تلاش موثری در تعیین مقدار کمی AMPی نوترکیب انجام نشده است. در حال حاضر با توجه به فعالیت طبیعی AMPها از بیان آنها در سیستمهای میکروبی ممانعت می شود (Delaunios et al., 2009).
همانطور که قبلا توضیح داده شد هدف از بیانAMPها در گیاهان بیشتر برای مقاوم کردن آنها به بیماریهای ویروسی، باکتریایی و قارچی بوده است. بیان پروتئین دفنسین Rs-AFP2 در تربچه، گوجه و توتون باعث مقاومت در برابر بیماری قارچی Alternaria longipes شد (Terras et al., 1995).
پپتید ضد قارچی آلفا آلفا[۹] بیماری پژمردهگی ورتیسلیومی سیب زمینی را نسبتا کنترل کرده (Gao et al., 2010). بیان ژن لاکتوفرین در کالوسهای تراریخت و استخراج پروتئین کل خاصیت ضد باکتریایی علیه ۴ باکتری را نشان داد و علاوه بر این که منجر به مقاومت گیاه علیه باکتری می شود. لاکتوفرین آهن را از دسترس باکتری دور کرده و باعث کم شدن جمعیت باکتری شده است (Mitra et al.,1994). بیان ژن لاکتوفرین در گیاه توتون باعث مقاومت نسبی علیه باکتریR. solanacerum در مقایسه با تیپ وحشی شد که احتمالا دلیل آن وجود لاین های مختلف ژنتیکی، وجود کپیهای متفاوت در گیاهان تراریخت و جایگاه قطعهی مورد نظر در گیاه است (Zhang et al., 1998). ژن سکروپین در گیاه توتون علیه باکتری Pseudomonas syringae pv. Tabaci بیان شد و گیاه تراریخت فقط در رقتهای۱۰۵ و ۱۰۶ این باکتری نکروز نشان داد درحالی که در رقتهای۱۰۳ و ۱۰۴ هیچگونه علایم نکروزی مشاهده نشد (Haung et al., 2009). پپتید ضد میکروبی می تواند به عنوان عامل درمانی علیه باکتری ها و ویروسها استفاده شود. بیان ژن اسپروتگرین[۱۰] در کلروپلاست گیاه توتون باعث مقاومت علیه باکتری Erwinia carotovorra و ویروس موزاییک توتون شد (Lee et al., 2011). پپتید ضد میکروبی پپتیبول[۱۱] با خاصیت ضد ویروسی علیه ویروس موزاییک توتون استفاده شد و باعث تحریک آنزیمهایی مانند پروکسیداز[۱۲]، آمونیالیاز[۱۳] و فنیل آلانین[۱۴] و همچنین بیان ژنهای درگیر در مسیر فوق حساسیت نقش دارند، شد (Yan et al., 2012). تاناتین[۱۵] نوعی پپتید ضد میکروبی که فعالیت ضدرذمیکروبی وسیعی علیه باکتری، قارچی و ویروسی نشان داده است بیان ژن این پپتید در گیاه آرابیدوپسیس باعث مقاومت علیه قارچ Botrytis cinerea و Powdery Mildew و باکتری P. syringae شد (Yan et al., 2010). امروزه بیان ژن پپتیدهای ضد میکروبی غیر گیاهی در گیاهان تراریخت دارای پتانسیل بالایی برای مبازه با بیماریهای باکتریایی هستند.
۲-۴- ۱- معرفی لاکتوفرین
لاکتوفرین یک گلیکوپروتئین متصل شونده به آهن و از خانواده ترانسفرین است، که اولین بار از شیر گاو جداسازی شد (Sorensen and Sorensen, 1939).
۲-۴-۲- بررسی ساختار ژنی لاکتوفرین
سه ایزوفرم از لاکتوفرین شناسایی شده است که دو ایزوفرم فعالیت نوکلئازی دارند و یک ایزوفرم بدون فعالیت نوکلئازی میباشد. ژن لاکتوفرین ۲۳ تا ۲۵ کیلوباز بوده و شامل ۱۷ اگزون است که در پستانداران مختلف تفاوت های جزئی دارند. توالی یابی ژن لاکتوفرین شتر نیز انجام شده و توالی mRNA آن در Genbank با شمارههای AF165879 و AJ131674 در دسترس است. ژن لاکتوفرین در گونههای نزدیک بسیار حفاظت بوده و طول ORF[16] آن در موجودات مختلف بین ۱۹۰۰ تا ۲۶۰۰ جفت باز است و طول ORF لاکتوفرین شتر ۲۱۲۴ جفت باز است (Levay et al., 1995).
فرم در حال بارگذاری ...
[دوشنبه 1400-09-29] [ 02:47:00 ق.ظ ]
|