فصلنامه علمی زیست فناوری گیاهان زراعی

با همکاری مشترک دانشگاه پیام نور و انجمن بیوتکنولوژی جمهوری اسلامی ایران

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اعضای هیات تحریریه

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پیوندهای مفید

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

اطلاعات آماری نشریه

اخبار و اعلانات

طراحی و ساخت سازه اختصاصی کلرو‌پلاستی گیاه برنج حاوی ژن‌های بتائین آلدهید دهیدروژناز(badh) و فلاودکسین(fld) جهت ایجاد مقاومت به تنش‌های غیر‌زنده

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار بخش کشت بافت و انتقال ژن، پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی ایران، کرج

2 دانشجوی کارشناسی‌ارشد بیوتکنولوژی کشاورزی دانشگاه زابل، زابل

3 دانشیار گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زابل، زابل

4 استادیار بخش کشت بافت و انتقال ژن، پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی ایران، کرج

چکیده

تنش‌های غیر‌زیستی از جمله خشکی و شوری اولین عامل کاهش محصول در دنیا است. در این تحقیق ژن بتائین آلدهید دهیدروژناز (badh) هم به عنوان یک نشانگر غیر‌آنتی‌بیوتیکی و هم به عنوان یکی از ژن‌های کاندید در تحمل به تنش‌های غیر‌زیستی به همراه ژن فلاودکسین (fld) در ساخت ناقل کلروپلاستی برای گیاه برنج مورد استفاده قرار گرفت. بدین منظور ابتدا دو قسمت از یک ناحیه اختصاصی هدف‌گیری کننده به پلاستوم برنج (FR) با افزودن جایگاه آنزیمی مناسب جهت ورود کاست-های ژنی به مرکز آن، در دو مرحله به گونه‌ای با استفاده از PCR از ژنوم کلروپلاستی برنج جدا‌سازی شد که امکان اتصال مجدد آنها ضمن کلون‌سازی ایجاد گردد. سپس طراحی کاست ژنی برای ژن های fld و badh تحت نواحی تنظیمی کلروپلاستی انجام شد، به طوری‌که ژن fld همراه با rbcl 5'UTR و ژن badh همراه با T7gene10 5'UTR به صورت پلی‌سیسترونی تحت پیشبر قوی کلروپلاستی Prrn و پایانبر rbcl 3'UTR کلون‌سازی شدند. سرانجام کاست کامل دو ژنی fld/badh به همراه نواحی تنظیمی از ناقل نوترکیب حاصل موسوم به pBF جدا و در مرکز ناحیه هدف‌گیری کننده به کلروپلاست برنج در دو جهت کلون‌سازی گردید. دو ناقل مختص کلروپلاست حاصل موسوم به pFrFB(-) و pFrFB(+) پتانسیل الحاق هدفدار ژن‌های مقاومت به شوری و خشکی را با دو جهت‌گیری مختلف نسبت به نواحی داخلی ژنوم کلروپلاستی گیاه برنج دارا بوده و قادرند با هدف ایجاد مقاومت بالا به شوری، خشکی و سرما در انتقال ژن به کلروپلاست گیاه برنج با استفاده از تفنگ ژنی مورد استفاده قرار گیرند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Design and Construction of Specific Chloroplast Vectors for Rice Plants Containing Betaine Aldehyde Dehydrogenase (badh) and Flavodoxin (fld) Genes for Resistance to Abiotic Stress

نویسندگان [English]

  • Masoud Tohidfar 1
  • Ebrahimi Ghorishi 2
  • Bartali Fakheri 3
  • Motahareh Mohsenpour 4

1 Associate Professor, Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran, Karaj, Iran.

2 M.Sc. student of Department of Agronomy and Plant Breeding, Zabol University, Zabol, Iran.

3 Associate Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Zabol University, Zabol, Iran

4 Assistant Professor, Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran, Karaj, Iran.

چکیده [English]

