فهرست مطالب

بیوتکنولوژی کشاورزی - سال شانزدهم شماره 1 (پیاپی 54، بهار 1403)

مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
سال شانزدهم شماره 1 (پیاپی 54، بهار 1403)

  • تاریخ انتشار: 1403/01/01
  • تعداد عناوین: 17
|
  • امین ارجمند، محسن ابراهیمی* صفحات 1-18
    هدف

    هدف از انجام این تحقیق بررسی کارایی نشانگر مولکولی‎ ISSR ‎در تمایز جمعیت های هندوانه مورد مطالعه ، تعیین میزان تشابه و ‏فاصله ژنتیکی جمعیت ها به منظور استفاده از پدیده هتروزیس و انتخاب والدین مناسب در برنامه های تولید بذر هیبرید هندوانه می باشد‎.‎

    مواد و روش ها

    در این تحقیق تنوع ژنتیکی 24 جمعیت مختلف هندوانه از سراسر ایران با استفاده از 10 پرایمر‎ ISSR ‎مورد بررسی قرار ‏گرفت‎.‎‏ استخراج ‏DNA‏ با استفاده از روش ‏CTAB‏ انجام گرفت. پس از انجام ‏PCR‏ امتیاز دهی داده های مولکولی به صورت صفر و یک ‏داده شد. شاخص های مرتبط با نشانگر شامل تعدادکل باندها، تعدادباندهای چندشکل، درصدچندشکلی، شاخص نشانگری‎ (MI) ‎، شاخص ‏قدرت تفکیک‎ ‎‏(‏RP‏)‏‎ ‎و محتوای اطلاعات چندشکلی (‏PIC‏)‏‎ ‎اندازه گیری شد. به منظور انجام تجزیه خوشه ای، از نرم افزار‎ NTSYS ‎و‎ Excel ‎و ‏به منظور تجزیه واریانس مولکولی و تجزیه به مختصات اصلی نیز از نرم افزار‎ GenALEx ‎استفاده شد‎.‎

    نتایج

    در این تحقیق در مجموع 202 باند تولید شد که از این تعداد 184 باند چندشکل بود. میانگین تعداد کل باند و باندهای چندشکل در ‏این مطالعه به ترتیب 2/20 و 4/18 به دست آمد. بیشترین درصد چندشکلی مربوط به آغازگر‎ ISSR6 ‎با 100 درصد و کمترین میزان ‏چندشکلی مربوط به آغازگر‎ ISSR5 ‎با 80 درصد بود. میانگین درصد چندشکلی در این مطالعه نیز 90/0 به دست آمد. مقدار شاخص‎ PIC ‎در ‏این تحقیق بین 26/0 تا 44/0 متغییر و میانگین‎ PIC ‎نیز 35/0 بود. پس از انجام تجزیه خوشه ای جمعیت های مورد مطالعه در سطح تشابه ‏‏55 درصد در پنج گروه قرار گرفتند. نتایج حاصل از تجزیه واریانس مولکولی و تجزیه به مختصات اصلی در جمعیت های مورد مطالعه نتایج ‏نشان داد 14 درصد از تنوع مربوط به بین جمعیت های مورد مطالعه و 86 درصد از تنوع مربوط به درون جمعیت های مورد مطالعه می باشد. ‏نتایج تجزیه به مختصات اصلی نیز نتایج حاصل از تجزیه خوشه ای را تایید کرد‎ .‎

    نتیجه گیری

    با توجه به نتایج به دست آمده نشانگر مولکولی‎ ISSR ‎کارایی لازم جهت تمایز جمعیت های مورد مطالعه را دارد و از طرفی با ‏توجه به تنوع ژنتیکی قابل ملاحظه بین و درون جمعیت های مورد مطالعه از ژنوتیپ‏های استفاده از شده در این تحقیق می توان به عنوان ‏جمعیت اولیه در برنامه های تولید بذر هیبرید هندوانه استفاده کرد و همچنین از جمعیت های فاریاب و میناب با توجه به اینکه بیشترین ‏فاصله ژنتیکی را داشتند به منظور استفاده از هتروزیس در پروژه های تولید بذر هیبرید هندوانه به عنوان والدین تلاقی می توان استفاده کرد.‏

    کلیدواژگان: تشابه ژنتیکی، فاصله ژنتیکی، هتروزیس، هیبرید
  • شکوفه خاندانی، رضاقلی میرفخرایی*، قاسم محمدی نژاد، سمیه ساردوئی نسب صفحات 19-44
    هدف

    تنش سرمای دیررس بهاره در اوایل رشد زایشی گندم با افت ناگهانی دما در فصل بهار باعث خسارت می شود. تنوع ژنتیکی گیاهان، تعیین کننده پتانسیل آن ها برای افزایش کارایی و در نتیجه استفاده از آن ها در برنامه های اصلاحی است. این مطالعه با هدف ارزیابی ساختار جمعیت، تنوع ژنوتیپ های گندم و انتخاب ژنوتیپ های برتر در شرایط تنش سرما و نرمال انجام شد.

    مواد و روش‏ها: 

    تعداد 67 ژنوتیپ گندم نان به صورت کشت گلدانی در مزرعه در دو شرایط نرمال و تنش سرمای دیررس بهاره در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با دو تکرار مورد ارزیابی قرار گرفتند. اعمال تنش با انتقال گلدان ها در ابتدای مرحله زایشی به اتاق رشد با دمای ºC3- صورت گرفت. صفات فنوتیپی شامل عملکرد و اجزای عملکرد اندازه گیری شدند. ژنوتیپ یابی با استفاده از آرایه چند شکلی تک نوکلئوتیدی (SNP) با تراکم 9K صورت گرفت. تعداد 17093 نشانگر SNP در مطالعه حاضر استفاده شدند.

    یافته‏ ها: 

    محتوای اطلاعات چندشکلی برای نشانگرهای SNP در محدوده 03/0 تا 38/0 با میانگین 26/0 محاسبه محاسبه شد. تجزیه و تحلیل ساختار جمعیت، ژنوتیپ ها را در پنج زیر جمعیت گروه بندی کرد. تجزیه و تحلیل واریانس مولکولی نشان داد که 75 درصد از واریانس مشاهده شده در جمعیت، مربوط به تفاوت های درون جمعیتی بود. ژنوتیپ های مورد مطالعه بر اساس نشانگرSNP به 4 گروه و بر اساس صفات فنوتیپی در شرایط نرمال و تنش به ترتیب به 5 و 6 گروه تقسیم بندی شدند. ژنوتیپ های گروه اول که میانگین صفات بالاتری نسبت به سایر گروه ها در شرایط تنش داشتند، به عنوان ژنوتیپ های متحمل به سرمای دیررس بهاره معرفی گردیدند.

    نتیجه گیری

    نتایج نشان داد که صفات وزن سنبله اصلی، عملکرد دانه در بوته، وزن دانه در سنبله اصلی و وزن 100 دانه در شرایط تنش سرمای دیررس بهاره بیشترین اهمیت در گروه بندی را داشتند. نتایج حاصل از شاخص های مولکولی محاسبه شده شامل شاخص های نشانگری و شاخص های تنوع، نشان داد که نشانگرهایSNP مورد استفاده کارایی نسبتا خوبی برای محاسبه تنوع ژنتیکی در جمعیت مورد مطالعه داشتند. در تجزیه خوشه ای بر مبنای ماتریس ژنوتیپی، ژنوتیپ های متمحل به سرما در گروه های جداگانه گروه بندی شدند که نشان دهنده ی متفاوت بودن سازوکارهای تحمل در این ژنوتیپ ها می باشد. این نتایج اطلاعات مفیدی در خصوص انتخاب منابع ژنتیکی متنوع در جهت بهبود تحمل به سرما در اختیار به نژادگران گندم قرار می دهد.

    کلیدواژگان: آنالیز واریانس مولکولی، تجزیه به مولفه های اصلی، خوشه بندی، شاخص ملکولی تنوع
  • پری انداز، مراد جعفری* صفحات 45-68
    هدف

    بواسیزوماب (با نام تجاری آوستین) یک آنتی بادی مونوکلونال (mAb) انسانی شده است که به طور گسترده ای در درمان سرطان های مختلفی کاربرد دارد. این دارو جزء گرانقیمت ترین و پرفروش ترین داروهای دنیا است. بواسیزوماب از طریق تکنولوژی DNA نوترکیب در سیستم بیان پستانداری، تخمدان همستر چینی تولید می شود. در سال های اخیر، سیستم های بیان گیاهی به دلیل مزایای مختلف برای تولید پروتئین های نوترکیب دارویی، توجه جهانی را به خود جلب کرده اند. تولید موفقیت آمیز mAbها به تاشدگی و گردایش مناسب زنجیره سبک (HC) و زنجیره سنگین (LC) بستگی دارد. بیان همزمان کارآمد و کنترل شده این زنجیره های پپتیدی یک ملاحظه مهم در طراحی وکتورهای بیان آنتی بادی است. هدف این تحقیق ساخت وکتور دو سیسترونی برای بیان همزمان زنجیره های پپتیدی HC و LC آنتی بادی بواسیزوماب با استفاده از دومین فیوژنIntF2A و ارزیابی آن از طریق بیان موقت در گیاه توتون است.

    مواد و روش ها

    به منظور ساخت وکتور نوترکیب، توالی ژن های رمزکننده بواسیزوماب و IntF2A از نظر کدونی بهینه سازی شد و برای بیان در گیاه توتون به طور مصنوعی سنتز شدند. وکتور نوترکیب دوسیسترونی بواسطه IntF2A با روش معمول هضم آنزیمی-اتصال ساخته شد. در نهایت، سازه نوترکیب برای بیان گذرا بواسیزوماب در گیاهان توتون از طریق روش آگروفیلتراسیون استفاده گردید. برای تعیین حضور رونوشت تراژن ها از آنالیز RT-PCR استفاده شد. تولید و میزان تجمع آنتی بادی نوترکیب از طریق آنالیز وسترن بلات مورد ارزیابی قرار گرفت.

