تولید سوسپانسیون سلولی از ارقام توتون شرقی (Nicotiana tabacum) به منظور تولید لاین سلولی

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی‌ارشد گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

2 دانشیار گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

3 دانشجوی دکتری گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

چکیده

کشت سوسپانسیون سلولی، تعلیقی از سلول‌های در حال رشد و تقسیم سریع می‌باشد که در محیط مایع کشت می‌شوند. سلول‌ها در سوسپانسیون سلولی از قدرت تقسیم بسیار بالاتری نسبت به کالوس‌ها برخوردار می‌باشند. این قابلیت سلول‌ها برای اهداف متنوعی مانند تولید لاین‌های سلولی، تولید متابولیت‌های ثانویه، بررسی مراحل چرخه سلولی، افزایش راندمان انتقال ژن و مطالعات تنش‌های زیستی و غیرزیستی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این بررسی، کالوس از بذور نه رقم از توتون‌‌های شرقی (.Nicotiana tabacum L) در محیط MS حاوی هورمون‌های NAA mg.l-1 1 و Kinetin mg.l-1 1 تهیه گردید. سپس میزان و کیفیت رشد در محیط‌های مختلف مورد آزمون قرار گرفت. بهترین میزان و کیفیت رشد برای ارقام OR-209،OR-205  و PDB 328 در محیط‌کشت LS‌ با تیمارهای هورمونی IAA mg.l-1 3، NAA mg.l-1 3 و Kinetin mg.l-1 1/0 به‌دست آمد. اثر انواع محیط‌های کشت و ترکیبات مختلف هورمونی بر روی سوسپانسیون سلولی حاصل نیز آزمون گردید. بهترین رشد مربوط به رقم OR-209 در محیط‌کشت LS مایع با همان تیمار هورمونی بود. در آخر، سوسپانسیون سلولی تولید شده از نظر سرعت رشد با لاین سلولی TBY-2 مقایسه گردید که مشابهت بسیار بالایی نشان داد. این نتیجه بیانگر امیدبخش بودن ارقام توتون شرقی برای تولید لاین‌های سلولی و بهره‌برداری از آن‌ها برای اهداف پژوهشی و کاربردی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Production of Cell Suspensions from Oriental Tobacco (Nicotiana tabacum) Cultivars for Cell Line Development

نویسندگان [English]

  • Saeed Salaripour 1
  • Ghasem Karimzadeh 2
  • Ahmad Moeini 2
  • Saeed Tarkesh Esfahani 3
1 M.Sc. Student, Department of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran
2 Associate Professor, Department of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran
3 Ph.D. Student, Department of Plant Breeding and Biotechnology, Faculty of Agriculture, Tarbiat Modares University, Tehran
چکیده [English]

Cell suspension culture is a suspension of rapidly growing and dividing cells which are cultured in liquid medium. The dividing capability of the cells in a suspension culture is much higher than that of calli. This potential has therefore been exploited for different purposes such as developing cell lines, producing secondary metabolites, investigating cell cycle phases, increasing gene transformation efficiency and studying biotic and abiotic stresses. In this study, callus was produced from nine oriental tobacco (Nicotiana tabacum) cultivars in MS medium containing NAA 1 mg.l-1 and Kinetin 1 mg.l-1. Then, callus growth rate and quality were examined in different media. The best growth rate and quality were achieved for the cultivars of OR-209, OR-205 and PDB 328 using LS medium treated by hormones 3 mg.l-1 IAA, 3 mg.l-1 NAA and 0.1 mg.l-1Kinetin. The effects of different culture media and hormone compositions were then assessed on cell suspension. The best growth was acquired for OR-209 cultivar in liquid LS medium having the same hormone composition. Consequently, the growth rate of the developed cell suspension was compared with that of the TBY-2 cell line, revealing the high similarity. This result indicates the high potential of oriental tobacco cultivars as promising progenitors for the production of cell lines and their exploitation for research and applied purposes.

Allan, E. 1991. Plant cell culture. In: Stafford, A. and Warren, G., eds. Plant Cell and Tissue Culture, Open University Press, pp. 1-24.