Abiotic stresses such as drought and salinity are the first factor of YIELD decrease in the world. In this study, betaine aldehyde dehydrogenase gene (badh) is used as both an abiotic stress marker gene and one of the abiotic stress tolerance candidate genes along with Flavodoxin (fld) in construction of chloroplast vector for rice. Thereby, adding the appropriate enzyme role to let gene cassette enter to the center. The first two parts of a specific target areaof Plastom rice (FR) the rice genome using PCR that they can be re-attached in cloning. Then, the gene cassetes were designed for fld and badh genes in regulatory regions of the chloroplast. So that the fld genes and with rbcl 5'UTR and badh genes with T7gene10 5'UTR were cloned the strong chloroplastsic promoter Prrn and the terminator rbcl 3'UTR. Finally, The complete two-gene cassettes fld/badh with the regulatory regions is separated from targeting chloroplast metabolism of rice in two sides cloned. The two specific chloroplast vector called pFrFB(-) and pFrFB(+) are potential to be attached to gene that are resistant to drought and salinity targeted with two different orientations relative to the inner regions of the chloroplast genome of rice plants and are able to be the goal of creating high resistance to salinity, drought and chill in transferring genes to use the chloroplast of rice plant via gene gun.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Abiotic Stress
  • betaine aldehyde dehydrogenase
  • Flavodoxin
  • Cloning
  • Vector chloroplastid
مراجع
Akbar M, Ponnamperuma FN (1982) Saline soils of South and Southeast Asia as potential rice lands. In: Rice Research Strategies for the future IRRI, manila, the Philippines Pp. 256-281.
Boyer J S (1982) Plant prodactivity and environment. sci.  218:443-448.
Branzei D, Foiani M (2010) Leaping forks at inverted repeats. Genes & Development 24: 5-5.
Bray EA, Bailey-serres J, Weretilnyk E (2000) Responses to abiotic stresses. Biochemistry and Molecular Biology of Plants. American Society of Plant Physiologists, Rockville, MD, USA 1158–1249.
Chen S, Yang Y, Shi W, Ji Q, He F, Zhang Z, Cheng Z, Liu X, XU M (2008) Badh2, encoding betaine aldehyde dehydrogenase, inhibits the biosynthesis of 2-acetyl-1-pyrroline, a major component in rice fragrance. Plant Cell. 20: 1850–1861.
Daniell H (2002) Molecular strategies for gene containment in transgenic crops. Nature Biotechnology. 20: 581–586.
Daniell H, Dhingra A (2002) Multigene engineering: Dawn of an exciting new era in biotechnology. Current Opinion Biotechnology. 13(2): 136–141.
Daniell H, Muthukumar B, Lee S (2001) Marker free transgenic plants: Engineering the chloroplast genome without the use of antibiotic selection. Current Genetics. 39: 109–116.
Daniell H, Wiebe P, Millan FS (2001) Antibiotic-free chloroplast genetic engineering an environmentally friendly approach. Trends in Plant science 6: 237–239.
De Cosa B, Moar W, Lee SB, Miller M, Daniel H (2001) Overexpression of the Bt cry2Aa2 operon in chloroplasts leads to formation of insecticidal crystals. Nature Biotechnology 19: 71–74.
Dufourmantel N, Pelissier B, Garcon F, Peltier JM, Tissot G (2004) Generation of fertile transplastomic soybean. Plant Molecular Biology 55(4): 479– 89.
Falk S, Samson G, Bruce D, Huner NPA, Laudenbach DE (1995) Functional analysis of the iron-stressinduced CP 43' polypeptide of PS II in the cyanobacterium Synechococcussp PCC 7942. Photosynthesis Research 45: 51–60.
