تأثير عصاره مخمر بر فعاليت آنتي‌اكسيداني و توليد آلكالوئيدهاي تروپاني در كشت ريشه‌هاي موئين بذر‌البنج مشبك (Hyoscyamus reticulatus L.)

Effects of yeast extract on antioxidant activity and tropane alkaloids production in hairy roots cultures of Hyoscyamus reticulatus L.

گونه‌های بنگ‌دانه (هیوسیاموس) ازجمله بذرالبنج مشبك (Hyoscyamus reticulatus L.) منابع غنی آلكالوئیدهای تروپانی، عمدتاً هیوسیامین و اسكوپولامین می‌باشند كه به‌دلیل اثرات گشاد كردن مردمك چشم، ضد اسپاسم، آنتی‌كولینرژیك، آرام‌بخش و مسكن مورد استفاده قرار می‌گیرند. به‌دلیل ساختار شیمیایی پیچیده، این آلكالوئیدها از منابع طبیعی به‌طور عمده گیاهان تیره سیب‌زمینی بدست می‌آیند. القاء مسیرهای بیوسنتزی متابولیت‌های ثانویه به‌وسیله محرك‌های مختلف، راهكار مؤثری برای افزایش تولید و بهره‌وری متابولیت‌های ثانویه می‌باشد. در این پژوهش، به‌منظور افزایش تولید آلكالوئیدهای تروپانی، از ریشه موئین بدست آمده از ریزنمونه‌های كوتیلدونی تراریخت شده با سویه A7 اگروباكتریوم رایزوژنز استفاده گردید. این آزمایش در قالب فاكتوریل شامل فاكتور اول، غلظت‌های مختلف عصاره مخمر (صفر، 125، 250، 500 و 1000 میلی‌گرم بر لیتر) و فاكتور دوم، زمان‌های مختلف تیمار (24، 48 و 72 ساعت) و هر تیمار در سه تكرار انجام گردید. مطابق نتایج بدست آمده، به‌ترتیب بیشترین میزان هیوسیامین (2 برابر) و اسكوپولامین (2.5 برابر بیشتر از شاهد)، در اثر تیمار با غلظت‌های 500 و 250 میلی‌گرم بر لیتر عصاره مخمر در مدت زمان 48 ساعت تحریك‌زایی بدست آمد. نتایج نشان داد، تیمار با غلظت‌های مختلف عصاره مخمر و نیز افزایش مدت زمان تیمار منجر به كاهش معنی‌دار رشد ریشه‌‌های موئین در مقایسه با كشت‌های شاهد گردید. همچنین فعالیت آنزیم‌های آنتی‌اكسیدانی شامل كاتالاز، گایاكول پراكسیداز و آسكوربات پراكسیداز در ریشه‌های موئین تیمار شده، در مقایسه با شاهد بیشتر بود. براساس نتایج، چنین استنباط می‌شود كه تهییج با عصاره مخمر، منجر به القاء تنش اكسیداتیو شده است. نتایج حاصل از این پژوهش پیشنهاد می‌كند كه عصاره مخمر می‌تواند به‌عنوان محركی مؤثر برای افزایش تولید متابولیت‌های ثانویه گیاهی ازجمله آلكالوئیدهای تروپانی در زیست‌‌فناوری گیاهی مورد استفاده قرار گیرد.

Hyoscyamus species such as Hyoscyamus reticulatus L. are rich sources of tropane alkaloids, mainly hyoscyamine and scopolamine, which are used for their mydriatic, antispasmodic, anticholinergic, analgesic and sedative properties. Due to complex chemical structures, these alkaloids are obtained from natural sources, mainly Solanaceae plants. Elicitation of secondary metabolites biosynthetic pathways by different kind of elicitors is an effective strategy to increase secondary metabolites productivity. In the present study, in order to increase production of tropane alkaloids, cotyledon-derived hairy root cultures transformed with Agrobacterium rhizogenes strain A7, were elicited with yeast extract (YE) as biotic elicitor. Effect of different concentrations (0, 125, 250, 500 and 1000mg/l) of YE elicitor at different exposure times (24, 48 and 72 h) were investigated. According to the results, YE at the concentration of 500 and 250 mg/l after 48 h treatment, significantly increased hyoscyamine (2-fold) and scopolamine (2.5-fold) production in comparison with control, respectively. The results showed that treatment with different concentrations of YE and also increasing the exposure time led to significant decrease in growth of hairy roots in comparison with control. The activity of antioxidant enzymes including catalase, guaiacol peroxidase, and ascorbate peroxidase was also elevated in treated hairy roots rather than of the control. Based on the results, it can be concluded that elicitation with YE leads to induce an oxidative stress. These results suggest that YE could be used as an effective elicitor in plant biotechnology for the production of plant secondary metabolites such as tropane alkaloids.