Brandsma, M. E., Diao, H., Wang, X., Kohalmi, S. E., Jevnikar, A. M. and Ma, S. 2010. Plant-derived recombinant human serum transferring demonstrates multiple functions. Plant Biotechnology Journal, 8: 489-505.

Caplin, S. M. and Steward, F. C. 1949. A technique for the controlled growth of excised plant tissue in liquid media under aseptic conditions. Nature, 163: 920-921.

Cesarino, I., Araujo, P., Paes Leme, A. F., Creste, S. and Mazzafera, P. 2013. Suspension cell culture as a tool for the characterization of class III peroxidases in sugarcane. Plant Physiology and Biochemistry, 62: 1-10.

Ehsanpour, A. A. and Amini, F. 2003. Plant Cell and Tissue Culture. Jahad-Daneshgahi-Esfahan, 182 p.

Huang, T. K. and McDonald, K. A. 2009. Bioreactor engineering for recombinant protein production in plant cell suspension cultures. Biochemical Engineering Journal, 45: 168-184.

Huang, T. K., Plesha, M. A., Falk, B. W., Dandekar, A. M. and McDonald, K. A. 2009. Bioreactor strategies for improving production yield and functionality of a recombinant human protein in transgenic tobacco cell cultures. Biotechnology and Bioengineering, 102: 508-520.

Kumagai-Sano, F., Hayashi, T., Sano, T. and Hasezawa, S. 2007. Cell synchronization of tobacco BY-2 cells. Nature Protocols, 1: 2621-2627.

Lee, H. C., Chiou, D. W., Chen, W. H., Markhart, A. H., Chen, Y. H. and Lin, T. Y. 2004. Dynamics of cell growth and endoreduplication during orchid flower development. Plant Science, 166: 659-667.

Lee, W. C., Baghat, A. S., Huang, S., Van Vliet, K. J., Han, J. and Lim, C. T. 2011. High-throughput cell cycle synchronization using inertial forces in spiral microchannels. Lab on a Chip, 11: 1359-1367.

Linsmaier, E. M. and Skoog, F. 1964. Organic growth factor requirements of tobacco tissue cultures. Plant Physiology, 18: 100-127.

Lührs, R. and Lörz, H. 1988. Initiation of morphogenic cell-suspension and protoplast cultures of barley (Hordeum vulgare L.). Planta, 175: 71-81.

Lukmanul Hakkim, F., Kalyani, S., Essaa, M., Girija, S. and Song, H. 2011. Production of rosmarinic acid in Ocimum sanctum (L.) cell suspension cultures by the influence of growth regulators. International Journal of Biological and Medical Research, 2 (4): 1158-1161.

Mathur, S. and Shekhawat, G. S. 2013. Establishment and characterization of Stevia rebaudiana (Bertoni) cell suspension culture: an in vitro approach for production of stevioside. Acta Physiologiae Plantarum, 35: 931-939.

Muir, W. H., Hildebrandt, A. C. and Riker, A. J. 1954. Plant tissue cultures produced from single isolated cells. Science, 119: 877-878.

Murashige, T. and Skoog, F. 1962. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Plant Physiology, 15: 473-497.

Nickell, G. 1956. The continuous submerged cultivation of plant tissue as single cells. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 42: 848-850.

Phillips, G. C., Hubstenberger, J. F. and Hansen, E. E. 1995. Plant regeneration by organogenesis from callus and cell suspension cultures. In: Gamborg, O. L. and Phillips, G. C., eds, Plant Cell, Tissue and Organ Culture, pp. 67-78.

Shih, S. M. H. and Doran, P. M. 2009. Foreign protein production using plant cell and organ cultures: advantages and limitations. Journal of Biotechnology, 27: 1036-1042.

Suen, P. K., Shen, J., Sun, S. S. M. and Jiang, L. 2010. Expression and characterization of two functional vacuolar sorting receptor (VSR) proteins, BP-80 and AtVSR4 from culture media of transgenic tobacco BY-2 cells. Plant Science, 179: 68-76.

Tulecke, W. and Nickell, L. G. 1959. Production of large amounts of plant tissue by submerged culture. Science, 130: 863-864.

Xu, J., Ge, X. and Dolan, M. C. 2011. Towards high-yield production of pharmaceutical proteins with plant cell suspension cultures. Journal of Biotechnology, 29: 278-299.