Gorham J, Bridges J, Dubcovsky J, Dvorak J, Hollington PA, Khan, JA (1997) Genetic analysis and physiology of a trait for enhanced K+/Na+ discrimination in wheat. New Phycologist.  137: 109-116.
Grevich J, Daniell H (2005). Chloroplast genetic engineering: recent advances and future perspectives. Critical Reviews in Plant Science 24: 83-107.
Kavusi M (1994) Determine the appropriate model for predicting the performance of different rice varieties under salt Sepeedrud, Hassansaraii and  Khazar. Dissertation, University of Tabriz, Iran. (In Farsi).
Kohli A, Twyman RM, Abranches R, Wegel E, Stoger E, Christou P (2003) Transgene integration, organization and interaction in plants. Plant Molecular Biology 52: 247-258
Krech K,  Fu H, Thiele W, Ruf S, Schottler M, Bock R (2013) Reverse genetics in complex multigene operons by co-transformation of the plastid genome and its application to the open reading frame previously designated psbN. The Plant Journal. Accepted manuscript online: 6 JUN 2013.
Kumar S, Dhingra A, and Daniell H (2004a) Plastid expressed betaine aldehyde dehydrogenase gene in carrot cultured cells, roots and leaves confers enhanced salt tolerance. Plant Physiology 136(1): 2843–2854.
Kumar S, Dhingra A, Daniell H (2004b) Manipulation of gene expression facilitates cotton plastid transformation of cotton by somatic embryogenesis and maternal inheritance of transgenes. Plant Molecular Biology. 56(2): 203–216.
Lee SB, Kwon HB, Kwon SJ, Park SCH, Jeong SE, H. Daniell (2003) Accumulation of trehalose within transgenic chloroplasts confers drought tolerance. Molecular Breeding. 11: 1–13.
Lutz KA, Azhagiri AK., Tungsuchat T, Maliga P (2007) A Guide to Choosing Vectors for Transformation of the Plastid Genome of Higher Plants. Plant Physiol. 145:1201-1210.
Maliga, P (2004) Plastid transformation in higher plants. Annu. Rev. Plant Biol. 55: 289-313.
Mohsenpour M, Babaeian Jelodar NA, Tohidfar M, Mohsenpour M (2012b). The Use of Betaine Aldehyde Dehydrogenase as a Non-Antibiotic and Safe Selective Marker in Design of Plastid Vector. Biotechnological Journal of Environmental Microorganisms 6 (3): 55-62.
Mohsenpour M, Tohidfar M, Babaeian Jelodar NA (2012a) Designing and construction of specific plasmid constructs for targeted plastome transformation. Iranian Journal of Crop Science. 14 (3): 218- 234.
Ruiz O, Hussein HS, Terry N, Daniell H (2003) Phytoremediation of organomercurial compounds via chloroplast genetic engineering. Plant Physiology 132: 1344–1352.
Sambrook  J, Russel DW (2000) Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3nd Edn. Spring Harbor Laboratory Press, New York, USA.
Singh AK, Li H, Sherman LA (2004) Microarray analysis and redox control of gene expression in the Cyanobacterium synechocystis sp. PCC 6803. Physiologia plantarum. 120: 27-35.
Tognetti VB, Palatnik  JF, Fillat MF, Melzer M, Hajirezaei MR, Valle EM, Carrillo N (2006) Functional replacement of ferredoxin by a Cyanobacterial flavodoxin in tobacco confers Broad-Range stress Tolerance .The Plant Cell, 18: 2035-2050.
Verma D, Daniell H (2007) Chloroplast Vector Systems for Biotechnology Applications. Plant Physiology. 145: 1129-1143.
Zurbriggen M, Tognetti V B, Valle E M, Carrillo N (2007) Stress-inducible flavodoxin from photosynthetic microorganisms: The mystery of flavodoxin loss from the plant genome. IUBMB Life. 59: 355-360.
فصلنامه علمی زیست فناوری گیاهان زراعی
دوره 3، شماره 2 - شماره پیاپی 6
شهریور 1393
صفحه 47-59
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار