مهار آلفا- آمیلاز گوارشی سن‌معمولی‌گندم Eurygaster integriceps توسط بازدارنده‌های آنزیمی رقم‌های گندم اروند، بهرنگ و هیرمند

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد حشره‌شناسی، گروه گیاه‌پزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی‌سینا، همدان

2 استادیار حشره‌شناسی، گروه گیاه‌پزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی‌سینا، همدان

3 استادیار مؤسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر استان البرز، کرج

چکیده

سن­ معمولی­ گندم مهم­ترین حشره آفت گندم و جو در ایران و بسیاری از کشورهاست. پروتئین­های گیاهی مهارکننده آلفا- آمیلاز پتانسیل کاربرد بالایی در زمینه مهندسی ژنتیک و در مبحث مقاومت گیاهان در مقابل آفات دارا می­باشند. در این تحقیق اثرات مهارکنندگی عصاره پروتئینی جدا شده از سه رقم گندم (رقم اروند و هیرمند از گندم نان) و (رقم بهرنگ از گندم دوروم) بر آلفا- آمیلاز گوارشی سن معمولی­ گندم مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور سن ­های بالغ تشریح شده و پس از جداسازی دستگاه گوارش، عصاره پروتئینی استخراج شد. پروتئین ­های بازدارنده سه رقم گندم هم استخراج شدند. بررسی تأثیر عصاره پروتئینی روی فعالیت آنزیم آلفا- آمیلاز به دو روش سنجش آنزیمی و سنجش در ژل زایموگرام انجام شد. درصد مهارکنندگی آمیلازی برای رقم‌های هیرمند، بهرنگ و اروند به­ترتیب، 05/1± 30، 22/2± 55 و 5/1± 58 درصد به ­دست آمد. زیموگرام آنزیم آلفا- آمیلاز در حضور پروتئین­های بازدارنده استخراج شده نشان داد که، باند­های فعالیت آنزیم آلفا- آمیلاز در حضور پروتئین بازدارنده نسبت به شاهد (عدم حضور پروتئین بازدارنده) در رقم اروند و بهرنگ نسبت به رقم هیرمند فعالیت کمتری دارد که موید فعالیت مهارکنندگی بالا در رقم اروند و بهرنگ می­باشد. همچنین فعالیت ویژه آنزیم آلفا- آمیلاز گوارشی protein U/mg 2/85 به­ دست آمد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Inhibition of Eurygaster integriceps Digestive α-amylase by Enzyme Inhibitors of the Wheat Varieties; Arvand, Behrang and Hirmand

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Abdolahadi 1
  • Majid Kazzazi 2
  • Tohid Najafi Mirak 3
1 M.Sc. Student of Entomology, Department of Plant Protection, Faculty of Agriculture, University of Bu-Ali Sina, Hamedan
2 Assistant Professor, Department of Plant Protection, Faculty of Agriculture, University of Bu-Ali Sina, Hamedan
3 Assistant Professor, Department of Cereal Research, Seed and Plant Improvement Institute, Karaj
چکیده [English]

Sunn pest is most important insect pest of wheat and barley in Iran and many other countries. Plant α-amylase inhibitors showed great potential as tools to engineer resistance of crop plants against pests. In this study, the inhibitory effects of proteins inhibitors isolated from three varieties of wheat (Triticum aestivum var. Arvand and var Hirmand) and (Triticum turgidum var. Behrang) were examined on gut α-amylase for Sunn pest (Eurygaster integricepse). To do so adult insects, were dissected and their gut removed and their amylase were extracted. Proteinaceous of wheat were extracted using 0/1 M Nacl. Effect of proteinaceous extracts on amylase activity in both enzymatic assay and in gel assay using zymogram was performed. 58%, 30% and 55% inhibition presence were recorded for the Arvand and Hirmand and Behrang varieties (58%±1/5), (%30±1/5) and (55%±2/22) respectively. Enzyme electrophoresis bands were showed low enzyme activity in presence of inhibitor proteins in comparison with control (lack of inhibitor protein). In Arvand and Behrang varieties showed lower activity toward var Hirmand that confirms high inhibitory effect in Arvand and Behrang varieties toward var Hirmand. The specific activity of Sunn pest amylase was 2/85 U/mg.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sunn pest
  • α-amylase
  • Inhibitory
  • Protein extracts
Alfonso, J., Ortego, F., Sanchez-monge, R., Garcia -Casado, G., Pujol, M., Castanera, P. and Salsedo, G. 1997. Wheat and barley inhibitors activity towards α-amylase and Trypsin-like activity from Spodoptera frugiperda. Journal of Chemical and Ecologycal, 23: 1725-1741.

Baker, JE. 1983. Properties of amylases from midguts of larvae of Sitophilus zeamais and Sitophilus granaries. Insect Biochemistry,13: 421-428.

Bannakan, I. P., Hormchan, A., Wongpiyasatid, B. and Engkakul, A. 2007. Effects of α-amylase inhibitor on Mungbean weevil, Callosobruchus maculatus, in vivo and invitro and on barley malt α-amylase in vitro Kasetsart. Journal of Natural Science, 41: 451-460.

Bernfeld, P. 1955. Amylases, α and β. Methods in Enzymology, 1: 149-158.

Boyd, D. W., Cohen, A. C. and Alverson, D. R. 2002. Digestive enzymes and stylet morphology of Deraeocoris nebulosus (Hemiptera: Miridae), a predacious plant bug. Annual of the Entomological Society of America, 95: 395-401.

Cohen, A. C. 2000. How carnivorous bugs feed. In: Schaefer, CW. and Panizzi, AR. editors. Heteroptera of Economic Importance, pp. 563-570. CRC Press.

Diaz-Mendoza, M. F., Ortego, M., Garcı´a de Lacoba, C., Magan˜a, M., de la Poza, G. P., Farino´s, P., Castan˜era, P., Herna´ndez-Crespo, A., Hernández Carlos, M., Pujol, J., Alfonso-Rubí, R., Armas, Y., Coll, M., Pérez, A., González, M., Ruiz, P., Castañera, A. and Ortego, F. 2003. Proteolytic gut activities in the rice water weevil, Lissorhoptrus brevirostris Suffrian (Coleoptera: Curculionidae). Archives of Insect Biochemistry and Physiology, 53: 19-29.

Dorrah, M. A. 2004. Effect of soybean trypsin inhibitor on digestive proteases and growth of larval Spodoptera littoralis (Boisd.). Efflatounia, 4: 23-30.

Franco, O. L., Melo, F. R., Mendes, P. A., Paes, N. S., Yokoyama, M., Coutinho, M. V.,Bloch, Jr. C. and Grossi-de-Sá, M. F. 2005. Characterization of twoAcanthoscelides obtectus α-amylases and their inactivation by wheatinhibitors, Journal of Agricultural Food Chemistry, 53: 1585-1590.

Franco, O. L., Ridgen, D. J., Melo, F. R., Bloch, C., Jr. Silva, C. P. and Grossi-de-Sa, M. F. 2000. Activity of wheat α-amylase inhibitors towards bruchid α-amylases and structural explanation of observed specificities. European Journal of Biochemistry, 267: 2166-2173.

Isman, M. B. 2006. Botanical insecticides, deterrents and repellents in modern agriculture and an increasingly regulated world. Annual Review of Entomology, 51: 45-66.

Kazzazi, M., Bandani, A. R. and Hosseinkhani, S. 2005.Biochemical characterization of α- amylase of, Eurygaster integriceps. Entomological Science, 8: 371-377.

Lammli, U. K. 1970. Cleavage of structural proteins during the assembly of bacteriophage T4. Nature, 227: 680-685.

Lawrence, P. K. and Koundal, K. R. 2002. Plant protease inhibitors in control of phytophagous insects. Electronic Journal of Biotechnology, 5(1): 17.

LeBerre-Anton, V., Bompard-Gilles, C., Payan, F. and Rouge, P. 1997. Characterization and functional properties of the alpha-amylase inhibitor (alpha A-1) from kidney bean (Phaseolus vulgaris) seeds. Biochimica et Biophysica Acta, 1343: 31-40.

Marshall, J. J. and Lauda, C. M. 1975. Purification and properties of phaseolamin, an inhibitor of α-amylase, from the kidney bean Phaseolus vulgaris. Journal of Biological Chemistry, 250: 8030-8037.

Melo, F. R., Sales, M. P., Silva, L. S., Franco, OL., Bloch, Jr. C. and Ary, MB. 1999. α-Amylase inhibitors from cowpea seeds. Protein and Peptide Letter, 6: 387-392.

Mendiola-Olaya, E., Valencia-Jimenez, A., Valdes-Rodriguez, S., Delano-Frier, J. and Blanco-Labra, A. 2000. Digestive amylase from the larger grain borer, Prostephanus truncates Horn. Comparative Biochemistry and Physiology. 126: 425-433.

Morton, R. L., Schroeder, H. E., Bateman, K. S., Chrispeels, M. J., Armstrong, E. and Higgins, T. J. V. 2000. Bean alpha-amylase inhibitor 1 in transgenic peas (Pisum sativum) provides complete protection from pea weevil (Bruchus pisorun) under field conditions. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 97: 3820-3825.

Parker, B. L., Costa, S. D., Skinner, M. and Bouhssini, ME. 2002. Sampling Sunn pest (Eurygaster integriceps Puton) in overwintering sites in Northern Syria. Turkish Journal of Agriculture and Forestry. 26: 109-117.

Silva, CP., Terra, WR., Xavier-Filho, J., Grosside-Sa, MF., Lopes, AR. and Pontes, EG. 1999. Digestion in larvae of Callosobruchus maculatus and Zabrotes subfasciatus (Coleoptera: Bruchidae) with emphasis on α-amylases and oligosaccharidases. Insect Biochemistry and Molecular Biology, 29: 355-366.

Sanaey, N. and Mirak, T. N. 2012. Wheat Resistance to the Adult Insect of Sunn pest, Integriceps Put. Agricultural and Biological Sciences, 7 (1): 56-60.

Sivakumar, S., Mohan, M., Franco, O. L. and Thayumanavan, B. 2006. Inhibition of insect pest α-amylases by little and finger millet inhibitors. Pesticide Biochemistry and Physiology, 85: 155-160.

Terra, W. R., Xavier-Filho, J., Grossi-de-Sa, M. F., Lopes, A. R. and Pontes, E. G. 1999. Digestion in larvae of Callosobruchus maculates and Zabrotes subfasciatus (Coleoptera: Bruchidae) with emphasis on α-amylases and oligosaccharidases. Insect Biochemistry and Molecular Biolology, 29: 355-366.

Valencia, J. A., Bustillo, A. E., Ossa, G. E. and Chrispeels, M. J. 2000. α-amylases of the coffee berry borer (Hypothenemus hampei) and their inhibition by two amylase inhibitors. Insect Biochemistry and Molecular Biology, 30: 207-213.

Veronique, L. B-A., Coralie, B. G., Francoise, P. and Pierre, R. 1997. Characterization and functional properties of the α-amylase inhibitor (α-AI) from kidney bean (Phaseolus vulgaris)seeds .Biochimica et Biophysica Acta, 1343: 31–40.