تقييم نشاط تقنية البلازما الباردة في الغلاف الجوي على التعبير الجيني للفينيل بروبانويد ومحتويات الزيت العطري والسمات المختلفة لنبات الريحان Ocimum basilicum L.
محتوى المقالة الرئيسي
الملخص
اجريت الدراسة الحالية لدراسة تأثير بلازما الباردة على مستوى التعبير لثلاثة جينات تشارك في التخليق الحيوي لمسار فينيل بروبانويد في نبات الريحان. كانت هذه الجينات المدروسة cinnamate 4-hydroxylase (c4h)، 4-coumarate CoA ligase (4cl) ، و eugenol O-methyl transferase (eomt). كما تم دراسة تأثير البلازما الباردة على مكونات الزيت العطري وعلاقتها بمستوى التعبير الجيني. أظهرت النتائج أن البلازما الباردة زادت من انبات البذور للمجموعة الثانية (تمت معاملتها بالبلازما لمدة 3دقائق و 3 دقائق بعد 7 أيام) ، والمجموعة الثالثة (تمت معاملتها بالبلازما لمدة 5 دقائق و 3 دقائق بعد 7 أيام) كانت أسرع من مجموعة السيطرة الغيرمعاملة. كما تراوح متوسط ارتفاع النباتات الناضجة للمجموعتين الثانية والثالثة بين (73-50) و (50-100) سم على التوالي مقارنة بمجموعة السيطرة (70-40). سم.. كما أشارت النتائج إلى وجود فروق ذات دلالة إحصائية في مستوى التعبير الجيني عند مستوى احتمالية ≤0.01 التي زادت بالنسبة لجينات c4h و 4cl و eomt في المجموعة الثانية حوالي (5.63 ± 0.39) و (3.43 ± 0.40) و (5.41 ± 0.23) على التوالي مقارنةً بمجموعة السيطرة . بالإضافة إلى ذلك ، ارتفع مستوى التعبير الجيني لجينات c4h و 4cl و eomt في المجموعة الثالثة حوالي (42.34± 0.49) و (4.13 ± 0.38) و (6.29± 0.71) مقارنةً بالسيطرة (0.00 ±1.00). فيما يتعلق بمحتويات الزيت العطري لمجموعة السيطرة والمجموعة الثانية والمجموعة الثالثة كانت 0.434٪ و 0.713 و 0.792٪ (حجم / وزن) على التوالي. علاوة على ذلك ، كان المكون العام للزيت العطري في نبات الريحان الحلو هو مركب يوجينول ومشتقاته لمجموعة االسيطرة والمجموعة الثانية والمجموعة الثالة والتي كانت 2.76٪ و 8٪ و 11٪ (حجم / وزن) على التوالي. تم الاستنتاج إلى أن البلازما الباردة في الغلاف الجوي قد أظهرت تأثيرًا على التعبير الجيني ومحتوى الزيت الأساسي لمركبات فينيل بروبانويد في نبات الريحان Ocimum basilicum . المزروع في العراق ، اذ أن محتويات الزيت العطري لها خصائص علاجية مهمة.
Received 26/3/2021
Accepted 1/9/2021
Published Online First 20/3/2022
تفاصيل المقالة
هذا العمل مرخص بموجب Creative Commons Attribution 4.0 International License.
كيفية الاقتباس
المراجع
Rastogi S, Meena S, Bhattacharya A, Ghosh S, Shukla RK, Sangwan NS, et al. De novo sequencing and comparative analysis of holy and sweet basil transcriptomes. BMC genomics. 2014;15(1):1-18.
Tahsili J, Sharifi M, Behmanesh M, Pourbozorgi-Rudsari N, Ziaei M. Expression of 4 Genes in Ocimum basilicum and their Relationship with Phenylpropanoids Content. JMPB. 2012;1:23-34.
Maurya S, Chandra M, Yadav RK, Narnoliya LK, Sangwan RS, Bansal S, et al. Interspecies comparative features of trichomes in Ocimum reveal insights for biosynthesis of specialized essential oil metabolites. Protoplasma. 2019;256(4):893-907.
Ramesh B, Satakopan V. In vitro Antioxidant Activities of Ocimum Species: Ocimum basilicum and Ocimum sanctum. JCelTissRes. 2010;10(1).
Bilal A, Jahan N, Ahmed A, Bilal SN, Habib S, Hajra S. Phytochemical and pharmacological studies on Ocimum basilicum Linn-A review. Int J Curr Res Acad Rev. 2012;4(23).
