۲۲۸۶۳پ
per
ارزیابی مولکولی ژن های موثر در تکوین گل و مسیر بیوسنتز آنتوسیانین در فنوتیپ گلبرگ pinwheel شیمر پریکلینال گیاه بنفشه آفریقایی
Molecular evaluation of floral formation and anthocyanin biosynthesis genes in pinwheel phenotype of Saintpaulia ionantha priclinal chimera
/مینا کاظمیان روحی
: علوم طبیعی
، ۱۳۹۹
، میرزائی
۱۵۴ص
چاپی - الکترونیکی
دکتری
زیست‌شناسی گرایش سلولی-تکوینی گیاهی
۱۳۹۹/۰۴/۲۴
تبریز
بنفشه آفریقایی (.(Saintpaulia ionantha Wendl به عنوان گیاه زینتی شناخته می‌صشود .ژن‌صهای PHAN و FLO به ترتیب موثر در تقارن پشتی-شکمی و تکوین گل به عنوان عامل مهمی در شگل‌صگیری بافت گل به شمار می‌صروند .رنگ گل بنفشه آفریقایی ناشی از رنگیزه آنتوسیانین می‌باشد .جهش در سلول‌صهای لایه L۱ مریستم رأس ساقه موجب سرکوبی مسیر بیوسنتز آنتوسیانین شده و در نهایت فنوتیپ گلبرگ‌صهای pinwheel شیمر پریکلینال) سلول‌صهایی با ژنوتیپ متفاوت (ایجاد می‌صگردد .در این پژوهش تکوین گل با میکروسکوپ نوری و الکترونی نگاره مورد بررسی قرار گرفت .بیان ژن‌صهای مسیر بیوسنتز آنتوسیانین در فنوتیپ‌صهای‌ص pinwheel و تک‌صرنگ) طی ۳ مرحله تکوین گل (با روشTime PCR - Realارزیابی شدند .محتوی فلاونوئیدی گلبرگ‌صهای pinwheel با HPLC آنالیز شدند .شناسایی ژن‌صهایPHAN ،FLO ، UF۳GT و CHI با کمک تکنیک PCR برای نخستین بار در گیاه بنفشه آفریقایی انجام شد .سپس جهت آنالیزin silico ، ویژگی‌صهای پروتئینی توسط ابزارهای بیوانفورماتیک مورد ارزیابی قرارگرفته است .همچنین این تحقیق به مطالعه روش‌صهای باززایی مستقیم و غیر مستقیم و ریزنمونه‌صهای متفاوت به منظور تکثیر فنوتیپ pinwheel شیمر پریکلینال در شرایط in vitro پرداخته است .بررسی میکروسکوپی مشخص کرد که گلبرگ‌صهای شکمی قبل از گلبرگ‌صهای پشتی استقرار می‌صیابند و پریموردیوم‌صهای گلبرگ در مراحل اولیه تکوین گل از هم جدا بوده‌صاند .گل Saintpaulia پروتوآندری است و لایه تپتوم بساک از نوع ترشحی معرفی می‌صشود .تخمک‌صها از نوع خمیده‌صاند که با تمکن جانبی درون تخمدان فوقانی قرار دارند .نتایج میزان بیان ژن PHAN و FLO نشان داد که در مراحل انتهایی شکل‌صگیری گل، بیان این ژن‌صها کاهش یافت .بررسی بیان ژن‌صهای مسیر بیوسنتز آنتوسیانین در دو فنوتیپ بنفشه آفریقایی نشان داد که ژن‌صهای CHS و CHI در تمام مراحل تکوین گل بیان مشخصی داشته اما ژن‌صهای F۳H و F۳',۵'H از مراحل میانی افزایش می‌صیابند .در بخش بنفش گلبرگpinwheel ، ژن‌صهای بیوسنتزی آنتوسانین بیان بالایی داشتند در حالیکه بیان ژن‌ص F۳H در بخش سفید به طور معنی‌صداری کمتر بوده است .به نظر می‌صرسد که ژن WDR با ژن‌صهای مسیر بیوسنتز آنتوسیانین در بخش سفید همکاری نداشته است .بررسی HPLC محصول ژن‌صها نشان داد که زمانیکه بیان ژن F۳H در بخش سفید گلبرگ کاهش یابد، محصول این ژن) ترکیب dihydrokaempferol) نیز در گلبرگ تجمع نمی‌صیابد .بررسی بیوانفورماتیکی مشخص کرد که پروتئین‌صهایPHAN ،FLO ، CHI و UF۳GT به ترتیب متعلق به خانواده‌صهای پروتئینی MYB ،LFY /FLO ، ایزومرازها و گلوکوزیل ترانسفرازها می‌صباشند .موقعیت درون سلولی این پروتئین‌صها در هسته (PHAN و FLO) و سیتوپلاسم (UF۳GT و CHI) پیش‌صبینی شده است .همچنین بررسی درخت فیلوژنی) ژن‌صهایPHAN ،FLO ، UF۳GT و CHI) مشخص کرد که گونه‌صهای خانواده Gesneriaceae در یک شاخه جای گرفتند .باززایی گیاهان شیمر مشخص کرد که ریزنمونه‌ص گل‌صآذین و برگ به ترتیب بیشترین و کمترین درصد فنوتیپ pinwheel را نشان دادند .علاوه بر این، خصوصیت جهش‌صیافته در نتایج حاصل از باززایی برگ ارقام شیمر محو گردید .همچنین نتایج نشان داد که در روش باززایی مستقیم بیشترین درصد فنوتیپ شیمر پریکلینال ایجاد شد .بررسی شکل‌صگیری گل و بیان ژن‌صهای بیوسنتزی رنگیزه آنتوسیانین در مراحل مختلف تکوینی گل بنفشه آفریقایی نشان می‌صدهد که احتمالا هر مرحله نموی، در شکل‌صگیری اندام‌صهای گل، ایجاد تقارن نامنظم و رنگی‌صشدن گلبرگ‌صها نقش برجسته‌صای ایفا صکند .گل‌صآذین احتمالا به دلیل داشتن جوانه جانبی، می‌صتواند الگوی pinwheel را در گیاهان باززایی‌صشده القا کند .به نظر می‌صرسد که لایه‌صهایL۲ + L۱در شکل‌صگیری اپیدرم مشارکت داشته و موجب ایجاد فنوتیپ pinwheelشده است .تغییر رنگ از شیوه‌صهای کارآمد برای ایجاد گونه‌صهای جدید است .بنابراین شناخت جزییات مسیر بیوسنتز رنگدانه گل و تولید ارقام جدید می‌صتواند به تقاضای مصرف‌صکنندگان و حفظ بازار پاسخ دهد
African violet (Saintpaulia ionantha H.Wendl) has been considered as an ornamental plant. The PHAN and FLO genes have a significant role in the formation of plant tissues adaxial-abaxial polarity and floral development, respectively. The color of African violet flowers is derived from anthocyanin pigments. A mutation in the L1 layer of the shoot apical meristem suppresses the anthocyanin biosynthesis pathway and eventually generates a pinwheel phenotype of periclinal chimera (cells of different genotypes). In the present study flower development was investigated by light and scanning electron microscopy (SEM). Expression of genes involved in anthocyanin biosynthesis pathway in monochromatic and pinwheel phenotypes were evaluated by Real-Time PCR (at three floral developmental stages). Flavonoids present in pinwheel petals was analyzed by HPLC. The PHAN, FLO, UF3GT and CHI genes were identified in Saintpaulia for the first time using PCR. For in silico analyses, protein characteristics were investigated using bioinformatics tools. Furthermore, this study investigates direct and indirect regeneration systems and different explants to propagate Saintpaulia periclinal chimera using in vitro culture. Microscopic studies revealed that the ventral petals were formed before the dorsal petals and that the petal primordia separated in the early stages of floral development. Saintpaulia flower is protandry and the tapetum layer is of the secretory type. The ovules are anatropous and are within the superior ovary with lateral placentation. PHAN and FLO gene expression levels revealed that in the later stages of floral development, expression was reduced. Gene expression of anthocyanin biosynthesis pathway analysis in two Saintpaulia phenotypes showed that CHS and CHI genes were expressed at all stages of floral development, but hydroxylase genes increased during intermediate stages. Anthocyanin biosynthetic genes were highly expressed in the purple sections of the pinwheel petals, whereas the expression of F3H gene was significantly lower in the white section. The WDR transcription factor appears to have no association with the anthocyanin biosynthesis pathway genes in the white section. HPLC analysis showed that when F3H gene expression was reduced in the white part of the petals, the product of this gene (dihydrokaempferol component) did not accumulate. The bioinformatics analysis indicated that the PHAN, FLO, CHI and UF3GT proteins are belonged to the MYB, LFY/FLO, Isomerases and Glycosyltransferases protein families, respectively. The intra-cellular localization of proteins is believed to be in the nucleus (PHAN and FLO) and cytoplasm (UF3GT and CHI). Furthermore, phylogenetic analysis (PHAN, FLO, UF3GT and CHI) revealed that species belonging to Gesneriaceae family were grouped in same clade. Regeneration of chimera plants showed that inflorescence and leaf explant had the highest and lowest percentage of pinwheel phenotype, respectively. Moreover, mutant characteristics were faded in the leaf regeneration of periclinal chimera. Furthermore, the highest percentage of periclinal chimera was generated in direct regeneration. Analysis of morphological features and the expression of anthocyanin biosynthetic genes in different stages of flower development revealed that each developmental stage plays an important role in flower formation, zygomorphic symmetry and flower coloration. It is apparent that in order to fully investigate color formation, simultaneous morphological and molecular studies are required. Inflorescence is likely to induce a pinwheel pattern in regenerated plants, probably owing to its lateral bud. It seems that L1 + L2 meristem layers are associated with the formation of epidermis and induce pinwheel phenotype. Color change is one of the most effective methods to create new cultivars. Details of floral pigment biosynthesis pathway and the production of new cultivars can respond to consumer demand and market preservation
Molecular evaluation of floral formation and anthocyanin biosynthesis genes in pinwheel phenotype of Saintpaulia ionantha priclinal chimera
کاظمیان روحی، مینا
Kazemian Ruhi, Mina
محجل کاظمی، الهام، استاد راهنما
قاسمی، عمران ولی اله، استاد مشاور
کلاهی، مریم، استاد مشاور
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
