بيان و بررسي فعاليت ضد باكتريايي پپتيد ضد ميكروبي Dermaseptin B1 در ريشه‌هاي موئين توتون

Expression and antimicrobial activity analysis of a Dermaseptin B1 antibacterial peptide in tobacco hairy roots

بيمارگرهاي گياهي، حشرات و علف‌هاي هرز سالانه بيش از 30 درصد از محصولات كشاورزيرا نابود مي­ كنند. براي كنترل باكتري­ هاي بيمارگر گياهي، به طور فزاينده‌اي از سموم شيميايي باكتري­ كش استفاده شده است كه ضمن ايجاد مقاومت در بيمارگرها، باعث مخاطراتي براي سلامت انسان و محيط ‌زيست مي‌شوند. از اين­رو، اصلاح گياهان مقاوم به باكتري­ هاي بيماري­زا، راهكاري ارزشمند و پايدار محسوب مي­ شود. پپتيدهاي ضد ميكروبي (AMP) بخشي از سيستم ايمني موجودات زنده­اي مانند گياهان هستند كه براي مقابله با بيمارگرهاي بيماري­زا توليد مي‌شوند. توليد پروتئين­ هاي مختلف مانند پپتيدهاي ضد­ ميكروبي در ريشه­ هاي موئين گياهان، يك ابزارمناسب براي توليد و ارزيابي فعاليت اين قبيل از پروتئين­ ها است. هدف از اين مطالعه، توليد پپتيد ضد­ ميكروبي نوتركيب درماسپتين (DrsB1) B1 در ريشه­ هاي موئين توتون تراريخت به كمك اگروباكتريوم ريزوژنز (Agrobacterium rhizogenes)وبررسياثرات ضد باكتريايي آن بود. در همين راستا توالي DNA­ي كدكننده­ پپتيد DrsB1 يك نوع قورباغه پس از بهينه­ سازي ترجيح كدوني، سنتز و در ناقل بياني pGSA1285 تحت كنترل پيش­بر 35S(3×) همسانه­ سازي گرديد. سامانه­ ي ژني حاوي توالي كد­كننده DrsB1 به واسطه­ ي اگروباكتريوم ريزوژنز به ريشه­ هاي توتون منتقل گرديد. ريشه­ هاي موئين تراريخت به كمك روش­ هاي مولكولي تاييد شدند. بررسي خاصيت ضد ميكروبي عصاره پروتئيني ريشه­ هاي موئين تراريخت نشان داد كه پروتئين نوتركيب قادر است از رشد باكتري­ هاي بيمارگر گياهي Pectobacterium carotovorum، Erwinia amylovora و Xanthomonas citri جلوگيري كند. پپتيد DrsB1بيشترين اثرات ضد ميكروبي را به ترتيب روي باكتري­ هاي بيماري­زاي گياهي P.carotovorum، X.citri و E.amylovora نشان داد. نتايج اين مطالعه ممكن است در توليد گياهان تراريخت حاوي پپتيدهاي ضد ميكروبي براي توليد گياهان تراريخت مقاوم به پاتوژن­ هاي گياهي اميدوار كننده باشد.

Background and Objectives Plant pathogens, insects and weeds contribute to more than 30% of crop losses annually. Toxic chemical bactericides have been extensively used to control plant pathogenic bacteria. These chemicals pose a health threat to humans and the environment and eventually lead to resistance of pathogens. Hence, breeding cultivars resistance to bacterial pathogens is a valuable and sustainable solution. Antimicrobial peptides (AMP) are a part of the immune system of all living organisms, including plants, to combat pathogenic bacteria. Hairy roots (HRs) system is a valuable tool to produce and evaluate the activity of AMPs in planta. The aim of this study was to produce a Dermaseptin B1 (Drs-B1) recombinant AMP in transgenic tobacco HRs using Agrobacterium rhizogenes and test its antibacterial activities. Material and Methods The DNA encoding sequence of a Drs-B1 peptide of a frog was codon optimized based and synthesized in the pGSA1285 expression vector under the control of 35S CaMV promoter (×3). A gene cassette containing the Drs-B1 gene was introduced to tobacco roots by Agrobacterium rhizogenesis mediated transformation. Results The transgenic HRs were confirmed by molecular methods. Antimicrobial activity of the protein extracts from transgenic HRs showed that the recombinant protein was able to prevent Pectobacterium carotovorum, Erwinia amylovora and Xanthomonas citri plant pathogenic bacteria growth. The anti-bacterial effects of Drs-B1 peptide against plant pathogenic bacteria were in the order of X. citri> E. amylovora >P. carotovorum. Discussion The peptide present in transgenic DrsB1-expressing HRs clones inhibited devastating plant pathogenic bacteria growth, suggesting that DrsB1 retains its antibacterial activity in plant cells. The results of present study may open promising opportunities to produce transgenic plants expressing antimicrobial peptides resistance to plant pathogens.