تولید اکتوئین در گیاهان با استفاده از مهندسی ژنتیک برای کاهش اثرات منفی تنش‌های غیرزیستی

تغییر در پتانسیل آب محیطی که در اثر خشکی و شوری ایجاد می‌شود، یکی از مهمترین عوامل تنش زای غیرزیستی در بسیاری از زیستگاه‌های طبیعی موجودات زنده است. محلول‌های سازگار به عنوان عوامل محافظت کننده، نقش مهمی در افزایش پایداری ملکول‌های زیستی و کل سلول در برابر تنش‌ شوری ایفا می‌کنند. اکتوئین و مشتق آن هیدروکسی اکتوئین به عنوان محلول سازگار به طور گسترده‌ای توسط باکتری‌ها و تعداد معدودی از آرکی‌ها و یوکاریوت‌ها در پاسخ به شوری و فشار اسمزی بالا تولید می‌شوند. تولید اکتوئین با استفاده از مهندسی ژنتیک و انتقال ژن‌های ecta، ectb و ectc منجر به افزایش تحمل فشار اسمزی بالا در چند گیاه مدل شده است. در این مقاله مروری، اهمیت کاربرد‌های فعلی و بالقوه اکتوئین به عنوان محافظت کننده از ماکروملکول‌ها، سلول‌ها و بافت‌ها مورد بحث قرار گرفته است. همچنین، یک تئوری پیشرو در مورد سازوکار و چگونگی محافظت اکتوئین از پروتئین‌ها که شامل کنار رفتن ملکول‌های اکتوئین از سطح ماکروملکول‌ها، کند سازی انتشار آب از اطراف ملکول‌های زیستی و کمک به حفظ حالت طبیعی پروتئین‌ها است شرح داده شده است. داده‌های تجربی دهه‌های گذشته در مورد کاهش تنش خشکی و شوری توسط اکتوئین‌ها و چشم انداز استفاده از آن‌ها در زمینه‌های مختلف بیوتکنولوژی مدرن از جمله مهندسی ژنتیک در این مقاله مروری خلاصه شده است.

Production of ectoine in plants using genetic engineering to reduce the negative effects of abiotic stresses

Fluctuations in environmental water potential caused by drought and salinity are the most important abiotic stress factors in many natural habitats of organisms. Compatible solutes stabilize biomolecules and whole cells and play as stressprotective agents. Ectoine and its derivative 5hydroxyectoine as compatible solutes are synthesized widely by the members of the bacteria, a few archaea, and eukarya in response to high salinity and osmolarity. Previously reported that the genetically engineered ectoine synthesis using ectA, ectB or ectC has resulted in increased hyperosmotic tolerance of model plants. In this review, the importance of current and potential applications of ectoines as protecting agents for macromolecules, cells, and tissues, are discussed. Besides, the leading theory for the protection mechanism of ectoines including the exclusion of ectoines molecules from the protein surface, slows the diffusion of water molecules and preserve the native state of the protein were explained. The experimental data of the past decades concerning alleviating drought and salinity stresses by ectoines and the prospects for their use in different fields of modern biotechnology, including genetic engineering techniques, have been summarized in this review article.