پژوهش‌های ژنتیک گیاهی

بررسی تغییرات بیان مهم‌ترین ژن‌های درگیر در تجمع ساکارز در لاین‌های نیشکر تراریخت دارای ژن موتان‌سوکروز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

مینا دلفان 1
فرهاد نظریان فیروزآبادی 1
بهمن زاهدی 2

1 گروه مهندسی تولید و ژنتیک گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران

2 گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرم‌آباد، ایران

https://doi.org/10.22034/pgr.2026.2089379.1035
چکیده
نیشکر (Saccharum officinarum) یکی از گیاهان صنعتی مهم دنیا است که مقادیر زیادی ساکارز را در ساقه‌ها ذخیره می‌کند. ساکارز سوبسترای اصلی آنزیم‌های کلیدی مسئول سنتزِ شمار زیادی از بیوپلیمرها ارزشمند صنعتی است. آنزیم موتان‌سوکروز (GtfI) با استفاده از ساکارز، بیوپلیمر صنعتی-پزشکی موتان (Mutan) را سنتز می‌کند. در نتیجه، انتظار می‌رود که بیان ژن gtfI، علاوه‌بر تبدیل بخشی از ساکارز ساقه به موتان، سبب تغییر الگوهای بیان ژن‌های درگیر در بیوسنتز ساکارز سلول‌های نیشکر شود. در این پژوهش، سطوح بیان ژن‌های سوکروز فسفات سنتاز (Sps)، سوکروز سنتاز (Susy)، سولوبل اسید اینورتاز (Sai) و اینورتاز (Inv) به‌عنوان ژن‌های اصلی کنترل‌کننده مسیرهای سنتز و تجمع ساکارز، در هر دو بافت برگ و قلمه ساقه در سه لاین تراریخته (B9، B11 و B38) بیان‌کننده ژن موتان‌سوکروز باکتریایی و شاهد غیرتراریخت با استفاده از روش Semi-quantitative RT-PCR مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج این مطالعه نشان داد که بیان ژن‌های درگیر در سنتز و تجمع ساکارز در لاین‌های تراریخت، تحت تأثیر افزایش بیان ژن موتان‌سوکروز قرار گرفتند. به‌طور مشخص، سطوح رونویسی ژن Sps در گیاهان تراریخت نسبت به گیاه شاهد افزایش یافت. در مقابل، بیان ژن Susy تفاوت چندانی را بین لاین‌های تراریخت و شاهد نشان نداد. برعکس، میزان رونویسی ژن‌های Sai و Inv در گیاهان شاهد بیشتر از لاین‌های تراریخت بود. در میان لاین‌های تراریخت مورد ارزیابی، لاین B38 بیشترین تغییرات را در بیان ژن‌ها از خود نشان داد؛ بنابراین، دست‌ورزی‌های ژنتیکی هدفمند با هدف بیش‌بیان (Overexpression) ژن‌های درگیر در بیوسنتز ساکارز، به‌طور بالقوه می‌تواند در دسترس بودن سوبسترای ساکارز را افزایش داده و از این طریق، آنزیم موتان‌سوکروز را جهت تولید بهینه‌ی بیوپلیمر موتان تغذیه کند.