    نتایج

    ساختار مولکولی وکتور نوترکیب ساخته شده از طریق آنالیز های PCR، هضم آنزیمی و توالی یابی تایید شد. آنالیز RT-PCR نشان داد تراژن ها به صورت یک رونوشت واحد بیان می شوند. آنالیز وسترن بلات تولید آنتی بادی هتروتترامر کامل در برگ های آگرواینفیلتر شده را تایید نمود. سطح تجمع آنتی بادی به طور متوسط 20/67 میلی گرم بواسیزوماب به ازای هر کیلوگرم وزن تر (معادل 36/3 درصد پروتئین محلول کل) برآورد شد.

    نتیجه گیری

    نتایج نشان داد وکتور دو سیسترونی مبتنی بر IntF2A بیان همزمان کارآمد ژن های رمزکننده زنجیره های پپتیدی آنتی بادی و تجمع بالای mAb با فرم کامل را در سلول های گیاهی فراهم می کند. از وکتور ساخته شده می توان برای امکان توسعه و ساخت آنتی بادی بواسیزوماب در سیستم بیان گیاهی استفاده کرد.

    کلیدواژگان: آگرواینفیلتراسیون، بواسیزوماب، توتون، ساخت وکتور دوسیسترونی، IntF2A
  • سید میلاد حسینی، حسین مرادی شهربابک* صفحات 69-86

    هدف :

    انتخاب طی سالیان متمادی موجب بروز تغییراتی در سطح ژنوم می شود که این ردپا ها با بکارگیری روش‏های مولکولی نسل جدید قابل شناسایی می باشند. این مطالعه با هدف پویش کل ژنوم برای شناسایی مناطقی از ژنوم در اسب های تروبرد و ترکمن که هدف انتخاب های طبیعی یا مصنوعی قرار گرفته اند، انجام شد.

    مواد و روش ها

    استخراج DNA از نمونه های خون با استفاده از روش بهینه نمکی انجام شد. کیفیت و کمیت DNA استخراج شده ی تمام نمونه ها توسط دستگاه نانودراپ با نسبت جذبی روی محلولDNA تعیین شد. تعداد 44 راس اسب نژاد تروبرد و تعداد 67 راس اسب نژاد ترکمن بوسیله آرایه های ژنومی60k SNP Chips تعیین ژنوتایپ و با استفاده از دو روش کلی تمایز جمعیتی و روش های عدم تعادل پیوستگی، نشانه های انتخاب در سطح ژنوم پیگیری شدند. جهت شناسایی ساختار ژنتیکی جمعیتی حیوانات و نژادهای مورد مطالعه و شناسرایی نمونه هایی که خارج از گروه نژادی خود قرار گرفتند، آنالیز مولفه های اصلی در محیط برنامه R صورت گرفت.

    نتایج

    بررسی تمایز جمعیتی با استفاده از روش شاخص تثبیت (Fst) تصحیح شده برای اندازه نمونه (θ) نشان داد که در چندین مکان ژنی شواهدی از انتخاب در این دو نژاد وجود دارد. نشانه های انتخاب در پنج ناحیه ژنومی شناسایی شد. این نواحی بر روی کروموزوم های شماره ی 4، 5، 10، 13و 15 قرار داشتند. به منظور ارزیابی نشانه های انتخاب بر پایه روش های عدم تعادل پیوستگی از آزمون هموزیگوسیتی هاپلوتایپی بسط داده شده، استفاده شد. نتایج این آزمون، وجود تفرق جمعیتی در این مناطق ژنومی را تایید کرد. در نهایت بررسی QTL ها در مناطق اورتولوگوس گاوی نشان داد که این مناطق با صفات طول بدن، وزن بدن، عمق سینه و دیگر صفات مهم اقتصادی در اسب ارتباط دارند.

    نتیجه گیری

    تحقیق حاضر در شناسایی مناطقی از ژنوم دو نژاد اسب ترکمن و تروبرد که به صورت واگرا تحت انتخاب قرار گرفته اند و شناسایی ژن هایی که در این مناطق وجود دارند موثر بود. همچنین، اطلاعات مفیدی از وجود تنوع ژنتیکی و نشانه-های انتخاب بین این دو نژاد اسب حاصل شد.

    کلیدواژگان: پویش ژنومی، نشانه های انتخاب، اسب ترکمن، اسب تروبرد، تفرق جمعیتی
  • بهمن بهرام نژاد*، ندا زندی نوا، هیمن صالحی صفحات 87-104
    هدف

    اکسندین-4 (Ex4) یک پپتید 39 اسید آمینه ایی است که از ترشحات بزاق مارمولک هلودرما سوسپتوم جدا شده و دارای عملکرد زیستی مشابه با گیرنده شبه گلوکان (GLP-1) می باشد. مهمترین نقش فیزیولوژیکیGLP-1 تنظیم متابولیسم گلوکز از طریق کاهش ورود گلوکز به سلول ها است. اتصال Ex4 به زیر واحد B سم وبا (CTB) باعث افزایش کارایی آن از طریق اتصال به پذیرنده سلول های اپیتلیال روده می شود. گیاهان تراریخت می توانند به عنوان کارخانه های تولید پروتئین های نوترکیب به کار روند، برای به حداکثر رساندن کارآیی گیاهان تراریخت می توان بیان ژن های خارجی را از نظر زمانی و مکانی تحت تنظیم راه اندازهای مختلف تنظیم نمود. به منظور بیان اختصاصی ژن CTBEx4 در بافت ریشه هویج، راه انداز (MLL) Major Latex-Likeمربوط به بیان اختصاصی در ریشه غده ایی چغندر قند جایگزین راه انداز CaMV35S در سازه pBI121 شد و برای تراریختی ریز نمونه های گیاه هویج به کار گرفته شد.

    مواد و روش ها

    با استفاده از روش CTAB از برگ های گیاه چغندر قند DNA استخراج شد سپس با استفاده از آغازگرهای اختصاصی راه انداز MLL واکنش PCR انجام گرفت. قطعه به دست آمده با استفاده از آنزیم های برشی جایگزین راه انداز CaMV35S در سازه pBI121 شد. از دو سازه pBI121-Mll-CTBEx4 و pBI121-CamV35S-CTBEx4، با استفاده از باکتری Agrobacterium tumefaciens برای تراریخت کردن ریزنمونه های هویج استفاده شد. ریز نمونه های تراریخت شده در محیط کشت MS درون شیشه از طریق باززایی غیرمستقیم به گیاه کامل باززا شدند و سپس به محیط گلدان انتقال یافتند. در نهایت بیان ژن CTBEx4 در گیاهان تراریخت شده در سطح mRNA و پروتئین با استفاده از آزمون های RT-PCR و ELISA اندازه گیری شد.

    نتایج

    نتایج بررسی بیان ژن با روش های RT-PCR و ELISA حاکی از بیان ژن CTBEx4 در بافت ریشه هویج تحت تنظیم راه-انداز MLL بود در حالیکه هیچ بیانی در بافت برگ مشاهده نشد. همچنین نتایج نشان داد که ژن CTBEx4 تحت تنظیم راه انداز CaMV35S در هر دو بافت ریشه و برگ بیان شد اما بیان آن در ریشه نسبت به بیان تحت تنظیم راه انداز MLL کمتر بود (30%). نتایج به دست آمده حاکی از توانایی راه انداز MLL برای بیان اختصاصی ژن CTBEx4 در ریشه گیاه هویج بود.

    نتیجه گیری

    راه انداز MLL قادر به بیان ژن CTBEx4 در ریشه گیاه هویج در سطح mRNA و پروتئین بود، همچنین پروتئین CTBEx4 تحت تنظیم راه انداز MLL در مقایسه با راه انداز CaMV35S دارای مقدار بیان بیشتری بود.

    کلیدواژگان: اکسندین-4، بیان دائم، راه انداز MLL، CTB
  • عباس سعیدی*، زهرا حاجی برات، مهدی صفائی زاده صفحات 115-134
    هدف

    ژنCoronatine insensitive 1 (COI1) غیر حساس به توکسین باکتریایی ، عضو اصلی جاسمونات ها (JAs)، ارتباط نزدیکی با مقاومت زیستی و غیرزیستی گیاه دارد. ژن COI1 به عنوان کنترل کننده اصلی پاسخ های گیاهی تنظیم شده با JA عمل می کند. برای درک بهتر اساس عملکرد مولکولی JA، تیپ جهش یافته و وحشی در آرابیدوپسیس تحت تنش های زیستی و غیر زیستی بررسی شد.

    مواد و روش ها

    در این تحقیق جهش ژنی coi1 و نوع وحشی تحت تنش های سودوموناس آئروژینوزا، ایندول استیک اسید، آبسیزیک اسید، شوری و خشکی ارزیابی شد. همچنین صفات فیزیولوژیکی تیپ جهش یافته و وحشی تحت تنش مذکور بررسی شدند. علاوه بر این، پروفایل بیان ژن های مرتبط با جاسمونیک اسید در برگ های آرابیدوپسیس تحت پنج تنش مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

    نتایج

    سطح بیان پنج ژن در برگ در جهش یافته کاهش و در نوع وحشی افزایش یافت. سطوح رونوشت پنج ژن مربوط به) JA دساتوراز اسید چرب، بازشدگی بساک معیوب 1، آلن اکسید سنتاز، PDAردوکتاز و 13-لیپوکسیژناز) به خوبی با تجمع جاسمونیک اسید تحت پنج تنش همبستگی داشت. در مقایسه با نوع وحشی، فعالیت کاتالاز(CAT) ، پراکسیداز (PRO) و آسکوربات پراکسیداز (APX) در برگ های جهش یافته coi1 در پنج تنش بالا بود. تحت این تنش ها، گیاهان آرابیدوپسیس سطوح بسیار بالاتری از آنتوسیانین را در نوع وحشی در مقایسه با جهش یافته coi1 تولید می کنند. بیان سایر ژن های بیوسنتزی آنتوسیانین نیز القای جاسمونیک اسید و وابسته به COI1 بود. این نتایج نشان می دهد که جاسمونات ها ممکن است رشد گیاه آرابیدوپسیس را تنظیم کند. اولین بار در این مطالعه اثر سودوموناس آئروژینوزا در coi1 جهش یافته و نوع وحشی با یکدیگر مقایسه شده است. یافته های پژوهش حاضر نشان داد که سودوموناس آئروژینوزا با تشدید یک مسیر وابسته به COI برای تکثیر پاتوژن، دارای اثر کروناتین است و نوع وحشی بیان ژن بالایی از اسید جاسمونیک در مقایسه با جهش یافته داشت. این نتایج تایید می کند که مسیر COI باعث تکثیر پاتوژن ها می شود و نوع جهش یافته نسبت به نوع وحشی مقاومت بیشتری در برابر سودوموناس آئروژینوزا دارد.

    نتیجه گیری

    نتایج مطالعه حاضر بینش جدیدی در مورد تجمع JA و نقش های بالقوه آن در طول رشد ارائه می دهد. این نتایج نشان می- دهد که بیوسنتز و سیگنال دهی جاسمونات ممکن است توسط یک شبکه تنظیمی پیچیده تنظیم شود.

    کلیدواژگان: آنتوسیانین، پراکسیداز، زیستی، کاتالاز
  • بهاره پاک باطن، حسن کرمانشاهی*، فرهید همت زاده، رضا مجیدزاده هروی، علی جوادمنش صفحات 135-154
    هدف

    فیتازها براساس اولین کربنی که در حلقه میواینوزیتول فسفات در فیتات دفسفریلاسیون شروع می شود به گروه های 3-فیتازها (E.C. 3.1.3.8) ، 6- فیتازها (E.C. 3.1.3.26) و 5- فیتازها (EC 3.1.3.72) طبقه بندی می شوند مخمرها با داشتن ویژگی های زیادی ازجمله دستکاری ژنتیکی آسان، بیان بالای پروتئین های برون سلولی و درون سلولی و توانایی انجام اصلاحات پس ازترجمه ای متناسب با سلول های یوکاریوتی، برای بیان پروتئین های خارجی مناسب هستند. مخمر متانول دوست پیکیا پاستوریس برای تولید پروتئین های نوترکیب در تراکم سلولی بالا و محیط کشت ارزان، توسعه یافته است. بنابراین بیان همزمان دو آنزیم دریک میزبان بیانی نوترکیب سودمند خواهد بود. هدف ازاین مطالعه ساخت وکتور نوترکیب حاوی ژن های فیتاز ایکولای از خانواده 6-فیتاز و فیتاز آسپرژیلوس نایجر از خانواده 3-فیتاز به منظور افزایش تجزیه فیتات و بیان همزمان آنها در مخمر پیکیا پاستوریس بود.

    روش

    توالی نوکلئوتیدی ژن های آنزیم فیتاز ایکولای ، (appA2) فیتاز آسپرژیلوس نایجر ، (phyA) لینکر 2a و سیگنال پپتید آلفا فاکتور از پایگاه داده NCBI دریافت گردید. در این پژوهش ژن های فیتاز ایکولای و آسپرژیلوس نایجر که بوسیله لینکر 2a بهم متصل شده بودند در پلاسمید PIC9K طراحی و برای سنتز به شرکت Genescript آمریکا فرستاده شد. پس از دریافت پلاسمید سنتز شده که حاوی ژن های مورد نظر بود این سازه ژنی در باکتری DH5a کلون شد و پس از برش با آنزیم SacI در مخمر پیکیا پاستوریس الکتروترنسفرم شد. تحریک بیان ژن با استفاده از متانول در غلظت نهایی نیم درصد در دمای 30 درجه سانتیگراد صورت گرفت. نمونه گیری هر24 ساعت انجام شد و میزان تولید پروتئین نوترکیب بااستفاده از الکتروفورز بررسی گردید.

    یافته ها

    نتایج حاصل از کلونی PCR نشان داد که وکتور مورد نظر با موفقیت در باکتری DH5a ترانسفرم شده است و نتایج حاصل از PCR نشان داد که پلاسمید با موفقیت وارد مخمر شده است. فیتازappA و فیتاز phyA با موفقیت در مخمر پیکیا پاستوریس بیان شد. وزن مولکولی فیتازهای نوترکیب تولید شده در حدود 45 و 80 کیلو دالتون به ترتیب برای فیتاز appA و فیتاز phyA تخمین زده شد. فعالیت آنزیم نوترکیب تولید شدهU/ml 160.97 بود.

    نتیجه گیری

    به منظور تولید مکمل آنزیم فیتاز نوترکیب، ژن های هدف دروکتور بیانی pPIC9k طراحی و سنتز شد و وکتور نوترکیب پس از تکثیر در باکتری اشرشیا کلیDH5α وارد ژنوم مخمر پیکیا پاستوریس به عنوان میزبان بیانی شد. این سازه ژنی برای انجام آزمایشات بعدی (آزمایشات مزرعه ای) استفاده خواهد شد.

    کلیدواژگان: پیکیا پاستوریس، طیور، آنزیم فیتاز، پروتئین نوترکیب
  • فهیمه قائمی زاده، فرشاد دشتی*، امیر موسوی صفحات 155-174
    هدف

    اکثر کلون های سیر، غیر گلده و عقیم بوده و به صورت غیر جنسی تکثیر می شوند؛ با این حال برخی از کلون ها گلده بوده وانواع زایا تا حدودی در بین آن ها یافت می شود. درک صحیح از الگوی بیان و ساختار ژن های خانواده ژنی MADS-BOX ازجمله ژنAGL6 در گیاه سیر از ارزش بالایی برخوردار بوده و می تواند روند برنامه های اصلاحی آن را بهبود ببخشد. تاکنون پژوهشی مبنی شناسایی این ژن موثر در گلدهی و باروری سیر صورت نگرفته است. لذا هدف از تحقیق حاضر بررسی الگوی بیان نسبی ژن AGL6 در همگروه گلده، نیمه گلده و غیر گلده سیر ایرانی و شناسایی ساختار و توالی نوکلئوتیدی آن می باشد.

    مواد و روش ها

    بدین منظور، ابتدا بیان نسبی این ژن در اندام های مختلف همگروه های گلده، نیمه گلده و غیر گلده سیر ایرانی و با استفاده از روش RT-PCR کمی بررسی شد. سپس بخشی از توالی کد کننده ژن AGL6 با استفاده از روش مذکور از بافت گلچه های سیر گلده جد اسازی و همسانه سازی شد. نتایج حاصل از توالی یابی و آنالیز همسانه های نوترکیب با استفاده از نرم افزارهای، BLAST، Vector NTI، ORF finder و MEGA6 مورد ارزیابی قرار گرفت.

    نتایج

    بر اساس نتایج بدست آمده، AGL6 در مریستم، گل آ ذین، تپال و برچه گلچه های سبز و ارغوانی سیر گلده بیان شد. اما اثری از بیان این ژن در پرچم دیده نشد. سطح بیان آن در مریستم سیر گلده در تمامی مراحل نمونه برداری و به ویژه مرحله القا گلدهی بالاتر ازمریستم سیر نیمه و غیر گلده بود. AGL6در گل آذین سیر نیمه گلده نیز بیان شد اما بیان آن در این مرحله نیز در مقایسه با گل آذین سیر گلده 4 برابر کمتر بود. نتایج توالی یابی قطعه همسانه سازی شده، وجود ناحیه کدکننده به طول 728 جفت باز را نشان داد که با کد دسترسی OK086759.1در پایگاه NCBI ثبت گردید. این توالی نوکلئوتیدی یک پروتئین با 243 اسید آمینه را کد می کند و دارای دومین های MADS-box و K-box می باشد. بررسی ها بیانگر تشابه بالا و همپوشانی زیاد این توالی با سایر همولوگ های ژن AGL6 در سایر گونه های گیاهی و بویژه تک لپه ای های پتالوئیدی نظیر پیاز، لیلیوم، گل نرگس، زعفران در NCBI بود؛ از این رو توالی حاصل AsAGL6 نامیده شد.

    نتیجه گیری

    در این پژوهش برای اولین بار الگوی بیان یک ژن کلیدی مسیر گلدهی و باروری (AsAGL6) و ساختار نوکلئوتیدی آن در گیاه سیر مشخص شد. نتایج بدست از این تحقیق میتواند به طور موثری در طراحی برنامه های اصلاحی کلاسیک و مولکولی سیر مورد استفاده قرار گیرند.

    کلیدواژگان: باروری، خانواده ژنی MADS-BOX، کلونینگ، گلدهی، Real-time PCR
  • زهره حیدری توتشامی، هومن سالاری* صفحات 175-194
    هدف

    این مطالعه با هدف بررسی میزان تنوع ژنتیکی ارقام گوجه فرنگی در ایران انجام شد. همچنین در این پژوهش کارآیی و قابلیت نشانگر مولکولی ISSR در ارزیابی تنوع ژنتیکی گوجه فرنگی سنجیده شد.

    مواد و روش ها

    تعداد 99 رقم گوجه فرنگی شامل ارقام پیشتر رایج، رایج و در حال ارزیابی جهت کشت در ایران، با استفاده از 20 آغازگر ISSR مورد ارزیابی قرار گرفتند. برای این منظور DNA استخراج شده از برگهای جوان پس از تعیین کمیت و کیفیت، طی واکنش زنجیره ای پلی مراز تکثیر شدند. جداسازی قطعات تکثیر شده حاصل از PCR از طریق الکتروفورز افقی بر روی ژل آگارز انجام شد. رنگ آمیزی ژل به وسیله اتیدیوم بروماید صورت گرفت. تصویربرداری از ژل پس از تابانیدن نور UV به منظورر آشکار سازی نوارها، انجام شد. اطلاعات بدست آمده از تصاویر، به وسیله نرم افزار های آماری تجزیه و تحلیل شدند.

