Effect of Zinc Oxide nanoparticle on physiological characteristics, rosmarinic acid production and expression of TAT and 4-Cl genes in Lemongrass (Melissa officinalis L.)

Document Type : Research - Scientific

Authors

1 Department of Biology, Faculty of Basic Science, Islamic Azad University Damghan Branch, Damghan, Iran

2 Department of Biology, Faculty of Basic Science, Islamic Azad University Neyshabur Branch, Neyshabur, Iran

Abstract
Aim: The aim of this study was to investigate the effect of Zinc oxide nanoparticles on growth and physiological characteristics, rosmarinic acid production and the expression of key genes in the biosynthetic pathway of this compound in lemongrass.
Material and Methods: In this study, 30-day-old seedlings of lemongrass were treated with concentrations of 0, 0.06 and 0.12 mg/l Zinc oxide nanoparticles, and then growth parameters, photosynthetic pigments, proline, Glycine betaine, protein, activity of antioxidant enzymes and production of rosmarinic acid were examined. Also, the expression of key genes in the rosmarinic acid biosynthetic pathway was examined by real-time PCR.
Results: The results indicate that Zinc oxide nanoparticles treatment increased chlorophyll photosynthetic pigments, carotenoids and antioxidant activity of this plant. Also, the highest amount of proline and glycine betaine was obtained at a concentration of 12 mg/L of this treatment. Zinc oxide nanoparticles also increased the expression of rosmarinic acid biosynthetic pathway genes (TAT and 4-Cl) and thus increased this compound.
Conclusion: Based on the results of this study, Zinc oxide nanoparticles can affect the growth and physiological stages of lemongrass and therefore it can be used to increase the production of rosmarinic acid.

Keywords

dor -

  • مقدمه

بادرنجبویه یکی از جنس‌های خانواده نعنا (Lamiaceae) و از رده دو لپه‌ای‌ها است. بیش‌ترین پراکنش این گیاه علفی و پایا در مناطق مدیترانه و نواحی شمال ایران است. عمده‌ترین ترکیب تشکیل دهنده اسانس بادرنجبویه سیترونلال (10 تا 50 درصد) است. از ترکیبات دیگر این گیاه می‌توان به اسانس (میانگین 1/0 درصد با سیترال-ژرانیل و نرال، لینالول، اوژنول، سیترونلال، ژرانیول)، تانن، رزین، پلی‌فنول، فلاونوئید، سوکسینیک‎اسید و رزمارینیک‌اسید اشاره کرد (1). اسانس آن دارای خواص ضدمیکروبی، ضدباکتری و ضدویروسی است. این گیاه به‌دلیل تولید متابولیت‌های ثانویه و اهمیت بسیاری که در مصارف پزشکی، صنایع آرایشی و بهداشتی و نیز صنایع غذایی دارد بسیار مورد توجه است. بیش‌تر خواص درمانی این گیاه را به‌ماده موثره آن یعنی رزمارینیک‌اسید نسبت می‌دهند. رزمارینیک‌اسید یک استر از کافئیک‌اسید و 3، 4-دی‌هیدروفنیل‌لاکتیک‌اسید است که در گیاهان از طریق مسیر بیوسنتزی فنیل‌پروپانوئیدی تولید می‌شود. اسیدآمینه‌های تیروزین و فنیل‌آلانین، سوبستراهای این مسیر بیوسنتزی بوده و آنزیم‌های مختلفی ازجمله تیروزین‌آمینوترانسفراز (TAT) و 4-کومارات‌کوآ‌لیگاز (4-Cl)  در این مسیر فعالیت دارند (2).

امروزه از نانوذرات به‌‌عنوان محرک‌های غیرزیستی بسیار استفاده می‌شود. این ترکیبات معمولا اندازه‌ای حدود 1 تا 100 نانومتر دارند و به‌علت همین اندازه کوچک، سطح تماس بیش‌تری دارند و در نتیجه میزان چسبندگی آن‌ها به‌سلول بیش‌تر است و همین امر باعث افزایش کارایی آن‌ها می‌شود (3). کاهش اندازه مواد در حد نانومتر به‌دلیل افزایش نسبت سطح به حجم باعث تغییر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آن‌ها شده به‌گونه‌ای که ویژگی‌هایی متفاوت از ترکیبات با ابعاد بزرگ‌تر از نانو ایجاد می‌کنند. نانوذرات کاربردهای بسیار متنوعی در صنایع مختلف ازقبیل صنایع‌غذایی، میکروالکترونیک، نساجی، ساختمان‌سازی، پزشکی و کشاورزی دارند و مطالعات مختلفی برروی اثر این نانوذرات بر سنتز و میزان متابولیت‌های ثانویه صورت گرفته است. تحقیقات مختلفی در گذشته صورت گرفته و ثابت شده است که محرک‌ها (عوامل مختلف فیزیکی و شیمیایی) در گیاهان منجر به‌بروز پاسخ‌های مورفولوژیک و فیزیولوژیک و به‌طورکلی پاسخ‌های دفاعی مانند تجمع متابولیت‌های ثانویه می‌شوند.

مطالعات انجام شده توسط Aminzadeh و همکاران (2016) نشان داد که محتوای سولفارافان در گیاهچه‌های Lepidum draba  تحت تیمار با نانوذرات اکسیدمس و آهن تحت تاثیر قرار گرفته است (4). علاوه‌برآن تاثیر مثبت نانوذرات نقره بر تولید مواد موثره در گیاه Artemisia annua و Calendula officinalis ثابت شده است (5، 6). افزایش محتوای ترکیبات فنلی و رزمارینیک‌اسید در گیاه اسطوخودوس (Lavandula angustiflora) تحت تیمار با نانوذرات نقره گزارش شده است (7). در بررسی اثر کود آهن و نانوکود آهن در گیاه ریحان، تفاوت معنی‌داری در میزان پروتئین مشاهده شد (8). هم‌چنین در مطالعه دیگری گزارش شده است که در گیاه نخود میزان متابولیت‌های ثانویه تحت تاثیر نانوذرات اکسیدتیتانیوم در شرایط کشت درون-شیشه افزایش پیدا کرده است (9). در تحقیقی دیگر که توسط Homaee و Ehsanpor در گیاه سیب‌زمینی انجام شد مشخص شد که تح

-

-
Volume 13, Issue 1
Winter 2022
Pages 56-70

  • Receive Date 30 January 2023