بررسی بیان ژن‌‌های کلیدی در مسیر بیوسنتز کارواکرول درگیاه مرزه سفید (satureja mutica fisch & ca mey) تحت تنش خشکی

هدف: از دیرباز تاکنون، گیاهان دارویی به عنوان منبعی غنی از اسانس‌ها شناخته شده و به جهت مصارف گوناگون کشت و توسعه یافته‌اند. مرزه سفید (satureja mutica fisch ca mey) یکی از گیاهان دارویی از خانواده نعناع است که اسانس آن حاوی مقدار زیادی کارواکرول است. حجم وسیعی از مطالعات نشان داده است که تنش‌های غیرزنده، به ویژه تنش خشکی، می‌تواند به‌طور قابل توجهی تولید اسانس در گیاهان را افزایش دهد. هدف از این مطالعه بررسی تاثیر تنش خشکی بر بیان ژن‌های موثر بر بیوسنتز جزء اصلی اسانس مرزه سفید، کارواکرول، بود.مواد و روش‌ها: برای این منظور، تعداد 20 گیاهچه مرزه سفید در گلدان در مرحله 86 برگی در دو شرایط شاهد و تنش خشکی (10 گلدان برای هر شرایط) با رژیم‌های آبیاری به‌ترتیب با 100 درصد و 30 درصد ظرفیت مزرعه مورداستفاده قرار گرفتند. به منظور اطمینان از اعمال تنش بر روی گیاهان و هم‌چنین تعیین زمان مناسب برای نمونه‌برداری، پرولین برگ و میزان آب نسبی گیاهان اندازه‌گیری شد.نتایج: نتایج هر دو آزمون پرولین و محتوای نسبی آب تفاوت آماری معنی‌داری را بین شرایط کنترل و تنش در مرزه سفید در 30 درصد ظرفیت مزرعه نشان داد. پایگاه داده (kyoto encyclopedia of genes and genomes)kegg  برای به دست آوردن اطلاعات در مورد مسیر بیوسنتز کارواکرول استفاده شد. سه ژن کلیدی ژرانیل دی فسفات سنتاز (gpps)، ترپن سنتاز (tps)، و لیمونن هیدروکسیلاز (lh) برای تجزیه و تحلیل بیان ژن انتخاب شدند. به دلیل عدم وجود اطلاعات ژنومی در مرزه سفید، از اطلاعات توالی ژن‌ها در نزدیک ترین جنس در خانواده نعناع برای طراحی پرایمرها استفاده شد. نتیجه تجزیه و تحلیل منحنی ذوب در روش pcr کمی (qpcr) در زمان واقعی، صحت طراحی پرایمر را تایید کرد. نتایج qpcr نشان داد که بیان ژن‌های gpps، tps و lh در گیاهان تحت تنش به ترتیب 20، 18، 50 برابر نسبت به شاهد افزایش یافت. داده‌های خام qpcr با ژن خانه‌دار  اکتین (actin) نرمال شد.نتیجه‌گیری: نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که تنش آبی منجر به فرآیند پاسخ گیاه به تنش شده و بیان ژن‌های دخیل در مسیر بیوسنتز ماده فعال کارواکرول را تغییر می‌دهد.

Expression analysis of the key genes involved in Biosynthesis Pathway of Carvacrol in Satureja mutica fisch & CA mey under Drought Stress

ObjectiveMedicinal plants have long been recognized as a rich source of essential oils and have been cultivated for a variety of uses since ancient times. White savory (Satureja mutica fisch CA mey) is one of the medicinal plants belonging to the mint family with high content of carvacrol in its essential oil. A large body of literature has suggested that abiotic stresses, especially drought stress, could considerably boost the production of essential oils in plants. The aim of this study was to evaluate the effect of drought stress on the expression of genes affecting the biosynthesis of the main component of white savory essential oil carvacrol. Materials and methodsFor this goal, a number of 20 potplanted seedlings of white savory at the 68 leaf stage were subjected in a greenhouse to two conditions of control and drought stress (10 pots for each condition) with irrigation regimes of 100% and 30% of field capacity, respectively. In order to ensure the implementation of stress on plants and to determine the appropriate time for sampling, leaf proline and relative water content of plants were measured. ResultsThe results of both proline and relative water content tests revealed a significant statistical difference between the control and stress conditions in white savory at 30% of field capacity. The KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) database was used to obtain information on carvacrol biosynthesis pathway. The three key genes geranyl diphosphate synthase (gpps), terpene synthase (tps), and limonene hydroxylase (lh) were chosen for gene expression analysis. Due to the lack of genomic information on white savory, the sequence information of the genes in the closest genera within the family mint was used to design primers. The result of melting curve analysis from the realtime quantitative PCR (qPCR) assay confirmed the accuracy of the primer design. The raw qPCR data normalized to the housekeeping gene Actin, then differential expression analysis was preformed using the delta delta Ct method. qPCR result showed that expression of the genes gpps, tps, and lh were increased in stressed plants proximately 20, 18, 50 times, compared to those in control, respectively. ConclusionsThe conclusion that must be drawn from the data available is that water stress leads to the process of plant response to stress and changes the expression of genes involved in the biosynthesis pathway of the active substance carvacrol.