بخشی از مقاله
چکیده
شنبلیله یک گیاه دارویی – سبزی ارزشمند می باشد. دوره رشد کوتاه، عملکرد مناسب و مقاومت به تنش های محیطی ازخصوصیات گیاه است. تریگونلین، دیوسژنین و هیدروکسی ایزولوسین از متابولیت های شناخته شده و ارزشمند گیاه هستند. تنوع متابولیت های ثانویه موجود در گیاهان به دلیل آنزیم های خاصی است که عناصر ساختاری جدید را به اسکلت اولیه اضافه می کند. قبل از اینکه استراتژی مناسبی برای اصالح یک مسیر بیوشیمیایی توسعه یابد، بررسی کامل مسیر بیوسنتز در سطح واسطه ها، آتزیم ها و ژنها از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. با شناسایی مسیر بیوسنتز دیوسژنین و تریگونلین امکان استفاده از پتانسیل مهندسی ژنتیک برای افزایش این متابولیت های ارزشمند فراهم گردیده است.
کلمات کلیدی: شنبلیله، مهندسی متابولیت، تریگونلین، دیوسژنین
مقدمه
متابولیت های ثانویه از بیوسنتز متابولیت های اولیه به دست می آیند و به عنوان ترکیبات فرعی و انتهایی متابولیسم اولیه در نظر گرفته می شوند. همچنین این ترکیبات در فرآیندهای متابولیسمی وارد نمی شوند. مهمترین متابولیت های ثانویه آلکالوئیدها، فنولیك ها، روغن های ضروری، استروئیدها، لیگنین ها، تانن ها و فالوونوئیدها هستند. متابولیت های ثانویه عمدتاً در گونه ها و خانواده های خاصی از سلسله گیاهان تولید می شوند. این ترکیبات به مقدار کمی در سلول ذخیره شده و عمدتاً در سلول های تخصصی و در مرحله خاصی از چرخه زندگی گیاه تولید می شوند و همین امر استخراج و تخلیص آنها را در مقایسه با متابولیت های اولیه که در تمام سلول ها تولید می شوند، دشوار می کند . - Verpoorte and Alfermann 2013 - مطالعه در زمینه وظایف این ترکیبات در گیاهان، یك موضوع جذاب و مهم برای بسیاری از پروژه های تحقیقاتی شده است و نقش بیولوژیکی تعدادی از این ترکیبات مورد بررسی و تحقیق قرار گرفته است .
اسکلت کربنی متابولیت های ثانویه از کربوهیدرات ها تامین شده و طی فرآیند فتوسنتز ایجاد می شود. متابولیت های اولیه دیگری که در تولید متابولیت های ثانویه نقش دارند، اسیدهای آمینه هستند. استیل کوآنزیم و اسید مِوالونیك نیز نقش مهمی در تولید انواع ترپنوئیدها دارند. مسیر اسید شیمیك نیز در تولید لیگنین ها و ایندول آلکالوئیدها نقش آفرینی می کند . برای تعیین خصوصیات شیمیایی و شناسایی یك متابولیت ثانویه، جداسازی آن به صورت کامالً خالص الزامی و اولین قدم است. روش های جداسازی گوناگون و مراحل آنها اکثراً طوالنی و هزینه بر است. در حال حاضر دستاوردهای زیاد و گوناگونی در مهندسی متابولیك متابولیت های ثانویه به دست آمده است.
مسیرهای بیوشیمیایی مختلفی با استفاده از ژن های رمزکننده آنزیم های مهندسی شده و پروتئین های تنظیمی بررسی شده اند - . - Verpoorte and Alfermann 2013 هدف از مهندسی ژنتیك مسیر یك متابولیت ثانویه، افزایش مقدار یك ماده خاص یا گروهی از ترکیبات و یا حتی کاهش مقدار این ترکیبات است. برای دستیابی به هدف دوم که کاهش میزان تولید یك ماده خاص یا گروهی از مواد ناخواسته است، راه های مختلفی وجود دارد. یکی از این راه ها، مسدود کردن یك مرحله از مسیر تولید متابولیت ثانویه و مختل کردن تولید یا فعالیت آنزیم مربوط به آن مرحله است. این هدف می تواند با کاهش میزان mRNAمسئول تولید این آنزیم، با استفاده از فناوری آنتیسنس، RNAi یا بیان باالی یك آنتی بادی علیه آنزیم مسئول محقق شود.
فناوری آنتی سنس به خوبی برای تغییر رنگ گل ها استفاده شده است - Dash, . - Mohapatra et al. 2015 راه های دیگر دستیابی به این هدف، تغییر مسیر به سوی مسیرهای موازی یا افزایش کاتابولیسم ماده نهایی است. اما ممکن است هدف از انجام تحقیقات، افزایش تولید یك ترکیب خاص در گیاه بوده یا انتقال ژن های مربوط به مسیر تولید یك متابولیت ثانویه به یك گیاه یا یك ریزسازواره مورد نظر باشد. همچنین ممکن است تولید یك ماده جدید که به صورت طبیعی در گیاهان تولید نشود هدف یك پروژه تولیدی- پژوهشی باشد. در برخی روش ها با تغییر میزان بیان یك یا چند ژن، بر موانع تولید یك ماده غلبه می کنند و در روش های دیگر، با حذف مسیرهای موازی - رقابتی - یا کاهش کاتابولیسم ماده مورد نظر، مقدار آن ماده را در گیاه می افزایند.
ایجاد تغییراتی در بیان ژن های تنظیمی که کنترل مسیر تولید زیستی متابولیت های ثانویه را برعهده دارند نیز از جمله روش های افزایش یا کاهش تولید ترکیب مورد نظر است . - Pröschel, Detsch et al. 2015 - کشور ایران با تنوع بسیار غنی از نظر جغرافیایی پوشش گیاهی متنوعی دارد. در این پوشش گیاهی، بسیاری از گیاهان دارویی ارزشمند پرورش می یابند. و بسیاری از این
گیاهان به صورت زراعی و حتی به عنوان سبزی کشت و فراوری می شوند .
شنبلیله
شنبلیله با نام عمومی fenugreek ونام علمي Trigonella foenume-graecum گیاهي نهاندانه، از دولپه اي هاي و جدا گلبرگ است که جزء ، راسته گل سرخ تیره نخود 2، تیره فرعي پروان و جنس Trigonellaاست. شنبلیله گیاهي است علفي و یکساله که ارتفاع آن تا 50 سانتي متر هم مي رسد. ساقه به صورت منفرد یا چند شاخه، با انشعابات کم، بدون کرك یا کرك هاي پراکنده است . برگ ها متناوب سه برگچه ای، گل ها به رنگ زرد روشن و بنفش مایل به سفید هستند. میوه ها درون نیام بوده و بذور تخم مرغي شکل - زاویه دار و سخت با بویي قوي و طعمي تلخ هستند که رنگ آنها از زردحنایي تا قهو هاي و سبز تغییر مي کند. 128 گونه مختلف از جنس Trigonella معرفی گردیده است که تنها گونه زراعی آن T. foenume-graecum می باشد.
منشاء این گیاه را نواحی مدیترانه می دانند اما پراکنش و کاشت ان به صورت گسترده در چین، هند، پاکستان، ایران، افریقا، اکراین، ایتالیا واسپانیا صورت می گیرد - Acharya, Thomas et al. . - 2006 در ایران 32 گونه از جنس trigunell شناسایی گردیده و گونه زراعی آن در نقاط مختلف کشور کشت می گردد و از نظر دارویی و مرتعی حائز اهمیت می باشد - . - Fazli and Hardman 1968 شنبلیله به عنوان یک گیاه دارویی حاوی ترکیبات مهمی می باشد. ازگروه ساپوژنین ها حاوی دیوسژنین، تریگوژنین، جیتوین است. گروه الکالوئیدها شامل تریگونلین، جنتانین و کارپین کولین می باشد. گروه روغن ها حاوی اسید های چرب غیر اشباع با فعالیت ضد میکروبی می باشد.
پروتئین گیاه حدود 25-22 درصد و غنی از اسید امینه های ضروری است. از اسید امینه های آزاد - غیر استاندارد - گیاه -4هیدروکسی ایزولوسین می باشد - Fowden, Pratt et al. 1973, Zheng,
. - Matsui et al. 2008 از خواص دارویی و مهم این گیاه می توان به اثرات ضد دیابتی، اثرات ضد چاقی ، کاهنده کلسترول، افزایش شیر مادران و... می باشد - Ogawa, Yamanaka et al. 2007, Sridevi . - P* 2014 سه ترکیب دارویی مهم که در این گیاه شناسایی و معرفی گردیده است شامل: -4هیدروکسی ایزولوسین، تریگونلین و دیوسجنین می باشد.
تریگونلین
آلکالوئید دارویي تریگونلین درتعداد زیادي ازگیاهان شناسایي شده و در بعضي از خانواده هاي گیاهي مانند Fabaceae، Asteraceae،Lamiaceae یافت مي شود. تریگونلین داراي فرمول شیمیایي C7H7NO2 محلول در آب و نقطه ذوب 218 درجه سانتي گراد مي باشد. این ترکیب براي نخستین بار از گیاه شنبلیله
استخراج شد - . - Yuyama and Suzuki 1991
بیوسنتز تریگونلین
اسید نیکوتنیك، پیش ماده اصلي و اولیه بیوسنتز تریگونلین درگیاهان است و از سوي دیگر خود محصول تجزیه نیکوتین آمید ادنین دی نوکلیوتید مي باشد. تریگونلین توسط آنزیم اس آدنوزیل ال متیونین S-adenosyl-L-methionine متعلق به ان متیل ترانسفراز نیکوتینات ساخته مي شود - Nicotinate-N-methyltransferase - اگر چه در گیاه قهوه نیز ان- متیل ترانسفراز نیکوتینات - تریگونلین سنتتاز - در محیط کشت عاري از سلول، به دست آمده اما هنوز مطالعه اي روي خالص سازي آن انجام نشده است - . - Taguchi and Shimabayashi 1983 اکنون ژن تریگونلین سنتتاز از هیچ موجود زنده اي توالي یابي و همسانه سازي نشده است .تریگونلین مي تواند در گیاه طي یك واکنش برگشتي به اسید نیکوتنیك دمتیله شده و براي ساخت مواد دیگر به کار رود . با وجود این که تریگونلین در پریکارپ بیشتر از بذر ساخته مي شود اما مقدار آن در بذر فراوان تر است که
