بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
پیشرفتهای اخیر در تنوع و الگوی رنگ گلهای دو گیاه Japanese morning glory و Petunia (اطلسی)
اسلاید 2 :
مقدمه:
Japanese morning glory (Ipomoea nil) که به نام محلی Asagao در ژاپن شهرت دارد، از قرن 17 به عنوان یک گیاه گلخانه ای معروف شده است.
مطالعات مولکولی اخیر بر روی انواع جهش یافتهها نشان دادند که ترانسپوزونهای خانواده Tpn1 عوامل اصلی ایجاد جهش در گلهای I. nil میباشند.
بیشتر این جهشها به دنبال الحاق ترانسپوزون یا اثر باقی مانده از ترانسپوزون
بعد از جداسازی آن، ایجاد میشوند.
ترانسپوزونهای خانواده Tpn1 جزو عناصر DNA کلاس II به حساب میآیند
که میتوانند با مکانیسم Cut-and-paste به مکانهای جدید جابه جا شوند.
اسلاید 3 :
Petunia به دنبال هیبریداسیون درون گونه ای بین دو والد نوع طبیعی petunia ( P. axillaris و P. integrioforia) تولید میشوند. P. axillaris گلهای سفید بزرگ دارد و P. integrioforia گلهای بنفش کوچک دارد.
اولین هیبریدها در قرن 19 توسط کشاورزان اروپایی به وجود آمد که به دنبال آمیزشهای چندگانه بین نیاکان اولیه گیاهان طبیعی ایجاد شدند.
ترانسپوزونها در این دو گیاه ابزاری مفیدی برای جداسازی ژنهای مسئول در رنگدانه گلها میباشند.
اسلاید 4 :
مسیر بیوسنتز فلاونوئید:
فلاونوئیدها رنگدانههای اصلی گل میباشند که در واکوئلها جمع میشوند. آنتوسیانینها جزو این فلاونوئیدها میباشند و مسئول طیف وسیعی از رنگ گلها –قرمز، پرتغالی، آبی و بنفش – میباشند.
مسیر بیوسنتز فلاونوئید:
مراحل اولیه: CHS، CHI و F3H
مراحل نهایی: DFR،ANS و 3GT
اسلاید 5 :
تغییرات انجام شده بر رو ی آنتوسیانین:
آنزیمهای CHS تا ANS آنتوسیانیدین را تولید میکنند که رنگدانه مرکزی آنتوسیانین میباشد و انواع تغییرات روی آن صورت میگیرد تا انواع آنتوسانینها تولید شود.
آنتوسیانیدین در موقعیت 3 توسط 3GT گلیکوزیله میشود تا تولید آنتوسیانیدین 3-گلیکوزید شود که اولین آنتوسیانین پایدار میباشد. تغییرات بیشتر مثل گلیکوزیلاسیون و آسیلاسیون بر روی آنتوسیانیدین 3-گلیکوزید در هر گونه ای از گیاهان، اختصاصی میباشد.
PH داخل واکوئل به طور موثری بر رنگ گلها اثر میگذارد. آنتوسانین تغییرات ساختاری متنوعی را در ساختار کروموفور خود نشان میدهد که به تغییرات PH حلال بستگی دارد و این تغییرات ساختاری بر روی طیف جذب آنتوسیانین اثر میگذارد.
اسلاید 6 :
در این مقاله مروری، به ذکر خلاصه ای از پیشرفتهای اخیر در زمینه رنگدانه گل در این دو گونه با در نظر گرفتن رنگ گل و الگوی رنگ، پرداخته میشود:
افزایش دهنده تولید فلاونوئید که شدت رنگدانه گل را کنترل میکند،
جنبههای تازهای از گلیکوزیل ترانسفراز بررسی میشود،
مکانیسمهای تنظیمی PH واکوئل که یک عامل کلیدی در تنظیم رنگ قرمز و آبی در گل میباشد،
الگوهای گل که توسط یک سری تغییرات اپی ژنتیکی و مکانیسم های خاموش کننده RNA بررسی میشوند.
اسلاید 7 :
افزایش دهنده تولید فلاونوئید (EFP):
به منظور آشکارسازی مکانیسمهای تنظیم کننده مقدار آنتوسیانین در گلبرگ گلها، از یک نوع جهش جدید که منجر به ایجاد گلهای کم رنگ میشد، استفاده شد.
این ژن که به نام EFP (افزایش دهنده تولید فلاونوئید ) نامیده میشود و توسط تکنیک Transposon tagging جداسازی شده است، نقش کلیدی در بیوسنتز فلاونوئید و افزایش محتوای کل فلاونوئید به میزان 3-4 برابر دارد.
ژن EFP یک نوع پروتئین شبه آنزیم CHI را کد میکند. این جهش که efp-1 نامیده میشود، شامل الحاق ترانسپوزون 13 به توالی پروموتور EFP میباشد که منجر به مهار بیان EFP میشود.
اسلاید 8 :
دو فرضیه در مورد چگونگی فعالسازی مراحل اولیه بیوسنتز فلاونوئید توسط EFP وجود دارد:
1- EFP فعالیت CHS را افزایش میدهد:
در پژوهشی، ژن CHS الگوی غالب ناقص را نشان داد که این پدیده پیشنهاد میدهد کاهش فعالیت آنزیم CHS منجر به گلهای کم رنگ در جنس I. nil شده است. در گلهای جهش یافته efp-1، سوبستراهای اولیه فلاونوئیدها به طور قابل توجهی افزایش یافته بودند. از طرف دیگر گلهای جهش یافته در ژن آنزیم CHS نیز افزایش این سوبستراها را نشان داده بودند.
2- EFP یکی از اجزای کمپلکس آنزیمی بیوسنتز فلاونوئید میباشد:
metabolon یک کمپلکس آنزیمی است که از آنزیمهای متوالی مسیر متابولیکی ساخته شده است که قادر به ساخت محصولات خاص میباشد. در گیاه آرابیدوپسیس آنزیمهای CHS، CHI، F3H و DFR کمپلکسی را میسازند که ساخت فلاونوئیدها را انجام میدهد. از آنجایی که ساختار ثانویه EFP بسیار شبیه CHI میباشد، پس EFP همراه با سایر آنزیمهای بیوسنتز فلاونوئید یک metabolon را میسازند که در مراحل اولیه نقش دارد و تولید فلاونوئید را افزایش میدهد.
اسلاید 9 :
تغییرات رنگ گل از طریق گلیکوزیل ترانسفراز(3GT):
دو نوع جهش مغلوب باعث ایجاد رنگهای کم رنگ در گیاهان I. nil میشوند:
لوکوس Dusky (Dy) ژن 3GGT را کد میکند که منجر به ایجاد گلهای به رنگ متمایل به قهوهای یا خاکستری روشنتر شدند و این رنگها به دلیل اجتماع آنتوسیانین با تغییرات گلیکوزیلاسیون و آسیلاسیون کمتر، ایجاد شدند.
جهش یافتههای duskish (dk) گلهای به رنگ متمایل به قهوهای یا خاکستری ایجاد میکنند و آنزیم 3GT را کد میکند. این ژن دو نوع جهش آللی dk-1 و dk-2 دارد. جهشهای dk-1 و dk-2 در نتیجه الحاق به ترتیب یک قطعه 4جفت بازی و ترانسپوزون 10 ایجاد میشوند. گلهای جهش یافته dk-2 کمی تیره تر از dk-1 میباشند.
اسلاید 10 :
فقدان 3GT منجر به کاهش آنتوسیانین و مهار گلیکوزیلاسیون و آسیلاسیون در نوع طبیعی این گلها شد. در این جهش یافتهها، مقدار کمی آنتوسیانیدین 3-گلیکوزید اجتماع میکند که میتوان نتیجه گرفت:
این گلیکوزیلاسیون توسط سایر گلیکوزیل ترانسفرازها انجام میشود
این گلیکوزیلاسیون توسط یک نوع 3GT ثانویه هم میتواند صورت بگیرد.
به منظور ساخت آنتوسیانین کارامد فرض میشود که گلیکوزیل ترانسفرازها و آسیل ترانسفرازها به همراه 3GT در سیتوزول یک metabolon فعال را میسازند. بنابراین فقدان 3GT تغییرات مناسب که برای ساخت آنتوسیانیدین 3-گلیکوزید لازم است را مهار میکند.
