جداسازی ژن مونوترپن‌سنتاز (nstps2) و بررسی ترکیبات ترپنوئیدی در گیاه دارویی سیاهدانه (nigella sativa l.)

سیاهدانه (nigella sativa) گیاهی دارویی از خانواده ranunculacea است که به‌دلیل خواص دارویی آن مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. اهمیت پزشکی سیاهدانه عمدتاً به مونوترپن‌های اکسیژن‌دار آن نسبت داده می‌شود که از طریق مسیر متیل‌اریتریتول‌فسفات در پلاستیدها بیوسنتز می‌شوند. در این تحقیق ترکیبات اسانس برگ، گل و مراحل نموی بذر، شامل بذرهای نیمه‌سیاه، سیاه‌نرم و سیاه‌سخت در گیاه سیاهدانه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. درحالی‌که هیچ ترکیب ترپنی در گل‌ها و برگ‌ها مشاهده نشد، مشخص شد که دانه‌ها محل اصلی بیوسنتز و تجمع ترپن‌ها هستند و مقدار ترکیبات ترپنی طی بلوغ بذر تغییر می‌کند. مونوترپن‌ها (بیشتر از 99 درصد) و سزکویی‌ترپن‌ها (کم‌تر از 1 درصد) اسانس را تشکیل دادند. به‌منظور بهبود درک ما از متابولیسم مونوترپن‌ها، توالی جزئی یک مونوترپن‌سنتاز فرضی (nstps2) با استفاده از روش racepcr از گیاه سیاهدانه جدا شد. این مونوترپن‌‌سنتاز از داده‌های حاصل از توالی‌یابی rna از بذرهای سیاه‌نرم سیاهدانه شناسایی شد. به‌جز وجود موتیف بسیار حفاظت‌شده ddxxd در nstps2 که برای تایید شناسایی مونوترپن‌ها ضروری است، نواحی حفاظت‌شده دیگری از سایر مونوترپن‌سنتازهای شناسایی شده از سایر گونه‌های گیاهی مشاهده نشد. نتایج حاصل از درخت فیلوژنی نشان داد که nstps2 بیشترین شباهت را با یک ترپن‌سنتاز (72.89 درصد) از گیاه تاج‌الملوک (aconitum carmichaelii) دارد و در یک گروه قرار گرفتند. سیاهدانه و تاج‌الملوک هر دو به خانواده‌ی آلاله تعلق دارند و این نشان می‌دهد که می‌توان از اطلاعات ژنتیکی گیاهان هم‌خانواده سیاهدانه برای جداسازی مونوترپن‌سنتازهای مختلف استفاده کرد. اطلاعات حاصل از این تحقیق می‌تواند در راستای اهداف دست‌ورزی ژنتیکی و مهندسی متابولیک در سیاهدانه بسیار مفید باشد.

Isolation of Monoterpene Synthase Gene (NsTPS2) and Evaluation of Terpenoid Compounds in Black Cumin Medicinal Plant (Nigella sativa L.)

Black cumin (Nigella sativa) is a medicinal plant of the Ranunculacea family which raised attention due to its pharmaceutical properties. Medical significance of N. sativa mainly attributed to its oxygenated monoterpenes which are biosynthesized via the methyl erythritol phosphate (MEP) pathway located in plastids. In this study, the essential oil components of leaves, flowers, and developmental stages of seed including half black seeds, soft black seeds, and hard black seeds were analyzed in N. sativa. Whereas no terpene was detected in flowers and leaves, seeds were found to be the major site of biosynthesis and accumulation of terpenes, and the amount of terpene compounds changed during seed maturation. The essential oil consists of monoterpenes (more than 99%) and sesquiterpenes (less than 1%). In order to improve our understanding of monoterpene metabolism, the partial sequence of a hypothetical monoterpene synthase (NsTPS2) was isolated from N. sativa plant using RACEPCR technique. This monoterpene synthase was identified from RNA sequencing data from soft black seeds. Except of the highly conserved DDXXD motif in NsTPS2 which is necessary to validate monoterpene synthases, no other conserved regions of other identified monoterpene synthases were observed. Dendrogram analysis revealed that NsTPS2 had the highest homology with a terpene synthase (72.89%) from Aconitum carmichaelii and these two sequences were grouped in the same group. Nigella sativa and Aconitum carmichaelii both belong to the Ranunculacea family. This indicates that the genetic information of plants of the Ranunculacea family can be used to isolate different monoterpene synthase. The results of this research can be useful in genetic manipulation and metabolic engineering of Nigella sativa.