Lee S-J, Umano K, Shibamoto T, Lee K-G. Identification of volatile components in basil (Ocimum basilicum L.) and thyme leaves (Thymus vulgaris L.) and their antioxidant properties. Food Chem. 2005;91(1):131-7.
Charles DJ, Simon JE. Comparison of extraction methods for the rapid determination of essential oil content and composition of basil. J Am Soc Hortic Sci. 1990;115(3):458-62.
Wang J, Pichersky E. Identification of specific residues involved in substrate discrimination in two plant O-methyltransferases. Arch Biochem Biophys. 1999;368(1):172-80.
Dixon RA, Choudhary AD, Dalkin K, Edwards R, Fahrendorf T, Gowri G, et al. Molecular biology of stress-induced phenylpropanoid and isoflavonoid biosynthesis in alfalfa. Phenolic metabolism in plants: Springer; 1992. p. 91-138.
Achnine L, Blancaflor EB, Rasmussen S, Dixon RA. Colocalization of L-phenylalanine ammonia-lyase and cinnamate 4-hydroxylase for metabolic channeling in phenylpropanoid biosynthesis. The Plant cell. 2004;16(11):3098-109.
Dong N-Q, Lin H-X. Contribution of phenylpropanoid metabolism to plant development and plant-environment interactions. JIntegrPlant Biol. 2021;63(1):180-209.
Kumar R, Vashisth D, Misra A, Akhtar MQ, Jalil SU, Shanker K, et al. RNAi down-regulation of cinnamate-4-hydroxylase increases artemisinin biosynthesis in Artemisia annua. SciRep. 2016;6(1):26458.
Chen AH, Chai YR, Li JN, Chen L. Molecular cloning of two genes encoding cinnamate 4-hydroxylase (C4H) from oilseed rape (Brassica napus). J Biochem Mol Biol. 2007;40(2):247-60.
Rastogi S, Kumar R, Chanotiya CS, Shanker K, Gupta MM, Nagegowda DA, et al. 4-coumarate: CoA ligase partitions metabolites for eugenol biosynthesis. Plant Cell Physiol. 2013;54(8):1238-52.
Antunes JC, Tavares TD, Teixeira MA, Teixeira MO, Homem NC, Amorim MTP, et al. Eugenol-containing essential oils loaded onto Chitosan/Polyvinyl alcohol blended films and their ability to eradicate Staphylococcus aureus or Pseudomonas aeruginosa from infected microenvironments. Pharmaceutics. 2021;13(2):195.
Bendre RS, Rajput JD, Bagul SD, Karandikar P. Outlooks on medicinal properties of eugenol and its synthetic derivatives. Nat Prod Chem Res. 2016;4(3):1-6.
Da Silva FFM, Monte FJQ, de Lemos TLG, Do Nascimento PGG, de Medeiros Costa AK, De Paiva LMM. Eugenol derivatives: synthesis, characterization, and evaluation of antibacterial and antioxidant activities. Chem Cent J. 2018;12(1):1-9.
Nasrollahi V, Mirzaie-Asl A, Piri K, Nazeri S, Mehrabi R. The effect of drought stress on the expression of key genes involved in the biosynthesis of triterpenoid saponins in liquorice (Glycyrrhiza glabra). Phytochemistry. 2014;103:32-7.
Song J-S, Kim SB, Ryu S, Oh J, Kim D-S. Emerging Plasma Technology That Alleviates Crop Stress During the Early Growth Stages of Plants: A Review. Front Plant Sci. 2020;11:988.
Zainal MNF, Redzuan N, Misnal MFI. Brief review: Cold plasma. JTeknol. 2015;74(10).
Niemira BA. Cold plasma decontamination of foods. Annu Rev Food Sci Technol. 2012;3:125-42.
Thirumdas R, Kothakota A, Kiran KCSS, Pandiselvam R, Prakash VUB. Exploitation of cold plasma technology in agriculture. AdvRes. 2017:1-7.
Brust H, Nishime T, Wannicke N, Mui T, Horn S, Quade A, et al. A medium-scale volume dielectric barrier discharge system for short-term treatment of cereal seeds indicates improved germination performance with long-term effects. J Appl Phys. 2021;129(4):044904.
Brandenburg R, Bogaerts A, Bongers W, Fridman A, Fridman G, Locke BR, et al. White paper on the future of plasma science in environment, for gas conversion and agriculture. Plasma Process Polym. 2019;16(1):1700238.
Bączek K, Kosakowska O, Gniewosz M, Gientka I, Węglarz Z. Sweet Basil (Ocimum basilicum L.) Productivity and Raw Material Quality from Organic Cultivation. Agronomy. 2019;9(6):279.
Liu B, Honnorat B, Yang H, Arancibia Monreal J, Rajjou L, Rousseau A. Non-thermal DBD plasma array on seed germination of different plant species. J Phys D Appl Phys. 2019;52(2):025401.
Aldarkazali M, Rihan HZ, Carne D, Fuller MP. The Growth and Development of Sweet Basil (Ocimum basilicum) and Bush Basil (Ocimum minimum) Grown under Three Light Regimes in a Controlled Environment. Agronomy. 2019;9(11):743.
Heidary MPK, M. TRIzol-based RNA Extraction: A Reliable Method for Gene Expression Studies. J Sci I R Iran. 2014;25(1):13-7.
Kim YB, Shin Y, Tuan PA, Li X, Park Y, Park NI, et al. Molecular cloning and characterization of genes involved in rosmarinic acid biosynthesis from Prunella vulgaris. Biol Pharm Bull. 2014;37(7):1221-7.
Zarei H, Fakheri BA, Bahabadi SE, Solouki M, editors. Increasing of Chavicol o-methyl transferase gene expression (CVOMT) and methyl Chavicol value of basil (Ocimum basilicum) by salicylic acid2015.
SAS J. Statistical Analysis System, v. 10.0. 2. Cary, North Carolina USA. 2012.
Lee J-C, Park R, Yoo KS, Kim H-W. Coupling cold plasma and membrane photobioreactor for enhanced fouling control during livestock excreta treatment. Chemosphere. 2021;265:129031.
Dawood N. Effect of RF plasma on Moringa seeds germination and growth. J Taibah Univ Sci. 2020;14(1):279-84.
Buonopane GJ, Antonacci C, Lopez JL, editors. Effect Of Cold Plasma Processing On Sweet Basil And The Biochemistry Of Its Essential Oils. 2017 IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS); 2017 21-25 May 2017.
Li M, Li X, Han C, Ji N, Jin P, Zheng, Y. Physiological and metabolomic analysis of cold plasma treated fresh-cut strawberries. J. Agric. Food Chem 2019; 67(14), 4043-4053.(1)
Iranbakhsh A, Ardebili NO, Ardebili ZO, Shafaati M, Ghoranneviss M. Non-thermal Plasma Induced Expression of Heat Shock Factor A4A and Improved Wheat (Triticum aestivum L.) Growth and Resistance Against Salt Stress. Plasma Chem Plasma Process. 2018;38(1):29-44.
Holubová Ľ, Kyzek S, Ďurovcová I, Fabová J, Horváthová E, Ševčovičová A, et al. Non-Thermal Plasma—A New Green Priming Agent for Plants? Int J Mol Sci. 2020;21(24):9466.
Suriyasak C, Hatanaka K, Tanaka H, Okumura T, Yamashita D, Attri P, et al. Alterations of DNA Methylation Caused by Cold Plasma Treatment Restore Delayed Germination of Heat-Stressed Rice (Oryza sativa L.) Seeds. ACS Agric Sci Technol. 2021;1(1):5-10.
Pankaj SK, Thomas S. Cold Plasma Applications in Food Packaging. In: Misra NN, Schlüter O, Cullen PJ, editors. Cold Plasma in Food and Agriculture. San Diego: Academic Press; 2016. p. 293-307.
Pankaj S K , Wan Z, Keener K M. Effects of Cold Plasma on Food Quality: A Review. Foods 2018; 7 (4): 1-21.
Capuzzo A, Maffei ME, Occhipinti A. Supercritical fluid extraction of plant flavors and fragrances. Molecules (Basel, Switzerland). 2013;18(6):7194-238.
Mildažienė V, Aleknavičiūtė V, Žūkienė R, Paužaitė G, Naučienė Z, Filatova I, et al. Treatment of Common Sunflower (Helianthus annus L.) Seeds with Radio-frequency Electromagnetic Field and Cold Plasma Induces Changes in Seed Phytohormone Balance, Seedling Development and Leaf Protein Expression. SciRep. 2019;9(1):6437.
Hu J, Manduzio S, Kang H. Epitranscriptomic RNA methylation in plant development and abiotic stress responses. Front. Plant Sci.2019; (10);500.
Moghanloo M, Iranbakhsh A, Ebadi M, Oraghi Ardebili Z. Differential physiology and expression of phenylalanine ammonia lyase (PAL) and universal stress protein (USP) in the endangered species Astragalus fridae following seed priming with cold plasma and manipulation of culture medium with silica nanoparticles. 3 Biotech. 2019;9(7):288.