نوع مقاله : علمی پژوهشی - بیوتکنولوژی گیاهی

نویسندگان

1 گروه پژوهشی بیوتکنولوژی گیاهان باغبانی، پژوهشکده بیوتکنولوژی صنعتی، سازمان جهاد دانشگاهی خراسان رضوی

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد گروه بیوتکنولوژی و به‌نژادی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

3 دانش آموخته دکتری بیوتکنولوژی در کشاورزی، گروه بیوتکنولوژی و به‌نژادی گیاهی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

4 جهاد دانشگاهی مشهد

5 عضو هیئت علمی گروه بیوتکنولوژی گیاهان زینتی، جهاد دانشگاهی خراسان رضوی

10.22055/ppd.2024.43645.2099

چکیده

انتقال ژن با واسطه باکتری Agrobacterium tumefaciens یکی از روش‌های شناخته شده با هدف تولید گیاهان تراریخته است. موفقیت در این روش بستگی به نحوه رشد باکتری و باززایی ریزنمونه‌های گیاهی دارد. در این میان، آنتی‌بیوتیک‌ها به عنوان تنظیم‌کننده‌های رشد باکتری عمدتا اثرات بازدارندگی بر روی رشد گیاه دارند. از این‌رو معرفی یک روش انتقال ژن موفق با واسطه آگروباکتریوم نیازمند شناسایی آنتی‌بیوتیک دارای اثر بازدارندگی رشد بر باکتری و نیز کمترین تاثیر بر باززایی ریزنمونه‌های گیاهی و رشد گیاهان تراریخته است. در این راستا این پژوهش با هدف بهینه‌سازی آنتی‌بیوتیک مورد استفاده در همکشتی به منظور افزایش بازده تراریختی گیاه اطلسی (Petunia hybrida) انجام شد. بدین منظور ابتدا میزان رشد باکتری A. tumefaciens در محیط کشت‌های مختلف دارای دو pH مناسب برای رشد گیاه (7/5) و رشد باکتری (7) در حضور غلظت 500 میلی‌گرم در لیتر آنتی‌بیوتیک سفوتاکسیم به عنوان آنتی‌بیوتیک رایج به منظور کنترل رشد باکتری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حساسیت سنجی باکتری نشان داد که نوع و غلظت نمک‌ و pH محیط کشت بطور معنی‌داری بر میزان رشد باکتری‌ تاثیرگذار است، بطوری که بیشترین میزان رشد باکتری در محیط کشت‌های LB و MH در pH= 7 مشاهده شده اما بر خلاف آن هیچگونه رشدی در محیط کشت MS مشاهده نشد. علاوه بر آن، دو آنتی‌بیوتیک سفوتاکسیم و سفتریاکسون در غلظت 700 میلی‌گرم در لیتر دارای بیشترین اثر بازدارندگی بر رشد باکتری بودند. آزمایش دوم به منظور بررسی اثر آنتی‌بیوتیک بر روی باززایی ریزنمونه‌های برگ گیاه اطلسی انجام شد. نتایج این آزمایش نشان داد که آنتی‌بیوتیک‌های مختلف اثرات متفاوتی بر باززایی ریزنمونه‌ها و رشد گیاهچه حاصل از آنها دارند. طبق این نتایج بیشترین حجم کالوس و درصد باززایی در حضور آنتی-بیوتیک‌های سفتیزوکسیم و کوآموکسی‌کلاو در هر سه غلظت و سفپیم در غلظت 300 میلی‌گرم در لیتر مشاهده گردید. بیشترین تعداد گیاهچه نیز در تیمار سفتیزوکسیم در غلظت‌های 300 و 500 میلی‌گرم در لیتر با میانگین 70/7 گیاهچه بود. در ارتباط با صفات رشدی گیاهچه، بیشترین تعداد و طول ریشه در هر گیاهچه به ترتیب در تیمار سفتیزوکسیم در غلظت 300 میلی‌گرم در لیتر و سفوتاکسیم در همین غلظت مشاهده شد. بیشترین وزن خشک متعلق به گیاهچه‌های رشدیافته در حضور آنتی‌بیوتیک کوآموکسی‌کلاو و پس از آن آنتی بیوتیک سفتیزوکسیم (mg/l 300) بود. مجموع نتایج این آزمایش‌ها نشان می‌دهد گیاهچه‌های رشدیافته در حضور آنتی‌بیوتیک سفتیزوکسیم از رشد مناسبی برخوردار بودند در حالیکه استفاده از این آنتی‌بیوتیک در بازدارندگی رشد A.tumefaciens موثر بود. از این‌رو کاربرد آنتی‌بیوتیک سفتیزوکسیم در فرآیند هم‌کشتی در افزایش بازدهی انتقال ژن موثر خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Optimizing the antibiotic used in co-culture to control the Agrobacterium tumefaciens bacteria and increase the transgenic efficiency of petunia hybrida