    نتایج

    از میان 20 آغازگر مورد استفاده در این پژوهش 17 آغازگر چندشکل بودند و در مجموع 275 باند چندشکل با اندازه نوار های بین 250 تا 3000 جفت باز تولید کردند. چندشکلی متوسط 97 درصد برآورد شد و نه آغازگر 100 درصد چندشکلی نشان دادند. بررسی معیار های کارایی آغازگر ها نشان داد آغازگر UBC 876 بیشترین مقدار شاخص نشانگری، محتوای اطلاعات چندشکلی، نسبت چندشکلی موثر و قدرت تفکیک بالا را داشته و درنتیجه عملکرد خوبی در تمایز ارقام دارد. ضریب تشابه جاکارد به طور میانگین 41/0 برآورد شد. بیشترین شباهت ژنتیکی بین ارقامH1423 و Kimia با مقدار 96/0 و کمترین شباهت ژنتیکی بین ارقام Lina و Pil ZTP1 با مقدار 13/0 بود. در تجزیه خوشه ای بر اساس ضریب تشابه جاکارد از روش UPGMA استفاده شد و بر این اساس ارقام به پنج خوشه تقسیم شدند. با توجه به تجزیه واریانس مولکولی (AMOVA) تمایز بین گروه های تشکیل شده معنی دار بود. در این مطالعه حدود 35 درصد از تنوع داده ها توسط دو مولفه اول و دوم توجیه شد. طبق تجزیه به مختصات اصلی که مطابقت زیادی با نتایج تجزیه خوشه ای داشت، ارقام به پنج گروه تقسیم‎بندی شدند. فاصله هندسی میان ژنوتیپ ها در نمودار و عدم همپوشانی گروه ها نشان دهنده وجود تفاوت ژنتیکی بین آنها بود. دو رقم Lina و ZTP8 هرکدام به تنهایی در یک گروه قرار گرفتند و بیشترین فاصله ژنتیکی از سایر ارقام را داشتند.

    نتیجه گیری

    این مطالعه میزان تنوع ژنتیکی ارقام گوجه فرنگی در ایران را نسبتا زیاد ارزیابی کرد. نشانگر ISSR با آشکارسازی چندشکلی زیاد نشان داد تکنیکی کارآمد و سودمند جهت بررسی تنوع ژنتیکی و تفکیک ژنوتیپ‎های گوجه فرنگی می باشد.

    کلیدواژگان: ایران، ریزماهواره، تجزیه خوشه ای، Solanum lycopersicum L
  • حسین محمدی*، حسین مرادی شهربابک صفحات 195-208
    هدف

    سن میش در اولین زایش و فاصله بین دو زایش از مهم ترین صفات تولیدمثلی موثر بر سودآوری سیستم های پرورش گوسفند است. فلذا هدف پژوهش حاضر، شناسایی مناطق ژنومی موثر بر سن میش در اولین بره زایی و فاصله بین دو زایش میش های نژاد بومی زندی با استفاده از آرایه های ژنومی 50K می باشد.

    مواد و روش ها

    بدین منظور از اطلاعات ژنوتیپی 96 راس از میش های نژاد زندی و رکوردهای فنوتیپی مرتبط با صفات مورد مطالعه استفاده گردید. مراحل مختلف کنترل کیفی و شناسایی نشانگرهای SNP مستقل بوسیله نرم افزار PLINK انجام شد. پس از مراحل مختلف کنترل کیفی، 94 راس حیوان و 36070 نشانگر برای آنالیزهای بعدی شناسایی شدند. آنالیز پویش کل ژنومی بر پایه مدل خطی مختلط برای صفات تولیدمثلی در نرم ا فزار GEMMA انجام شد. سپس با استفاده از نرم افزار Genome Data Viewer پایگاه برخط NCBI براساس آخرین اسمبلی (ARS-UI_Ramb_v2.0) ژن های معنی داری که در داخل و یا 300 کیلوباز بالا و پایین دست نشانگرهای معنی دار قرار داشتند، شناسایی شدند. در نهایت، برای شناسایی عملکرد بیولوژیکی ژن های نزدیک به مناطق انتخابی از طریق پایگاه های برخط GeneCards و UniProtKB استفاده شد.

    نتایج

    در این پژوهش تعداد هفت نشانگر تک نوکلئوتیدی واقع روی کروموزوم های 1، 2، 3، 6، 11 و 23 شناسایی شدند. همچنین ژن های UMPS، ITGB ، SMARCAL1 ، APAF1، UGT8 و ST8SIA5 که با صفات تولید مثلی در ارتباط هستند، در این مناطق قرار داشتند. برخی از این ژن های شناسایی شده در مناطق ژنومی معنی دار با مطالعات قبلی هم خوانی داشت. با بررسی های بیشتر در پایگاه های برخط نشان داد شناسایی شده نقش مهمی در فرآیند تخمک اندازی، رشد و توسعه عضلات اسکلتی، رشد ابتدایی جنین و سن بلوغ داشتند.

    نتیجه گیری

    نتایج این تحقیق می تواند در درک ساز و کار ژنتیکی کنترل کننده صفات تولیدمثلی مورد استفاده قرار گیرد و با توجه به تایید مناطق قبلی پویش ژنومی و شناسایی مناطق ژنومی جدید، استفاده از یافته های این پژوهش می تواند در انتخاب ژنتیکی گوسفند از طریق کاهش سن میش در اولین بره زایی مفید باشد.

    کلیدواژگان: آنالیز پیوستگی، صفات تولیدمثلی، گوسفند، ناحیه ژنومی
  • سیده نسیم طباطبائی پور، بهروز شیران*، رودابه راوش، علی نیازی، اسماعیل ابراهیمی صفحات 209-234
    هدف

    اهداف مهندسی ژنتیک و متابولیک را می‏توان با درک فرآیندهای مولکولی پاسخ به تنش به میزان زیادی محقق کرد. پژوهشگران می‏توانند از طریق مطالعات ترنسکریپتوم به داده‏های فراوانی در این خصوص دسترسی پیدا کنند. استفاده از روش های آماری پیشرفته مانند فراواکاوی برای ادغام داده های بسیاری از منابع، روش جدیدی برای یافتن ژن های با بیان متفاوت (DEG) ، برای غلبه بر پیچیدگی زیستی و ارائه نتایج دقیق تر ارائه می دهد. مطالعه فعلی از فراواکاوی داده های بیانی RNA-seq گیاه پروانش برای کشف DEGهای غنی‏سازی شده در پاسخ به عوامل تنش زا و تولید متابولیت های ثانویه مهم استفاده کرد.

    مواد و روش‏ها: 

    داده‏های RNA-seq از پایگاه داده EMBL-EBIدریافت و پس از پیش پردازش، نقشه‏یابی خوانش‏های با کیفیت بر روی ژنوم مرجع پروانش صورت گرفت. تغییرات بیان ژن‏ها برای هر مجموعه داده، بررسی و سپس برای فراواکاوی استفاده شد. ژن‎های با بیان متفاوت و معنی‏دار در پاسخ به تنش‏های زیستی و غیرزیستی ، از نظر عمکرد زیستی و مسیرهای زیستی درگیر بررسی شدند و تجزیه و تحلیل هم‏بیانی انجام شد و در نهایت ژن‏های کلیدی و هاب در پاسخ به تنش و مسیر بیوسنتزی تولید متابولیت‏های مهم ترپنوئید ایندول آلکالوئیدها ((TIAs)Terpenoid Indole Alkaloids) تعیین گردید.

    نتایج

    یافته های فراواکاوی، 772 ژن با بیان متفاوت دارای Log2FC≥|1 (Log2 Fold Change) و FDR≤0.05 (FalseDiscovery Rate) را شناسایی کرد که 305 و 467 ژن از این ژن ها به ترتیب دارای بیان بالا و پایین تحت تنش بودند. در این میان، فراواکاوی امکان شناسایی 27 ژن را فراهم نمود که در آنالیزهای انفرادی به عنوان DEG شناسایی نشده بودند. نتایج غنی سازی عملکردی DEGها اهمیت حیاتی آنها را در فرآیندهای متابولیک، پاسخ به محرک ها و فرآیندهای سلولی نشان داد. آنها همچنین در مسیرهای متعددی مانند مسیر سیگنالینگ ، پروتئین کینازهای فعال شده با میتوژن ((MAPK)Mitogen activated protein kinases)، بیوسنتز متابولیت‏های ثانویه، انتقال هورمون‏های گیاهی و مسیرهای متابولیک تحت تنش اهمیت معنی‏داری داشتند. از طریق تجزیه و تحلیل شبکه هم بیانی، ژن های هاب پاسخ دهنده به تنش و مرتبط با مسیرهای بیوسنتز ترپنوئید ایندول آلکالوئیدها (TIA) یافت شدند که می‏توانند ژن های بالقوه ای در سنتز ترکیبات دارویی منحصر به فرد گیاه باشند.

    نتیجه گیری:

     در این تحقیق، با بررسی پاسخ های مولکولی گیاه پروانش تحت تنش های مختلف با استفاده از رویکردهای فراواکاوی و زیست شناسی سامانه ای ، ژن های کلیدی و جدید شناسایی شدند. این ژن ها دارای توانایی بالقوه جهت استفاده به عنوان ژن های کاندید در پروژه های مهندسی ژنتیک و متابولیک بوده که به منظور افزایش توانایی گیاه در تولید متابولیت های درمانی در آینده به کار گرفته شوند.

    کلیدواژگان: پروانش، RNA-Seq، فراواکاوی، تنش، ترپنوئید ایندول آلکالوئیدها
  • شیما بورنگ، سدابه جهانبخش گده کهریز*، رسول اصغری، حامد پارسا، مهران نوروزپور، خوسس کالاهورا صفحات 235-266

    سرطان سینه شایع ترین نوع سرطان در بین زنان سراسر جهان است. استفاده از روش جراحی، شیمی درمانی و پرتودرمانی به عنوان بهترین روش سنتی جهت درمان این بیماری شناخته شده است. در سال های اخیر با پیشرفت نانوتکنولوژی در علوم پزشکی روش های نوینی جهت درمان بیماری سرطان ابداع شده است. با توجه به خواص دارویی گیاه رازیانه به دلیل وجود ترکیبات باارزش همانند فلاونوئید جهت درمان بیماری سرطان، در این پژوهش، ابتدا ویژگی های مورفولوژیکی و ساختاری نانوذرات فلزی بیوسنتز شده از عصاره آبی گیاه رازیانه پرداخته شد و در ادامه خواص آنتی اکسیدانی و ضدسرطانی اسانس، عصاره ی آبی این گیاه و نانوذرات بیوسنتز شده از آن مورد بررسی قرار گرفت. در این پژوهش پس از بیوسنتز نانوذرات آهن، مس، روی و نقره از عصاره آبی گیاه رازیانه (F. vulgare) و بررسی خواص آن ها از نظر اندازه به کمک XRD و تایید ساختار به کمک FTIR ، میزان ترکیبات ثانویه، میزان فعالیت آنتی اکسیدانی و ضدسرطانی اسانس و عصاره آبی گیاه رازیانه و نانوذرات آهن، مس، روی و نقره بیوسنتز شده از آن بر روی دو لاین سلولی Sum-159 و Hs-578T مورد ارزیابی قرار گرفت. طبق نتایج به دست آمده از DLS نانوذرات فلزی بیوسنتز شده، به ترتیب اندازه نانوذرات آهن، مس، روی و نقره برابر با 35، 32، 33 و 34 نانومتر بود. نتایج حاصل از FTIR نیز وجود نانوذرات فلزی مذکور را تایید کردند. هم چنین طبق نتایج به دست آمده از HPLC و اسپکتوفتومتری وجود ترکیبات بیوشیمیایی نظیر فلاونوئید و آنتوسیانین و متابولیت هایی نظیر روتین، کوئرستین و کمپفرول در عصاره آبی گیاه رازیانه تایید شدند. از نظر میزان فعالیت آنتی اکسیدانی نیز بین تیمارهای مختلف اختلاف معنی داری مشاهده شد هم چنین مشاهده شد که با افزایش غلظت تیمارها میزان فعالیت آنتی اکسیدانی آن ها نیز افزایش داشت و بیشترین مقدار فعالیت آنتی اکسیدانی هر تیمار مربوط به بالاترین غلظت هر تیمار بود. بیشترین میزان فعالیت آنتی اکسیدانی (41/87 درصد) مربوط به نانوذره مس در غلظت 500 میلی گرم در میلی لیتر بود. از نظر میزان IC50 تیمارهای ذکر شده نیز مشخص شد که لاین سلولی سلولی Sum-159 در مقایسه با لاین سلولی Hs-578T در مقابل غلظت های برابر تیمارهای مختلف مقاومت بالاتری داشت. طبق نتایج به دست آمده میزان خواص ضدسرطانی اسانس و عصاره آبی گیاه رازیانه و نانوذرات فلزی بیوسنتز شده از آن نشان داد که درصد سلول های نکروزه شده، درصد سلول های موجود در مرحله پیش آپوپتوزی و پس آپوپتوزی به طور معنی داری تحت تاثیر نوع تیمار مورد استفاده شده، نوع لاین سلولی و اثر متقابل آن ها قرار گرفت.

    کلیدواژگان: رازیانه، سرطان پستان، عصاره آبی، Hs-578T و Sum-159
  • امان چاندراکار*، هملاتا دوانگان صفحات 267-282
    هدف

    سیستم ایمنی بدن خود را به دقت تنظیم کرده است تا به یک مکانیسم حفاظتی قدرتمند در برابر پاتوژن های عفونی در فرآیند تکامل تبدیل شود. یک جنبه اساسی از عملکرد آن در توانایی تشخیص بین خود و غیر خود نهفته است که برای تحریک پاسخ های ایمنی بسیار مهم است. اما، سرطان که با انحراف در کد DNA مشخص می شود این تعادل را مختل می کند، لذا سلول ها را قادر می سازد تا به طور غیرقابل کنترلی تکثیر شوند و در عین حال از نظارت ایمنی فرار کنند. ایمونوتراپی به عنوان یک روش امیدوارکننده ظاهر می شود و به دنبال تقویت سیستم ایمنی برای شناسایی و ریشه کن کردن این سلول های سرطانی سرکش است و در نتیجه یک استراتژی جدید در نبرد با سرطان ارائه می کند. اگرچه مهارکننده های ایمنی بازرس نشان داده اند که در درمان چندین نوع سرطان پیشرفته مفید هستند، اما نرخ پاسخ کلی در بیمارانی که این درمان ها را دریافت می کنند در حدود 30 درصد باقی می ماند. با درک نیاز به پیشرفت ها، پژوهش حاضر به رویکردهای مبتنی بر نانوذرات با هدف افزایش درمان ها و واکسیناسیون های سرطان می پردازد.

    مواد و روش ها

    تمرکز بر روی توسعه بیوتکنولوژی است که از نانوذرات مصنوعی بادوام برای تبدیل سلول های سرطانی به سلول های ارائه دهنده آنتی ژن مبتنی بر تومور (APCs) استفاده می کند. این فرآیند تبدیلی شامل تحریک بیان همزمان مولکول های تحریک کننده و سیتوکین های ایمنی تحریک کننده است. چیزی که این نانودارو را متمایز می کند، ظرفیت آن برای القای پاسخ ایمنی عمومی اختصاصی تومور و سلولی بدون فرض آنتی ژن های خاص بیان شده توسط تومورها است.

    نتایج

    در روز 67 t =، درصد قابل توجهی از حیوانات در زیر گروه نانوذرات با موفقیت بدخیمی را حذف کرده و عاری از بیماری باقی ماندند.

    نتیجه گیری

    این نوآوری دارای پتانسیل فوق العاده ای برای پیشرفت در پزشکی ترجمه است و راه حلی همه کاره و سازگار برای چالش های ناشی از ایمنی درمانی سرطان ارائه می دهد. با بهره گیری از قابلیت های نانوذرات مصنوعی، محققان در آرزوی ارتقای اثربخشی درمان های سرطان و سوق دادن این حوزه به سمت عصر جدیدی از مداخلات هدفمندتر و قوی تر هستند. در نتیجه، تعامل پیچیده بین سیستم ایمنی و سرطان بر ضرورت رویکردهای درمانی نوآورانه تاکید می کند. اکتشاف استراتژی های مبتنی بر نانوذرات نشان دهنده مرزی در تحقیقات سرطان است که نویدبخش بهبود درمان های ایمنی و آغاز دوره جدیدی از پزشکی دقیق به نفع بیمارانی است که با این بیماری پیچیده و وحشتناک دست و پنجه نرم می کنند.

    کلیدواژگان: سرطان، مهندسی ژنتیک، ایمونوتراپی، نانوذرات
  • کومار شوتابه*، آشا امبایکار صفحات 283-299
    هدف

    در حوزه ارتقای بیوتکنولوژیکی لوبیاهای معمولی، با توجه به دشواری ذاتی بازسازی این محصول در محیط های آزمایشگاهی، یک چالش ضروری در ابداع یک استراتژی قابل اعتماد و موثر بازسازی در شرایط آزمایشگاهی نهفته است. این تحقیق، با هدف پرداختن به این چالش، از قدرت مدل های یادگیری ماشین (ML)، به ویژه با استفاده از الگوریتم هایی برای شبکه های عصبی مصنوعی (ANN) استفاده می کند. هدف اصلی ایجاد یک فرآیند بازسازی آزمایشگاهی کارآمد و قابل تکرار همزمان با بهینه سازی و پیش بینی نتایج آینده است.

    مواد و روش ها

    این مطالعه متغیرهای مختلفی مانند ژنوتیپ لوبیا، ریزنمونه ها و دوزهای مختلف 6-benzylaminopurine (BAP)  و CuSO4 را در بر می گیرد. یک شبکه عصبی رگرسیون مکرر (RRNN) برای مدل سازی و پیش بینی نتایج بازآفرینی محصول در شرایط آزمایشگاهی، به ویژه بر روی لوبیاهای معمولی استفاده شد. تنظیم تجربی شامل آماده سازی جنین های لوبیا با 10، 15 و 20 میلی گرم در لیتر BAP به مدت 25 روز، و به دنبال آن رشد در محیط پس از تیمار شامل 3/0، 6/0، 9/0، و 2/1 میلی گرم در لیتر BAP به مدت 7 هفته بود. متعاقبا، اپیس پلومولار برای بازسازی در شرایط آزمایشگاهی جدا شد. قابل ذکر است، مدل RRNN  نیز با یک الگوریتم ژنتیک (GA) یکپارچه شد تا فرآیند بازسازی را بیشتر بهینه کند.

    نتایج

    نتایج با RRNN برابر با 061/0، که کمترین میانگین مربعات خطا را نشان می دهد قانع کننده بود و این امر نشان دهنده دقت پیش بینی برتر در بازسازی کل است. در مقایسه، مدل های رگرسیون بردار پشتیبان (SVR)، جنگل تصادفی (RF) و تقویت گرادیان شدید (XGB) مقادیر MSE بالاتری را به ترتیب برابر با 081/0، 081/0 و 097/0 نشان دادند. این یافته ها بر اثربخشی الگوریتم RRNN تاکید می کند، که از سایر مدل ها در همه پارامترها بهتر عمل می کند.

    نتیجه گیری

    عملکرد برتر RRNN کاربرد بالقوه آن را در پیش بینی دقیق در مورد بازسازی لوبیا نشان می دهد. در زمینه یک برنامه اصلاح مشترک لوبیا، این نتایج را می توان برای بهینه سازی و پیش بینی روش های کشت بافت گیاهی مهار کرد و در نتیجه تکنیک های بیوتکنولوژیکی مورد استفاده در کشت لوبیا معمولی را تقویت کرد. ادغام مدل هایML، به ویژه RRNN، به عنوان یک راه امیدوارکننده برای پیشبرد استراتژی های بازسازی محصول و کمک به کارایی مداخلات بیوتکنولوژیکی در کشاورزی است.