اسلاید 11 :
یک نوع تنوع رنگ که به دنبال کنترل اپیژنتیکی بیان ژن 3GT ایجاد میشود:
در میان گیاهان جهش یافته dk-2 یک ناحیه Q531 وجود دارد که بیان ناپایدار ژنتیکی و اپی ژنتیکی ژن 3GT را نشان میدهد. فنوتیپهای این ناحیه متنوع هستند و از رنگهای متمایل به بنفش و خاکستری رنگ پریده تا رنگهای پررنگ متغیر میباشند.
سه حالت اپی ژنتیکی برای لوکوس dk-2 وجود دارد:
1-Ruled: فنوتیپی با بخشهای تیره که در داخل بخشهای خاکستری کمرنگ قرار دارند و برعکس. این فنوتیپ توسط بیان متنوع ژن 3GT ایجاد میشود و موجب ایجاد گلهای چندرنگ میشود. تغییرات اپی ژنتیکی در متیلاسون DNA و هیستونها موجب این تغییرات برگشت پذیر در این گیاهان میشود. در این حالت ترانسپوزون Tpn10 مهار میشود.
2-Plain: گلهای خاکستری کم رنگ دارد. بیان ژن 3GT مهار شده است ولی Tpn10 میتواند در این حالت جابه جا شود.
3-Self-colored: گلهای سرشار از رنگدانه دارد.
در این حالت ژن 3GT به طور ثابت بیان میشود
و ممکن است Tpn10 مهار شود.
اسلاید 12 :
الگوهای رنگ گل و RNAi :
گیاه petunia در کشف RNAi نقش داشته است. اولین مشاهدات مولکولی در کشف RNAi ، بعد از ظهور گلهای دورنگ با الگوی نامنظم در گلهای petunia ترانس ژنی شده، دیده شد. دلیل اصلی ایجاد گلهای دو رنگ، مهار تنظیم شده ژن CHS در بافت سفید گلبرگ میباشد. نسخه های رونویسی شده برای ژن CHS که به نام CHS-A و CHS-J نامیده میشوند و مسئول رنگدانههای گل هستند، در بافتهای سفید دچار کاهش بیان میشوند. یک نوع RNAi در بیان ویژگی دورنگ در گلهای Picotee و Star نقش دارد. درحالی که ژن CHS-A به mRNA در بافتهای رنگی و سفید Star رونویسی میشود، CHS-A mRNA بالغ فقط در بافتهای رنگی اجتماع میکند
و CHS-A siRNA که حدود 21 نوکلئوئید دارد فقط در بافت های
سفید تجمع مییابد. در نتیجه میتوان گفت بیان CHS-A siRNA
منجر به تجزیه CHS-A mRNA بالغ میشود و فنوتیپ ستاره را
نشان میدهد.
اسلاید 13 :
کنترل PH واکوئل:
Petunia (شکل 4A-4E) و I. nil (شکل 4F-4H) مدلهای گیاهی ایدهالی برای بررسی اثرات PH واکویل بر رنگ گل میباشد. در Petunia به دلیل کاهش PH در واکوئل، غنچههای بنفش به گلهای قرمز تبدیل میشوند. در گل I. nil غنچههای قرمز گل تبدیل به آبی با افزایش PH در واکوئل میشوند.
اسلاید 14 :
در Petunia هفت ژن که بر روی PH واکوئل اثر میگذارند، وجود دارند. جهشهای مغلوب این ژنها، رنگهای آبی گلها را به دلیل افزایش PH واکوئل نشان میدهند. جهشیافتههای ph که از مشتقات malvidin و petunidin انباشته شدهاند دارای گلهای بنفش و آنهایی که از مشتقات cyanidin انباشته شدند دارای گلهای خاکستری کمرنگ میباشند (شکل 4B).
میان این هفت ژن، ژنهای PH5 و PH1 ، کانالهای ATPase منتقل کننده پروتون را که متعلق به زیرخانوادههای 3A و 3B هستند، کد میکنند.
