زیست فناوری گیاهان دارویی

چکیده گیاهان دارویی ‌در صنایع مختلف آرایشی، غذایی، داروسازی و پزشکی کاربرد دارند. کنگر فرنگی (Cynara scolymus L.) گیاه چند ساله دارویی است که به دلیل داشتن ترکیبات فنلی (مانند سینارین و کافئویل‌کوینیک)، فلاونوئیدها، اینولین و مواد آلی فرار (مثل متیل سالیسیلات، کامفن و آلفا-ترپینن) دارای خواص آنتی‌اکسیدانی، ضد سرطانی، ضد التهابی، ضد میکروبی، کاهنده چربی و محافظت از قلب و کبد است. کشت بافت گیاهان دارویی جهت تولید متابولیت‌های ثانویه به‌طور گسترده‌ای به‌کار برده می‌شود. این تحقیق کالوس‌زایی کنگر فرنگی از ریزنمونه‌ها (برگچه، طوقه‌چه و ریشه‌چه) را در محیط کشت حاوی هورمون‌های NAA (صفر، 3 و 6 میلی‌گرم در لیتر) و 2,4-D (صفر، 5/0 و 1 میلی‌گرم در لیتر) بررسی کرد. نتایج نشان داد که در همه ریزنمونه‌های کشت شده کالوس‌زایی انجام شد. طبق نتایج وزن و ابعاد کالوس، بهترین ریزنمونه جهت تولید کالوس ریشه‌چه بود و برگچه ضعیف‌ترین کالوس‌زایی را داشت. با توجه به بیشترین ابعاد کالوس (میانگین 14/3 سانتی‌متر) در ریزنمونه ریشه‌چه کشت شده در محیط حاوی 6 میلی‌گرم در لیتر NAA، می‌توان ریزنمونه ریشه‌چه و هورمون NAA را جهت بهینه‌سازی کشت بافت کنگرفرنگی و کالوس‌زایی پیشنهاد کرد.

چکیده مقدمه و هدف: گیاهان دارویی به‌عنوان منابع ارزشمند متابولیت‌های ثانویه، نقش حیاتی در صنایع مختلف دارند. با این حال، تولید طبیعی این ترکیبات اغلب محدود است. این مقاله مروری با هدف بررسی سیستماتیک نقش و مکانیسم‌های عمل نانوذرات (شامل انواع فلزی، غیرفلزی و کربنی) به عنوان محرک‌های نوین برای افزایش تولید متابولیت‌های ثانویه در گیاهان دارویی تدوین شده است.
روش و مبانی نظری: مبانی این مرور بر اساس تحلیل شواهد علمی موجود می‌باشد که نشان می‌دهد نانوذرات با القای یک تنش اکسیداتیو خفیف و تولید گونه‌های فعال اکسیژن، مسیرهای سیگنالینگ دفاعی گیاه را فعال می‌کنند. این فرآیند به نوبه خود منجر به تعدیل بیان ژن‌های کلیدی و تنظیم فعالیت آنزیم‌های دخیل در بیوسنتز متابولیت‌های ثانویه می‌شود.
نتایج: ارزیابی مطالعات نشان می‌دهد که کاربرد نانوذرات می‌تواند بیوسنتز طیف وسیعی از ترکیبات ارزشمند از جمله فنل‌ها (افزایش تا 3/2 برابر)، فلاونوئیدها (افزایش تا ۸۰ %)، آلکالوئیدها و اسانس‌ها (افزایش تا ۲۳۰ %) را به‌صورت کمّی و کیفی افزایش دهد. به‌عنوان نمونه، در بومادران اسانس کل ۲۳۰ % و در خارمریم سیلیمارین ۷۵ % افزایش یافت. این مرور، سازوکارهای مشترک و خاص این نانومحرک‌ها را در گونه‌های گیاهی مختلف تبیین می‌کند.
نتیجه‌گیری: به طور خلاصه، نانوذرات یک راهبرد امیدبخش و قدرتمند برای افزایش پایدار تولید متابولیت‌های گیاهی با ارزش تجاری بالا هستند. چشم‌انداز این حوزه، شامل بهینه‌سازی نوع، اندازه و غلظت نانوذرات برای گونه‌های خاص، بررسی دقیق‌تر مسیرهای سیگنالینگ در سطح مولکولی، و ارزیابی جامع ایمنی و مقررات مرتبط با استفاده از این فناوری در کشاورزی و صنعت است.