    کلیدواژگان: اصلاح، بازسازی آزمایشگاهی، RNN، یادگیری ماشینی، الگوریتم ژنتیک، لوبیا معمولی
  • جیتندرا سینها*، کریشنا ساهو صفحات 301-318
    هدف

    نانوتکنولوژی، دستکاری ماده در سطوح آناتومیکی و مولکولی، راه را برای ایجاد موادی با خواص منحصر به فرد و افزایش یافته هموار کرده است. یکی از کاربردهای مهم آن در حوزه نانو بیوتکنولوژی است که در آن زیرشاخه های مختلفی مانند نانوساختارها نقش مهمی در زمینه هایی مانند بیوتکنولوژی و ژنومیکس ساختاری و سلولی دارند. نانو بیوتکنولوژی با اجازه دادن به دانشمندان برای وارد کردن مواد شیمیایی و اجزاء به سلول ها و ساخت مواد جدید از طریق تکنیک های نوآورانه مانند مونتاژ، رویکردی پیشگامانه برای تحقیق ارائه می کند. به ویژه سهم آن در تجویز داروهای نوکلئیک اسید (NA) در داخل بدن قابل توجه است. استراتژی های بیوتکنولوژی پیشرفته در مقیاس نانو با ارائه کنترل دقیق بر پارامترهای حیاتی مانند ابعاد، شارژ، بارگیری دارو و پاسخ به سیگنال های خارجی ناقل های تحویل، نقشی محوری در این حوزه ایفا کرده اند. ادغام بیوتکنولوژی پیشرفته در مقیاس نانو در زمینه ایمونوتراپی سرطان نوید قابل توجهی برای غلبه بر موانع در درمان NA دارد. این شامل رسیدگی به چالش های مرتبط با تحقیقات بالینی و پیش بالینی نانوحامل های مختلف است. این مقاله یک مرور مختصر بر این موضوع دارد و به بررسی ویژگی ها و مشکلات مواجهه با نانوحامل های مختلف در طول تحقیقات بالینی و بالینی می پردازد.

    مواد و روش ها

    این مقاله طیف وسیعی از روش های NA را مورد بحث قرار می دهد و توضیح می دهد که چگونه بیوتکنولوژی پیشرفته در مقیاس نانو به طور فعال از درمان NA پشتیبانی و حمایت می کند. نانوتکنولوژی با دستکاری ویژگی های فیزیکی و شیمیایی ناقل های تحویل، امکان بهینه سازی نتایج درمانی را فراهم می کند و آن را به ابزاری ارزشمند در پیشرفت تحقیقات پزشکی تبدیل می کند.

    نتیجه گیری

    در پایان، ادغام نانوتکنولوژی و بیوتکنولوژی، به ویژه در حوزه نانو بیوتکنولوژی، راه های جدیدی را برای اکتشافات علمی و پیشرفت های پزشکی باز می کند. دقت و تطبیق پذیری ارائه شده توسط تکنیک های نانومقیاس پتانسیل بسیار زیادی در ایجاد تحول در چشم انداز درمان NA دارد و راه را برای درمان های موثرتر و هدفمندتر هموار می کند. پیشرفت مداوم در فناوری نانوبیوتکنولوژی پیشرفته (N-Bio-Tech) نمونه ای از پیگیری بی وقفه راه حل ها برای برخی از مهم ترین چالش های علم پزشکی، به ویژه در حوزه ایمونوتراپی سرطان است.

    کلیدواژگان: ایمونوتراپی سرطان، بیوتکنولوژی، نانوتکنولوژی، اسید نوکلئیک
  • دیپاک کومار ساهو*، لاخان لعل کاشیاپ صفحات 319-335
    هدف

    صنعت لبنیات، تولید کننده پرکار ضایعات و محصولات جانبی، دارای مجموعه متنوعی از کالاها است که سهم قابل توجهی در رژیم غذایی روزانه ما دارد. با این حال، ضایعات فراوان تولید شده در این فرآیند، که با تقاضای اکسیژن شیمیایی بالا (COD) و مشخصات غنی از مواد مغذی شامل لاکتوز، پروتئین ها و چربی ها مشخص می شود، نیاز به کاوش در کاربردهای بیوتکنولوژیکی جایگزین دارد. این اکتشاف به ویژه هنگام در نظر گرفتن هر دو روش پردازش هوازی و بی هوازی بسیار مهم است. اقلام غذایی پروبیوتیک با استقبال گسترده مصرف کنندگان، رشد قابل توجهی را در صنایع غذایی تغذیه ای تجربه می کنند. با شناخت این روند، صنایع غذایی به طور فعال در حال گسترش دامنه وعده های غذایی پروبیوتیک فراتر از محصولات لبنی سنتی است. این گسترش نویدبخش ارائه مزایای سلامتی متعدد به مصرف کنندگان است. در نتیجه، این تحقیق به بررسی طیف گسترده ای از محصولات لبنی در دسترس می پردازد و راه هایی برای مهار ضایعات محصولات جانبی از صنایع لبنی را روشن می کند.

    مواد و روش ها

    سی و پنج نمونه شیر غیر پاستوریزه از شترهای شیرده سالم در مناطق مختلف پنجاب هند به دست آمد. نمونه ها در یک ظرف استریل جمع آوری شدند. سپس نمونه ها در جعبه های یخ نگهداری شدند تا به آزمایشگاه منتقل شوند. نمونه ها به طور کامل (10٪ وزن / حجم) در محیط قلیایی استریل با فسفات با یک همزن مخلوط شدند. پس از انکوباسیون، کلنی هایی با مورفولوژی متمایز انتخاب شدند و برای خالص سازی بر روی صفحات آگار قرار گرفتند.

    نتایج

    ایزوله های پروبیوتیک A1، A3  و A8 افزایش معنی داری (p < 0.05) در حذف کلسترول (به ترتیب 62، 56، 78 و 52 درصد) پس از 12 ساعت انکوباسیون نسبت به نمونه های دیگر نشان دادند. ایزوله A7 با نرخ 33%  کمترین ظرفیت حذف کلسترول را داشت، در حالی که ایزوله A4 دارای میزان کمی بالاتر از 39% بود. کارایی حذف تری گلیسیرید متناسب با طول مدت انکوباسیون بهبود یافت.

    نتیجه گیری

    در نتیجه، مدیریت ضایعات صنایع لبنی یک فرصت دوگانه را ارائه می دهد: کاهش اثرات زیست محیطی از طریق دفع مسئولانه زباله و استخراج مواد مغذی ارزشمند برای کاربرد در حوزه های مختلف بیوتکنولوژیکی. این اکتشاف جامع به درک ما از پتانسیل محصولات جانبی ضایعات لبنی کمک می کند و روش های پایدار و برنامه های کاربردی نوآورانه را که با چشم انداز در حال تحول صنایع غذایی تغذیه ای همسو هستند، روشن می کند.

    کلیدواژگان: صنایع غذایی، بیوتکنولوژی، لبنیات، پایداری
  • بیرندرا کومار ساهو*، چاندراپراتاپ دیمار صفحات 337-354
    هدف

    بیوانفورماتیک به یک ابزار ضروری در حوزه های مختلف زیست شناسی تبدیل شده است که در پیشبرد فعالیت های علمی بسیار مهم است. علیرغم حضور همه جانبه آن در دوره های سنتی علوم زیستی، ادغام آموزش عملی با تحقیقات آزمایشگاهی برای تقویت تعامل و درک دانشجویان و مخاطبین ضروری است. این رویکرد جامع نه تنها دانش نظری را با کاربردهای عملی مرتبط می کند، بلکه درک عمیق تری را برای ماهیت بین رشته ای بیوانفورماتیک ایجاد می کند. پیشرفت روزافزون در مطالعات اومیکس راه های بی سابقه ای را برای درک ساختارهای بیولوژیکی آشکار کرده است. این افزایش جرقه یک دگرگونی انقلابی را در این زمینه ایجاد کرده است و مطالعات آبزیان را فراتر از قلمرو موجودات فرضی سوق داده تا مجموعه ای از حیات دریایی در حال گسترش را در بر بگیرد. در خط مقدم این اکتشاف دریایی، تمرکز اصلی پژوهش بر روی وظیفه عملی کشف آنزیم های جدید در محیط های دریایی است. این تحقیق به مفهوم پیشرفته متاژنومیکس می پردازد، روشی معاصر که افق های بیوتکنولوژی را با ترکیب میکروارگانیسم های غیرقابل کشت در حوزه کاری خود گسترش می دهد. جنبه حیاتی این تحقیق شامل معرفی یک کاوشگر غربالگری کتابخانه کیهانی ویروسی است که به چالش های ناشی از مطالعه میکروبیولوژی دریایی و مهندسی زیستی پاسخ می دهد. این مدل برای رمزگشایی الگوهای ژنتیکی میکروارگانیسم های دریایی استفاده می شود و درک فرآیندهای بیوشیمیایی آنها را غنی تر می کند. این مقاله به دقت اهداف میکروبیولوژی دریایی و پروژه های مهندسی زیستی را مشخص می کند و بر نیاز به تلاش مشترک برای دستیابی موفقیت آمیز به آنها تاکید می کند. این تحقیق اهداف را ترسیم می کند و یک نقشه راه استراتژیک برای اجرای آنها از طریق یک رویکرد مشارکتی هم افزایی ارائه می دهد.

    مواد و روش ها

    این رویکرد، تجربیات و دستاوردهای دانشمندان و محققان را تجمیع می کند و محیطی را برای اکتشافات مهم ایجاد می کند. تلفیقی از تکنیک های تحقیق تجربی، مهارت مخاطبین و دانشجویان را در بیوانفورماتیک بنیادی افزایش می دهد و ذهنیت حل مسئله را در آنها القا می کند که برای پیمایش پیچیدگی های تحقیقات زیست شناسی معاصر ضروری است.

    نتیجه گیری

    ادغام آموزش عملی، همراه با اکتشاف روش های پیشرفته مانند متاژنومیکس، تغییر پارادایم در مطالعه میکروبیولوژی دریایی و مهندسی زیستی را نشان می دهد. این تحقیق به افزایش دانش در این حوزه ها کمک می کند و بر اهمیت تلاش های مشترک در پیشبرد مرزهای اکتشاف علمی تاکید می کند.

    کلیدواژگان: بیوتکنولوژی، بیوانفورماتیک، دریایی، نوآوری های پایدار
|
  • Amin Arjmand, Mohsen Ebrahimi * Pages 1-18
    Objective

    ‎‏ ‏The purpose of this research is to investigate the efficiency of the ISSR molecular marker in ‎distinguishing the studied watermelon populations, to determine the degree of similarity and genetic ‎distance of the populations in order to use the phenomenon of heterosis and to select suitable parents in ‎watermelon hybrid seed production programs.‎

    Materials and methods

    In this research, the genetic diversity of 24 different watermelon populations ‎from all over Iran was investigated using 10 ISSR primers. DNA extraction was done using the CTAB ‎method. After PCR, molecular data were scored as zero and one. Indexes related to markers include ‎total number of bands, number of polymorphic bands, polymorphic percentage, marker index (MI), ‎resolution strength index (RP) and polymorphic information content (PIC). It was measured. In order to ‎perform cluster analysis, NTSYS and Excel software were used, and GenALEx software was used to ‎analyze the molecular variance and to analyze the main coordinates.‎

    Results

    In this research, a total of 202 bands were produced, of which 184 were polymorphic bands. ‎The average number of total bands and polymorphic bands in this study was 20.2 and 18.4, respectively. ‎The highest percentage of polymorphism was related to the ISSR6 primer with 100% and the lowest ‎polymorphism was related to the ISSR5 primer with 80%. The average percentage of polymorphism in ‎this study was also 0.90. The value of PIC index in this research varied between 0.26 and 0.44 and the ‎average PIC was 0.35. After cluster analysis, the studied populations were divided into five groups at a ‎similarity level of 55%. The results of molecular variance analysis and principal coordinate analysis in ‎the studied populations showed that 14% of the variation is between the studied populations and 86% ‎of the variation is within the studied populations. The results of analysis to main coordinates also ‎confirmed the results of cluster analysis‏.‏

    Conclusion

    According to the obtained results, the ISSR molecular marker has the necessary efficiency ‎to distinguish the studied populations, and on the other hand, considering the considerable genetic ‎diversity between and within the studied populations, the genotypes used in this research can be ‎considered as the population The first one was used in watermelon hybrid seed production programs ‎and also Faryab and Minab populations can be used as cross parents considering that they had the least ‎genetic similarity in order to use heterosis in watermelon hybrid seed production projects.‎‏ ‏

    Keywords: Genetic distance, genetic similarity, heterosis, hybrid
  • Shokoofeh Khandani, Reza Gholi Mirfakhraee *, Ghasem Mohammadi Nejad, Sommayeh Sardouei-Nasab Pages 19-44
    Objective

    Late spring cold stress in the early reproductive growth of wheat causes damage due to a sudden drop in temperature. The genetic diversity of plants determines their potential to increase efficiency and, as a result, their use in breeding programs. This study was conducted with the aim of evaluating population structure, diversity of wheat genotypes, and selection of superior genotypes under cold and normal stress conditions.

    Materials and methods

    Sixty-seven bread wheat genotypes were evaluated through pot cultivation in the field under two normal conditions and late spring cold stress. The experiment followed a randomized complete block design with two replications. Stress was applied by transferring the pots to a growth room with a temperature of -3ºC at the beginning of the reproductive stage. Phenotypic traits, including performance and performance components, were measured. Genotyping was done using a single nucleotide polymorphism (SNP) array with 9K density. A total of 17,093 SNP markers were used in this study.

    Results

    The polymorphic information content for SNP markers ranged from 0.03 to 0.38, with an average of 0.26. Population structure analysis grouped the genotypes into five subpopulations. Molecular variance analysis showed that 75% of the observed variance in the population was related to intra-population differences. The studied genotypes were divided into four groups based on SNP markers and five and six groups based on phenotypic traits under normal and stress conditions, respectively. The genotypes in the first group, which exhibited higher average traits than other groups under stress conditions, were identified as tolerant to late spring cold.

    Conclusions

    The results indicated that main spike weight, seed yield per plant, seed weight in main spike, and weight of 100 seeds were the most important factors for grouping under late spring cold stress conditions. The calculated molecular indices, including marker indices and diversity indices, demonstrated that the SNP markers used performed relatively well in calculating genetic diversity within the studied population. In cluster analysis based on the genotypic matrix, cold-tolerant genotypes formed separate groups, indicating different tolerance mechanisms among these genotypes. These findings provide useful information for wheat breeders regarding the selection of diverse genetic resources to improve cold tolerance.

    Keywords: Molecular variance analysis, analysis into principal components, clustering, molecular index of diversity
  • Pari Andaz, Morad Jafari * Pages 45-68
    Objective

    Bevacizumab (trade name Avastin®) is a humanized monoclonal antibody (mAb) that is widely used in the treatment of various cancers. It is one of the most expensive and best-selling cancer drugs in the world. Bevacizumab is produced by recombinant DNA technology in a mammalian expression system, the Chinese hamster ovary. In recent years, plant expression systems have attracted global attention due to their various benefits for producing recombinant pharmaceutical proteins. The successful expression of the mAbs is dependent on the proper folding and assembly of the light chains (LC) and heavy chains (HC). The efficient and controlled co-expression of the peptide chains is an essential consideration in designing antibody expression vectors. This study aimed to construct a plant expression vector for the simultaneous expression of HC and LC peptide chains of bevacizumab mAb using the IntF2A fusion domain.

    Materials and methods

    In order to construct the recombinant vector, the sequences of genes encoding bevacizumab and IntF2A were codon-optimized and artificially synthesized for expression in tobacco plants. The bicistronic recombinant vector was constructed by the routine restriction digestion-ligation method. Finally, the recombinant construct was used for the transient expression of bevacizumab in tobacco plants through agroinfiltration approach. RT PCR analysis was used to determine the presence of transgene transcripts. The production and accumulation level of the recombinant antibody was evaluated through western blotting analysis.

    Results

    Recombinant plasmid construction is verified by colony PCR, restriction digestion, and sequencing analyses. Expression of the transgenes as a single-transcript unit was confirmed by RT-PCR analysis. Western blot analysis showed the production of the full-length heterotetrameric antibody in agroinfiltrated leaves. The level of antibody accumulation was estimated at an average of 67.20 mg of bevacizumab per kg of fresh weight (3.36% TSP).

    Conclusions

    The results showed that the IntF2A-based bicistronic vector provides an efficient simultaneous expression of genes encoding the polypeptide chains of antibody and high accumulation of the full-length mAb in plant cells. The constructed vector can be used for the possibility of development and manufacturing of bevacizumab antibody in plant expression system.

    Keywords: Agroinfiltration, Bevacizumab, Bicistronic vector construction, IntF2A, Tobacco
  • Milad Hosseini, Hossein Moradi Shahrbabak * Pages 69-86
    Objective

    When continuous selection is carried out over years, it creates effects on the genome level, which can be detected by using some strategies. This study was carried out with the aim of scanning the whole genome to identify regions of the genome in Thoroughbred and Turkoman horses that have been targeted by natural or artificial selection.

    Materials and Methods

    DNA was extracted from blood samples using the optimal salt method. The quality and quantity of extracted DNA of all samples was determined by nanodrop device with absorption ratio on DNA solution. For this purpose, 44 Thoroughbred horses and 67 Turkoman horses were genotyped by genomic arrays of 60k SNP chips. By two general methods of population differentiation and linkage disequilibrium methods, the selection signatures at the genome level were looked into. In order to identify the population genetic structure of the studied animals, principal component analysis was done in R program.

    Results

    The study of population differentiation using the fixation index method (Fst) corrected for the sample size (θ) showed that there are evidences of selection in several loci in these two breeds. A number of five genomic regions were identified in which there were signatures of selection. These areas are located on chromosomes 4, 5, 10, 13 and 15. In order to evaluate the signatures of selection based on linkage disequilibrium methods, the extended haplotype homozygosity test (EHH) was used. The results confirmed the existence of population segregation in these genomic regions. Finally, the investigation of QTLs in the bovine orthologous regions showed that these regions are related to the traits of body length, body weight, chest depth and other important economic traits in horses.

    Conclusions

    The present research was effective in identifying regions of the genome of the two breeds of Turkoman and Thoroughbred horses being divergently selected, and identifying the genes that exist in these regions. Also, useful information was obtained on the existence of genetic diversity and signatures of selection between these two horse breeds.

    Keywords: genomic scanning, selection signature, Thoroughbred horse, Turkoman horse, segregating population
  • Bahman Bahramnejad *, Neda Zandinava, Hemn Salehi Pages 87-104
    Objective

    Exendin-4 (Ex4) is a 39-amino acid peptide isolated from the salivary secretions of the lizard Heloderma susceptum and it has similar biological function as glucan-like peptide (GLP-1) receptor. The most important physiological role of GLP-1 is to regulate the amount of glucose metabolism by reducing the entry of glucose into the cells. Transgenic plants can be used as factories for the production of recombinant proteins. In order to maximize the efficiency of transgenic plants, the expression of foreign genes can be regulated in terms of time and place under the regulation of different promoters. Considering the nutritional value of carrot tuber and its fresh consumption, in this study, CTBEx4 gene was expressed in carrot plant using a root-specific promoter. In this study, in order to specifically express the CTBEx4 gene in carrot root, the Major Latex-Like promoter (MLL) related to the specific expression in sugar beet storage root tissue was replaced by the CaMV35S promoter in the pBI121 construct and were used for the transformation of carrot explants.