زیرخانواده P3A-ATPase شامل پمپهای پروتون بر روی غشای پلاسمایی گیاهان، قارچها و مابقی یوکاریوتهای تک سلولی میباشد. PH5 پمپی از این گروه میباشد که به طور انحصاری بر روی غشای تونوپلاست قرار گرفته و پروتونها را به داخل فضای واکوئل انتقال میدهد.
PH1 یک کمپلکس هترومری با PH5 بر روی تونوپلاست ایجاد میکنند و موجب افزایش فعالیت پمپ پروتون PH5 میشوند. اخیرا پیشنهاد شده است که PH1 نقشی در الحاق واکوئلهای کوچک به واکوئل مرکزی در سلولهای گلبرگ Petunia دارد. PH3، PH4 و PH6 تنظیم کنندههای رونویسی را که برای بیان PH1 و PH5 لازم است را کد میکنند.
زیرخانواده P3B-ATPase شامل پمپهای انتقال یون Mg2+ میباشند.
اسلاید 15 :
در گل I. nil ژن Purple یک کانال تبادل کننده یون/پروتون به نام lnNHX را کدگزاری میکند و تنها ژن انتقال دهنده پروتون در این گونه میباشد که PH واکوئل و رنگ گل را کنترل میکند (شکل 4G). این کانال با انتقال غیرفعال و از طریق شیب پروتون، یون پروتون را با یونهای Na+ و K+ جابه جا میکند و منجر به خروج یونهای پروتون میشود. این کانالها به سه نوع واکوئلی، وزیکولی و غشای پلاسمایی تقسیم میشوند. lnNHX متعلق به انواع واکوئلی میباشد که خروج پروتون از واکوئل را کنترل میکند. جهش در ژن Purple (pr) به دلیل کاهش PH واکوئل، منجر به ایجاد گلهای بنفش میشود. این جهش همچنین منجر به افزایش جزئی PH واکوئل در طول باز شدن گل میشود و باعث تبدیل رنگ غنچههای بنفش متمایل به قرمز به گلهای باز بنفش میشود (شکل 4H). بنابراین، lnNHX در فرایند آلکالیزاسیون واکوئل که منجر به آبی شدن گلها میشود، نقش دارد.
اسلاید 16 :
چشم انداز آینده:
در آینده نزدیک تکنیکهای ویرایش ژنوم مانند CRISPR/Cas9در تولیدمثل گیاهان زینتی به طور گستردهای استفاده خواهد شد. در گیاهان زینتی، اختلال در ژنهای 3GT و EFP به نظر میرسد که یک روش ایده آل برای ایجاد انواع گلهای کم رنگ و مات میباشد.
ترانسپوزون میتواند بیان ژن را به طور اپی ژنتیکی کنترل کند. معمولا ترانسپوزونها در میان گیاهان گلدار توزیع شدهاند و گاهی اوقات به عنوان عوامل جهش زای داخلی عمل میکنند و موجب تولید انواع رنگهای گلبرگ در گیاهان زینتی میشوند.
در مورد گیاهان دو رنگ picotee و star ،یک نوع siRNA در ایجاد رنگ نقش داشت و تنظیم کنندههای trans-acting در تولید این siRNA دخالت داشتند. ویژگیهای این تنظیم کنندههای trans-acting به منظور فهم مکانیسم خاموش کننده RNA در الگوهای رنگ و استفاده در تولید مثل گیاهان زینتی مهم میباشد.
ایجاد گلهای آبی در یک گونه بدون هیچ گونه تنوعی در رنگ، یکی از اهداف مهم در تولید گیاهان میباشد. بیان بیش از حد NHX های واکوئلی و سرکوب همولوگهای PH5 توانسته یکی از راهکارهای مهم در ایجاد گلهای آبی شود. از طرف دیگر گلهای آبی و افزایش PH گلبرگها در گیاهان ترانس ژنیک دیده نشده است. این امکان وجود دارد که اختصاصیت پروتئینها به انواع گونهها منجر به مهار فعالیت انتقال دهندههای پروتون میشوند. تغییر شکلهایی که بر روی ژنهای NHX واکوئلی اتفاق میافتد و همولوگهای ژنهای PH مربوط به گیاه petunia ، راههای ممکن برای غلبه بر مشکلات مختص بر گونهای میشوند.