چکیده miRNAها، نوعی از RNAهای تک‌رشته‌ای غیررمزگذار با طول تقریبی 19 الی 24 نوکلئوتید هستند که به‌عنوان تنظیم‌کننده‌های قوی بیان ژن شناخته می‌شوند. این مولکول‌های کوچک می‌توانند mRNAها را از طریق برش یا مهار ترجمه تنظیم کنند. بنابراین، کشف اهداف miRNAها در تحقیقات زیستی اهمیت زیادی دارد. تنظیم ژن‌های انسانی به صورت Cross Kingdom توسط miRNAهای گیاهی در مطالعات مختلف همواره مورد بحث و توجه بوده است مطالعات اخیر نشان داده‌اند که miRNAهای گیاهی می‌توانند از طریق دستگاه گوارش وارد جریان خون و پلاسمای پستانداران و سپس بافت‌ها و سلول‌های گیرنده شوند و mRNAهای انسانی را مورد هدف قرار دهند. اما به دلیل کوتاهی طول آنها و مکمل بودن محدود توالی‌شان با ژن‌های هدف پیش‌بینی دقیق اهداف miRNAها همواره چالش‌برانگیز بوده است. در این مطالعه، از روش Kronecker و الگوریتم mintRULS که از تابع هدف حداقل مربعات منظم بهره می‌برد، برای پیش‌بینی اهداف miRNAهای گیاهی در بدن انسان استفاده شده است. به گونه‌ای که، با اعمال وزن به ویژگی‌های موثر در مجموعه داده‌های توالی miRNAهای گیاهی و mRNAهای انسانی به صورت شباهت محور و همچنین تولید مجموعه داده انسان گیاه، توانستیم به سطح امیدوارکننده‌ای از عملکرد مدل در مجموعه داده‌های آزمایشی در شناسایی جایگاه‌های هدف انسانی و طبقه‌بندی آنها در سه کلاس قوی، متوسط و ضعیف برسیم به طوریکه نام مدل پیشنهادی که با اعمال وزن به ویژگی‌ها و داده‌های جدید ایجاد شد با عنوان PmintRULS معرفی گردید. این مدل در شناسایی miRNAهای گیاهی در این مجموعه داده‌ای که شامل برنج، دانه سویا، ذرت و گیاهان برگ سبز مانند کلم بروکلی می‌باشند از 0.839 به 0.842 بهبود یافت. این نتیجه می‌تواند نشان‌دهنده قابلیت تعمیم‌پذیری آن در پیش‌آگهی مجموعه‌ای از بیماری‌ها باشد.

چکیده کمبود آب از مهم‌ترین تنش‌های محیطی مؤثر بر استقرار و رشد اولیه گیاهان دارویی به شمار می‌رود و شناسایی ژنوتیپ‌های سازگار با این شرایط، گامی اساسی در توسعه کشت پایدار آن‌هاست. در این پژوهش، پاسخ چهار ژنوتیپ شیرین‌بیان (Glycyrrhiza glabra) به تنش خشکی در دو محیط کنترل‌شده شامل آزمایشگاه و گلخانه ارزیابی شد. در بخش آزمایشگاهی، تنش با استفاده از پلی‌اتیلن‌گلایکول 3000 در سطوح مختلف پتانسیل اسمزی اعمال گردید و در گلخانه، رژیم‌های متفاوت رطوبتی خاک بر مبنای درصد ظرفیت زراعی در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با چهار تکرار به کار گرفته شد. به‌منظور تبیین الگوی پاسخ ژنوتیپ‌ها، صفاتی نظیر درصد جوانه‌زنی، طول ریشه‌چه، طول ساقه‌چه، شاخص بنیه بذر، میزان کلروفیل، پرولین و قندهای محلول اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که تشدید تنش خشکی با افت معنی‌دار در مؤلفه‌های جوانه‌زنی و رشد گیاهچه همراه بود و محتوای کلروفیل نیز روند کاهشی نشان داد. در مقابل، تجمع پرولین و قندهای محلول در شرایط تنش افزایش یافت که بیانگر فعال‌شدن سازوکارهای تنظیم اسمزی و پاسخ‌های حفاظتی گیاه است. همچنین اختلاف معنی‌داری میان ژنوتیپ‌ها از نظر شدت پاسخ به خشکی مشاهده شد که حاکی از وجود تنوع در ظرفیت سازگاری آن‌هاست. در مجموع، بهره‌گیری همزمان از شاخص‌های رشدی و بیوشیمیایی در مرحله گیاهچه می‌تواند رویکردی کارآمد برای شناسایی ژنوتیپ‌های متحمل به خشکی در شیرین‌بیان باشد.