کلیدواژه‌ها

بیان اکتوپیک
بیان ژن
بیوپلیمر
مهندسی ژنتیک
متابولیسم ساکارز
موضوعات
Ahmadi, M., Nazarian-Firouzabadi, F., Ismaili, A., Bajelan, B. and Karboune, S. (2018). Production of microbial mutan polysaccharide by expression of a mutansucrase gene (gtfI) in sugarcane. Molecular Breeding, 38: 1-11. https://doi.org/10.1007/s11032-018-0881-3
Anur, R.M., Mufithah, N., Sawitri, W.D., Sakakibara, H. and Sugiharto, B. (2020). Overexpression of sucrose phosphate synthase enhanced sucrose content and biomass production in transgenic sugarcane. Plants, 9: 200. https://doi.org/10.3390/plants9020200
Bauer, R., Basson, C.E., Bekker, J., Eduardo, I., Rohwer, J.M., Uys, L., van Wyk, J.H. and Kossmann, J. (2012). Reuteran and levan as carbohydrate sinks in transgenic sugarcane. Planta, 236: 1803-1815. https://doi.org/10.1007/s00425-012-1731-x
Chandra, A., Jain, R. and Solomon, S. (2012). Complexities of invertases controlling sucrose accumulation and retention in sugarcane. Current Science: 857-866.
De Almeida, M.A. and Colombo, R. (2023). Production chain of first-generation sugarcane bioethanol: characterization and value-added application of wastes. BioEnergy Research, 16: 924-939. https://doi.org/10.1007/s12155-021-10301-4
FAO (2024) Food and agriculture organization corporate statistical database (FAOSTAT) in, Food and Agriculture Organization of the United Nations Rome,
Gerrits, N., Turk, S.C., van Dun, K.P., Hulleman, S.H., Visser, R.G., Weisbeek, P.J. and Smeekens, S.C. (2001). Sucrose metabolism in plastids. Plant Physiology, 125: 926-934. https://doi.org/10.1104/pp.125.2.926
Kok-Jacon, G. (2005) Expression of different glucansucrases in potato tubers: implications for starch biosynthesis, Wageningen University and Research.
Kok-Jacon, G.A., Vincken, J.-P., Suurs, L.C., Wang, D., Liu, S. and Visser, R.G. (2005). Production of dextran in transgenic potato plants. Transgenic Research, 14: 385-395. https://doi.org/10.1007/s11248-005-0439-0
Kok‐Jacon, G.A., Vincken, J.P., Suurs, L.C. and Visser, R.G. (2005). Mutan produced in potato amyloplasts adheres to starch granules. Plant Biotechnology Journal, 3: 341-351. https://doi.org/10.1111/j.1467-7652.2005.00128.x
McCormick, A., Watt, D. and Cramer, M. (2009). Supply and demand: sink regulation of sugar accumulation in sugarcane. Journal of Experimental Botany, 60: 357-364. https://doi.org/10.1093/jxb/ern310
Mehdi, F., Galani, S., Wickramasinghe, K.P., Zhao, P., Lu, X., Lin, X., Xu, C., Liu, H., Li, X. and Liu, X. (2024). Current perspectives on the regulatory mechanisms of sucrose accumulation in sugarcane. Heliyon, 10. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e27277
Meng, X., Pijning, T., Tietema, M., Dobruchowska, J.M., Yin, H., Gerwig, G.J., Kralj, S. and Dijkhuizen, L. (2017). Characterization of the glucansucrase GTF180 W1065 mutant enzymes producing polysaccharides and oligosaccharides with altered linkage composition. Food Chemistry, 217: 81-90. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.08.087
Molina, M., Cioci, G., Moulis, C., Séverac, E. and Remaud-Siméon, M. (2021). Bacterial α-glucan and branching sucrases from GH70 family: discovery, structure-function relationship studies and engineering. Microorganisms, 9: 1607. https://doi.org/10.3390/microorganisms9081607
Nazarian-Firouzabadi, F., Ismaili, A. and Goodarzii, D. (2019). A study of possibility of expression of an Alternasucrase gene in sugar beet to produce Alternan biopolymer. Agricultural Biotechnology Journal, 11(4): 105-120 (In Persian). https://doi.org/10.22103/jab.2020.2526
Nazarian Firouzabadi, F., Kok-Jacon, G.A., Vincken, J.-P., Ji, Q., Suurs, L.C. and Visser, R.G. (2007). Fusion proteins comprising the catalytic domain of mutansucrase and a starch-binding domain can alter the morphology of amylose-free potato starch granules during biosynthesis. Transgenic Research, 16: 645-656. https://doi.org/10.1007/s11248-006-9053-z
Rae, A.L., Grof, C.P., Casu, R.E. and Bonnett, G.D. (2005). Sucrose accumulation in the sugarcane stem: pathways and control points for transport and compartmentation. Field Crops Research, 92: 159-168. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2005.01.027
Smeekens, S., Ma, J., Hanson, J. and Rolland, F. (2010). Sugar signals and molecular networks controlling plant growth. Current Opinion In Plant Biology, 13: 27.287-3. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2009.12.002
Souri,A , Mirzaie-asl,A , Khodaei,L and Abdollahi,M R . (2020). Comparison of Promoter Sequences of Flowering Control Genes, FT1 and Three Versions of VIN3, in Susceptible and Resistant Sugar Beet Genotypes to Bolting. Plant Genetic Research, 6(2), 21-32 (In Persian). https://doi.org/10.29252/pgr.6.2.21
Van Der Meer, I.M., Ebskamp, M.J., Visser, R.G., Weisbeek, P.J. and Smeekens, S.C. (1994). Fructan as a new carbohydrate sink in transgenic potato plants. The Plant Cell, 6: 561-570. https://doi.org/10.1105/tpc.6.4.561
Verma, I., Roopendra, K., Sharma, A., Chandra, A. and Kamal, A. (2019). Expression analysis of genes associated with sucrose accumulation and its effect on source-sink relationship in high sucrose accumulating early maturing sugarcane variety. Physiology and Molecular Biology of Plants, 25: 207-220. https://doi.org/10.1007/s12298-018-0627-z
Wang, B., Sun, X., Xu, M., Wang, F., Liu, W. and Wu, B. (2023). Structural characterization and partial properties of dextran produced by Leuconostoc mesenteroides RSG7 from pepino. Frontiers in Microbiology, 14: 1108120. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1108120
Zakerghoran,B , Rajabi Memari,H , Nabati Ahmadi,D and Siahmard,M . (2025). Cloning, transformation and stable expression of a fusion of human interferon gamma and bar genes in tobacco plant (Nicotiana tobac cum cv. xanthi). Plant Genetic Research, 1(1), 27-36 (In Persian). https://doi.org/10.29252/pgr.1.1.27

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما