تراریزش توام گیاه برنج به روش زیست‌پرتابی با استفاده از نانوذرات طلا

نوع مقاله : مقاله کامل

نویسندگان

1 پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی ایران، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ج. ا. ایران

2 گروه اصلاح نباتات کشاورزی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ج. ا. ایران

چکیده

چکیده-به منظور تولید لاین‌های برنج تراریخته مقاوم به آفات که فاقد ژن نشانگر انتخابی باشد، تکنیک ریزپرتابی با استفاده از نانوذرات طلا مورد استفاده قرار گرفت. در نخستین گام، کارایی نانوذرات طلا با اندازه‌های مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که نانوذرات طلا می‌توانند به اندازه میکروذرات در انتقال ژن کارایی داشته باشند. در گام بعد، دو پلاسمید مجرا مورد استفاده قرار گرفتند. پلاسمید puBC حامل ژن cry1A(c) و فاقد ژن مارکر انتخابی به همراه پلاسمید  pTRA132 حاوی ژن مقاومت به هیگرومایسین به عنوان نشانگر انتخابی مخلوط شده و سپس با نانوذرات طلا پوشش داده شدند. این مخلوط پلاسمیدها به کالوس‌های جنین‌زایی که از بذور رسیده منشا گرفته و دارای توان تقسیم سلولی و باززایی بالایی بودند، به روش ریزپرتابه وارد شدند. سلول‌های تراریخته احتمالی از بافت‌های بمباران شده پس از 3 دوره گزینش در محیط کالوس‌زایی N6 حاوی 50 میلی‌گرم در لیتر هیگرومایسین B مورد گزینش قرار گرفتند. نهایتاً کالوس‌های مقاوم به هیگرومایسین در محیط باززایی MS  حاوی 50 میلی‌گرم در لیتر هیگرومایسین B باززا شدند. در نهایت گیاهان تراریخته احتمالی حاصل با آنالیزهای مولکولی مورد بررسی قرار گرفتند. این آنالیزها نشان داد که حداقل یک نسخه از ژن مورد نظر به گیاهان تراریخته وارد شده است. آنالیز RT-PCR نیز تأیید کرد که ژن cryIA(c) در گیاهان تراریخته قابلیت رونویسی و بیان ژن را دارد. لذا می‌توان استنباط کرد که استفاده از روش ریزپرتابه و نانوذرات طلا می‌تواند یه روش کارا و موثر در انتقال ژن و تولید گیاهان تراریخته به ویژه در گیاه برنج مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


Beyer, P. 1., Al-Babili, S., Ye, X., Lucca, P., Schaub, P., Welsch, R., & Potrykus, I. (2002). Golden Rice: introducing the beta-carotene biosynthesis pathway into rice endosperm by genetic engineering to defeat vitamin A deficiency. Journal of Nutrients, 132, 506-510.
Chen, H., Lin, Y., & Zhang, Q. (2009). Review and prospect of transgenic rice research. Chinese Science Bulltain, 54, 4049-4068.
Chomczynski, P., & Sacchi, N. (1987). Single-step method of RNA Isolation by acid guanidiniumthiocyanate-phenol-chloroform extraction. Analytical Biochemistry, 162, 156-159.
Christou, P., Ford, T. L., & Kofron M. (1991). Production of transgenic rice (Oryza Sativa L.) plants from agronomically important Indica and Japonica varieties via electric discharge particle acceleration of exogenous DNA into immature zygotic embryos. Nature Biotechnology, 9, 957 – 962.
Chu, C. C., Wang, C. C., Sun, C. S., Hsu, C., Yin, K. C., Chu, C. Y., & Bi, F. Y. (1975). Establishment of an efficient medium for anther culture of rice through comparative experiments on nitrogen source. Scientica Sinica, 5, 659-668.
Daniell, H. (2002). Molecular strategies for gene containment in transgenic crops. Nature Biotechnology, 20, 581–586.
Dellaporta, S. L., wood, J., & Hicks, J. B. (1983). A plant DNA mini preparation: version II. Plant Molecular Biology Reporter, 1, 19-21.
Dos Santos, D. M. M. F., De Sousa Araújo, S., Duque, A. S. R. L., & Fevereiro, M. P. S. (2003). Reverse transcription-PCR assay to verify gene integrity within plasmid constructs for plant transformation. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 74, 293-296.
Ghareyazie, B., Alinia, F., Menauito, A. C., Rubia, L. G., De Palma, J. M., Liwanag, E. A., Cohen, M. B., Khush, G. S., & Bennett. J. (1997). Enhanced resistance to two stem borers in an aromatic rice containing a synthetic cryIA(b) gene. Molecular Breeding, 3, 401-414.
Johnston, S. A., Anziano, P. Q., Shark, K., Sanford, J. C., & Butow, R. A. (1988). Mitochondrial transformation in yeast by bombardment with microprojectiles. Science, 240, 1538-1541.
Kneuer, C., Sameti, M., Bakowsky, U., Schiestel, T., Schirra, H., Schmidt, H., & Lehr, C. M. (2000). A nonviral DNA delivery system based on surface modified silica-nanoparticles can efficiently transfect cells in vitro. Bioconjugate Chemistry, 11, 926-32.
Kuiper, H. A., Kleter, G. A., Noteborn, H. P. J. M., & Kok, E. J. (2001). Assessment of the food safety issues related to genetically modified foods. Plant Journal, 27, 503–528.
Larosa, V. 1., & Remacle, C. (2013). Transformation of the mitochondrial genome. The International Journal of Developmental Biology, 57, 659-665.
Li, Y. H., Peng, Y. F., Hallerman, E. M., & Wu. K. M. (2014). Safety management and commercial use of genetically modified crops in China. Plant Cell Reports, 33, 565–573.
Lightowlers, R. N. (2011). Mitochondrial transformation: time for concerted action. EMBO Reports, 12, 480–481.
McElroy, D., Zhang, W., Cao, J., & Wu, R. (1990). Isolation of an efficient actin promoter for use in rice transformation. Plant Cell, 2, 163–171.
Mortazavi, S. E., Mirlohi, A., Ghareyazie, B., Arzani, A., & Khoshkholgh Sima, N. (2006). Physiological aspects of rice callus growth and plant regeneration in a modified MS medium supplemented with NaCl, Iran Agricultural Research, 23, 51-70.
Nishihara, M., Ito, M., Tanaka, I., Kyo, M., Ono, K., Irifune, K., & Morikawa, H. (1993). Expression of the ß-glucuronidase gene in pollen of Lily (Liliumlongiflorum), Tobacco (Nicotianatabacum), Nicotianarustica, and Peony (Paeonialactiflora) by particle bombardment. Plant Physiology, 102, 357-361.
O'Brien, J. A., &Lummis, S. C. (2011). Nano-biolistic: a method of biolistic transfection of cells and tissues using a gene gun with novel nanometer-sized projectiles. BMC Biotechnology, 11, 66-73.
.Peng, j., Lyznik, L. A., Lee, L., & Hodges, T. K. (1990). Co-transformation of Indica rice protoplasts with gusA and neo genes. Plant Cell Reports, 9, 168-172.
Puchta, H. (2003). Marker-free transgenic plants. Plant Cell, Tissue and Organ Culture, 74, 123–134.
Sah, S. K., Kaur, A., Kaur, G., & Cheema, G. S. (2014). Genetic Transformation of Rice: Problems, Progress and Prospects. Journal of Rice Researchs, 3, 132-139
Rai, M., Deshmukh, S., Gade, A., & Abd Elsalam, K. (2012). Strategic nanoparticle-mediated gene transfer in plants and animals-a novel approach. Current Nanoscience, 8, 170-179.
Santosini, D., Mishra, M. K., & Elliott, M. (2012). Regeneration of Transgenic Rice with Bacterial ipt Gene Bombardment, Tropical Life Sciences Research, 23, 39–48.
Smyth, S., Khachatourians, G. G., & Phillips, P. W. (2002). Liabilities and economics of transgenic crops. Nature Biotechnology, 20, 537–541
Sripriya, R., Sangeetha, M., Parameswari, C., Veluthambi, B., & Veluthambi, K. (2011). Improved Agrobacterium-mediated co-transformation and selectable marker elimination in transgenic rice by using a high copy number pBin19-derived binary vector. Plant Science, 180, 766-74.
Wakasa, Y. 1., Ozawa, K., & Takaiwa, F. (2012). Agrobacterium-mediated co-transformation of rice using two selectable marker genes derived from rice genome components. Plant Cell Reports, 31, 2075-2084
Wang, M. S., Zapata, F. J., & De Castro, D. C. (1987). Plant regeneration through somatic embryogenesis from mature seed and young inflorescence of wild rice (Oryzaperennis Moench.). Plant Cell Reports, 6, 294-296.
Wang, Y., Cui, H., Li, K., Sun, C., Du, W., Cui, J., Zhao, X., & Chen, W. (2014). A magnetic nanoparticle-based multiple-gene delivery system for transfection of porcine kidney cells. PLoS One, 9(7): e102886.
Yau, Y. Y., & Stewart, N.,C. (2013). Less is more: strategies to remove marker genes from transgenic plants. BMC Biotechnology, 13, 36-43.
Yoshida, S., Forno, D.A., Cock, J.H., & Gomez, K.A. (1976). Laboratori manual for physiological studies of rice.International RiceResearch Institute,Manilla.
Zheng, Z., Hayashimoto, A., Li, Z., & Murai, M. (1991). Hygromycin Resistance Gene Cassettes for Vector Construction and Selection of Transformed Rice Protoplasts. Plant Physiology, 97, 832-835.