چکیده بخش عظیمی از داروهای مورد استفاده بشر، مستقیماً یا به طور غیرمستقیم از متابولیت‌های ثانویه گیاهی استخراج می‌شوند. این ترکیبات پیچیده، که شامل دسته‌هایی چون آلکالوئیدها، فلاونوئیدها، ترپن‌ها و ترکیبات فنولی هستند، خواص درمانی قابل توجهی از خود نشان داده‌اند؛ از جمله اثرات ضدسرطانی، ضدباکتریایی، ضدالتهابی و آنتی‌اکسیدانی قدرتمند. با این حال، روند افزایشی فشارهای محیطی، تغییرات اقلیمی و بهره‌برداری بی‌رویه از منابع طبیعی، بسیاری از گونه‌های گیاهی، به‌ویژه گیاهان دارویی ارزشمند، را در معرض خطر انقراض قرار داده است. این وضعیت، استخراج سنتی و مستقیم این ترکیبات از طبیعت را به یک رویکرد ناپایدار و غیرقابل اتکا تبدیل کرده است. در چنین شرایط بحرانی، دانش زیست‌فناوری گیاهی، به ویژه تکنیک‌های کشت بافت، به عنوان راهکاری نویدبخش ظهور کرده است. روش‌هایی مانند کشت تعلیقی سلول‌های گیاهی، کشت کالوس، تولید ریشه‌های مویین توسط باکتری Agrobacterium rhizogenes، مهندسی متابولیک ژنتیکی گیاهان و استفاده از سیستم‌های بیوراکتور پیشرفته، امکان تولید انبوه، کنترل‌شده و پایدار این متابولیت‌های ثانویه را در محیط آزمایشگاهی فراهم می‌کنند. علاوه بر این، این روش‌ها کنترل دقیقی بر کیفیت و خلوص محصول نهایی ارائه می‌دهند و از آلودگی‌های احتمالی که در فرآیندهای استخراج سنتی رخ می‌دهد، جلوگیری می‌کنند. در مجموع، توسعه و به‌کارگیری این استراتژی‌های زیست‌فناوری، نه تنها به حفظ تنوع زیستی کمک شایانی می‌کند، بلکه می‌تواند برای تأمین پایدار و اقتصادی نیازهای دارویی و صنعتی جوامع در آینده استفاده شود.

چکیده الیسیتاسیون نوری یکی از رویکردهای نوین و قابل‌کنترل برای تحریک تولید متابولیت‌های ثانویه در کشت‌های درون‌شیشه‌ای گیاهی است. با وجود اهمیت گسترده ترکیباتی مانند فنولیک‌ها، فلاونوئیدها، ترپنوئیدها و آلکالوئیدها در صنایع دارویی، غذایی، آرایشی و کشاورزی، تولید این ترکیبات در کشت‌های سلولی، کالوسی و اندامی، اغلب به دلیل فقدان تنش‌های طبیعی در سطح پایینی قرار دارد. نور، افزون بر نقش خود به‌عنوان منبع انرژی فتوسنتزی، یک پیام محیطی مهم است که از طریق گیرنده‌هایی مانند فیتوکروم‌ها، کریپتوکروم‌ها، فوتوتروپین‌ها و UVR8، رشد، مورفوژنز، بیان ژن و مسیرهای متابولیکی را تنظیم می‌کند. در این مقاله مروری، اثر کیفیت طیفی، شدت تابش، فتوپریود و پرتوهای فرابنفش بر تولید متابولیت‌های ثانویه در سیستم‌های کشت بافت بررسی شده است. گذار از لامپ‌های فلورسنت به سامانه‌های LED امکان کنترل دقیق طول موج، شدت و نسبت طیفی نور را فراهم کرده و زمینه طراحی نسخه‌های نوری اختصاصی برای هر گونه و متابولیت هدف را ایجاد کرده است. نور آبی، عمدتا از طریق فعال‌سازی شبکه‌های وابسته به کریپتوکروم، HY5 و عوامل رونویسی خانواده MYB، با تحریک مسیر فنیل‌پروپانوئیدی و تجمع ترکیبات فنولی و فلاونوئیدی ارتباط دارد. نور قرمز نیز با واسطه فیتوکروم‌ها، وضعیت فتوسنتزی، مورفوژنز و در برخی گونه‌ها مسیرهای ترپنوئیدی و آلکالوئیدی را تعدیل می‌کند. نور سبز و ترکیب‌های قرمز و آبی نیز می‌توانند پاسخ‌های اختصاصی و گاه هم‌افزا ایجاد کنند.