نویسندگان [English]

  • Azadeh Khadem 1
  • zahra sargazi moghaddam 2
  • Mahboobeh yazdi 3
  • Mahdiyeh Kharrazi 4
  • Ahmad Sharifi 5

1 Horticultural Plants Biotechnology Department, Research Institute for Industrial Biotechnology, Academic Centre for Education, Culture and Research (ACECR)- Khorasan Razavi Branch, Mashhad, Iran

2 Graduated from the Department of Biotechnology and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad

3 graduated from Agricultural Biotechnology, Department of Biotechnology and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad

4 Horticultural science, Ornamental Plants Assistant Professor/ Department of Ornamental Plant Biotechnology, Iranian Academic Center for Education, Culture and Research Khorasan Razavi province, Iran

5 Assistant Professors, Department of Ornamental Plant Biotechnology, Academic Center for Education, Culture and Research, Razavi Khorasan Province, Mashhad.

چکیده [English]

Gene transfer by the bacterium Agrobacterium tumefaciens is one of the well-known methods for the production of the transgenic plants. The success rate of this method depends on the growth of the bacteria and the regeneration of the plant explants. Among these variables, the antibiotics functioning as bacterial growth regulators have mainly inhibitory effects on the plant growth. Therefore, the introduction of a successful gene transfer method which is mediated by Agrobacterium requires the identification of an antibiotic with an inhibitory effect on the growth of the bacteria and also has a minimal effect on the regeneration of the explants and the growth of the transgenic plants. In this regard, the present research was conducted with the aim of optimizing the antibiotic used in co-culture in order to increase the transgenic yield of petunia hybrida. For this purpose, a variety of antibiotics in different concentrations were tested. The growth rate of A. tumefaciens in the different medium culture with two suitable pH for the bacterial growth (7) and plant growth (5.7) in the presence of 500 mg/L of the cefotaxime antibiotic as a common antibiotic for controlling bacterial growth was investigated. Sensitivity tests were run. The results of the bacterial sensitivity test showed that the type and concentration of salt and the pH of the medium culture significantly affect the growth rate of the bacteria. So that the highest rate of bacterial growth was observed in LB and MH medium culture at pH=7, but on the contrary, no growth was observed in MS medium culture. In addition, two antibiotics of cefotaxime and ceftriaxone at 700 mg/L concentration had the highest inhibitory effect on the bacterial growth. The second experiment was conducted to investigate the effect of antibiotics on the regeneration of the petunia leaf explants. The results of this experiment showed that different antibiotics have different effects on the regeneration of explants and the growth of the seedlings. According to the results, the highest volume of callus and also the highest percentage of regeneration were observed in the presence of ceftizoxime and coamoxiclav antibiotics in all three concentrations and cefepime at 300 mg/L. The highest number of the seedlings was also observed in the treatment of ceftizoxime at concentrations of 300 and 500 mg/L with an average of 7.70 seedlings. In relation to the seedling growth traits, the highest number and length of root per seedling were observed in ceftizoxime at 300 mg/l and cefotaxime at the same concentration, respectively. The highest dry weight belonged to the grown seedlings in the presence of co-amoxiclav antibiotic followed by the ceftizoxime (300 mg/L). The overall results of these experiments show that the seedlings which are grown in the presence of ceftizoxime antibiotic had a good growth rate, while the use of this antibiotic was effective in inhibiting the growth of A. tumefaciens. Therefore, we recommend that the use of ceftizoxime antibiotic in the co-culture process will be effective in increasing the efficiency of the gene transfer. Further studies will solidify these results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • cefotaxime
  • ceftizoxime
  • medium culture
  • PH
  • seedling growth