    Materials and methods

    Using the CTAB method, DNA was extracted from the leaves of the sugar beet plant, then the PCR reaction was performed using specific MLL primers. The obtained fragment was replaced by the CaMV35S promoter in the pBI121 construct using restriction enzymes. Both pBI121-Mll-CTBEx4 and pBI121-CamV35S-CTBEx4 constructs were used to transform carrot leaf explants using Agrobacterium tumefaciens bacteria. Transgenic explants were indirectly regenerated into plants in MS culture media in vitro and then transferred to pot. Finally, the CTBEx4 gene expression of the transgenic plants was analyzed at mRNA and protein levels using RT-PCR and ELISA.

    Results

    The results of the expression analysis using RT-PCR and ELISA methods indicated that the expression of CTBEx4 gene in carrot root tissue was regulated by MLL promoter, while no expression was observed in leaf tissue. Also, the results showed that the CTBEx4 gene was expressed under CaMV35S promoter regulation in both root and leaf tissues, but its expression in roots was lower (30%) than that under MLL promoter regulation. The obtained results indicated the ability of the MLL promoter to specific expression the CTBEx4 gene in the roots of carrot plants.

    Conclusions

    The MLL promoter was able to express the CTBEx4 gene in the root tissue of carrot plants at the mRNA and protein level, Also, CTBEx4 protein under MLL promoter had higher expression level compared to CaMV35S promoter.

    Keywords: Exendin-4, constant expression, MLL promoter, CTB
  • Abbas Saidi *, Zahra Hajibarat, Mehdi Safaeizadeh Pages 115-134
    Objective

    Coronatine insensitive 1 (COI1) gene, insensitive to bacterial toxin, the main member of jasmonates (JAs), is closely related to biotic and abiotic resistance of plants. COI1 gene acts as the main controller of plant responses regulated by JA. To better understand the molecular basis of JA function, mutant and wild type in Arabidopsis were investigated under biotic and abiotic stresses.

    Materials and methods

    In this research, coi1 gene mutation and wild type were evaluated under Pseudomonas aeruginosa, IAA, ABA, salinity and drought stresses. Also, the physiological traits of mutant and wild type were investigated under the mentioned stress. In addition, the expression profile of JA-related genes in Arabidopsis leaves under five stresses was analyzed.

    Results

    The expression level of five genes in the leaves decreased in the mutant and increased in the wild type. The transcript levels of five genes related to (JA fatty acid desaturase, defective anther opening 1, allene oxide synthase, PDA reductase and 13-lipoxygenase) were well correlated with JA accumulation under five stresses. Compared to the wild type, the activities of catalase (CAT), peroxidase (PRO) and ascorbate peroxidase (APX) were high in coi1 mutant leaves under five stresses. Under these stresses, Arabidopsis plants produce much higher levels of anthocyanins in the wild type compared to the coi1 mutant. The expression of other anthocyanin biosynthetic genes was also induced by JA and dependent on COI1. These results showed that jasmonates may regulate the growth of Arabidopsis. For the first time in this study, the effect of Pseudomonas aeruginosa in coi1 mutant and wild type has been compared. The findings of the present study showed that Pseudomonas aeruginosa had the effect of cronotine by strengthening a COI-dependent pathway for pathogen proliferation, and the wild type had a high gene expression of jasmonic acid compared to the mutant. These results confirmed that the COI pathway was caused the proliferation of pathogens and the mutant type is more resistant to Pseudomonas aeruginosa than the wild type.

    Conclusions

    The results of the present study provide new insight into JA accumulation and its potential roles during development. These results indicated that jasmonate biosynthesis and signaling could be regulated by a complex regulatory network

    Keywords: Anthocyanin, peroxidase, biological, Catalase
  • Bahareh Pakbaten, Hassan Kermanshahi *, Farhid Hemmatzadeh, Reza Majidzadeh Heravi, Ali Javadmanesh Pages 135-154

    Phytases are classified as 3-phytases (E.C.3.1.3.8), 5-phytases (E.C. 3.1.3.72) and 6-phytases (E.C. 3.1.3.26) based on the position of the first phosphate residue removed from the myo-inositol ring of phytate. Yeasts are particularly suited to expression of foreign proteins for numerous features mean while some of them shows probiotic properties. Pichia pastoris, has been developed for the production of various recombinant proteins and growth into high cell densities in an inexpensive medium. Accordingly, Pichia pastoris is an appropriate secretory system for obtaining larger quantities of correct products, in compared to other host cells. The coexpression of digestive enzymes in a single recombinant cell system would thus be advantageous. The objective of this study is to determine whether combining fungal phytases (3-phytase) with bacterial phytase (6-phytase) was more effective than each phytase alone in degrading of plant phytate. we tested the new vector, aimed to clone and coexpress the phytase genes isolated from E. coli and aspergillus niger and transformed into Pichia pastoris. Evaluations were made for the biochemical properties of the active expressed phytase.

    Methods

    The nucleotide sequence of phyA and appA2, 2a peptide and alpha factor were obtained from NCBI database. A coexpression system for the extracellular production of phytase of Aspergillus Niger (3-phytase) and phytase of E. coli (6-phytase) will be established in Pichia pastoris yeast. Plasmid that used in this study was pPIC9k. The genes for each enzyme are fused in-frame with the “a-factor” secretion signal and linked by the 2A-peptide-encoding sequence. After receiving the synthetic plasmid with fragments, plasmid that contained phyA and appA2 was cloned in DH5@ and after that digested by SacI and electrotransfered into Pichia pastoris. Positive cells are resuspended at BMMY containing methanol as an inducer. To follow the induction, methanol was injected into the culture every 24 hours in order to reach a definitive concentration of 0.5 percent. The recombinant protein was analyzed using sds-page.

    Result

    The results showed that the recombinant phytase gene was transferred to Pichia pastoris and the results of PCR confirmed that. The molecular weight of the produced recombinant phytases was estimated to be around 45 and 80 kDa for appA and phyA, respectively. The recombinant protein has phytase activity equal to 160.97 U/mlConclusions;The designed phytase genes containing phyA and appA were successfully cloned in DH5a and the recombinant plasmid was transferred to Pichia pastoris for high expression. Recombinant yeast will be used for further experiments.

    Keywords: Phytase enzyme, Pichia pastoris, poultry, recombinant protein
  • Fahimeh Ghaemizadeh, Farshad Dashti *, Amir Mousavi Pages 155-174

    Most of the garlic clones are non-bolting and sterile and propagate asexually; however, some of the clones are bolting, and there are some fertile clones among the bolting ones. A correct understanding of the MADS-BOX genes family expression pattern and structure, including AGL6, is a valuable project and will improve garlic breeding programs. So far there are no reports relating AGL6 identification as a flowering and fertility integrator gene in garlic. So the aim of this study is to investigate the relative expression of AGL6 in Iranian bolting, semi- and non-bolting garlic clones and to identify its structure and nucleotide sequence.

    Materials and Methods

    At first the relative expression of the AGL6 was investigated in the different organs of non-bolting, semi-bolting and bolting Iranian garlic clones using quantitative Real time- PCR. Then the isolation and cloning of the AGL6 partial sequences from the garlic floret was carried out using RT-PCR. The sequence of the recombinant plasmid was evaluated using BLAST, Vector NTI, ORF finder and MEGA6 software.

    Results

    According to the obtained results, AGL6 was expressed in the meristem, inflorescence, tepal and carpel of green and purple flowers of the bolting garlic. But there was no sign of its expression in the stamen. AGL6 expression level in the meristem of bolting garlic was higher than the meristem of the semi-bolting and non-bolting garlic in all sampling stages, especially in the flowering induction stage. AGL6 was also expressed in the inflorescence of the semi-bolting and bolting garlic, but its expression in the inflorescence of the semi- bolting garlic was 4 times less than the inflorescence of the bolting garlic. Sequence analysis of the colonized fragment showed the coding region with a 728 bp length, which was registered in the NCBI database with the accession number of OK086759.1. This nucleotide sequence encodes a protein with 243 amino acids and has MADS-box and K-box domains. Results showed the high similarity of the sequence obtained in this research with other AGL6 gene homologues in other plant species, especially petaloid monocots such as onion, lily, narcissus and saffron in NCBI. Hence the resulting sequence was named AsAGL6.In this research, for the first time, the expression pattern of a key gene of the flowering and fertility pathway (AsAGL6) and its nucleotide structure were determined in garlic. The results of this research can be effectively used in the design of classical and molecular garlic breeding programs.

    Keywords: cloning, Fertilization, Flowering, MADS-BOX gene family, Real -Time PCR
  • Zohreh Heydari-Tootshami, Hooman Salari * Pages 175-194
    Objective

    This study was conducted to investigate the genetic diversity of tomato’s cultivars in Iran. Moreover, the efficiency and the application of ISSR molecular markers in evaluating tomato diversity were assessed.

    Materials and Methods

    Ninety-nine tomato cultivars, including previously popular, prevalent and cultivars under study for cultivation in Iran were evaluated. Accordingly, 20 ISSR primers were practiced. DNA isolation were carried out using the fresh leaf samples and then determined the quantity and quality of extracted DNA. After PCR, the amplicons were separated by horizontal electrophoresis. The gels were stained with ethidium bromide and visualized in a UV transilluminator for subsequent analysis in digitalized images. The obtained information was analyzed via statistical software.

    Results

    Amongst 20 primers were applied, the 17 primers were polymorphic. They have made 275 polymorphic amplicons which size's varied from 250 to 3000 base pair (bp). The average polymorphism rate was 97% and nine primers were 100% polymorphic. Having high polymorphic information content, marker index, effective multiplex ratio, and resolution power, UBC 879 primer was properly effective in differentiating the cultivars. The mean Jaccard similarity coefficient was 0.41. The highest genetic similarity was observed between cv. H1423 and cv. Kimia while the lowest genetic similarity was between cv. Lina and cv. Pil ZTP1; 0.96 and 0.13 respectively. The UPGMA algorithm was applied in cluster analysis based on Jaccard similarity coefficient. This analysis grouped cultivars into five clusters. According to the analysis of molecular variance (AMOVA), the distinction between the formed groups was significant. In this study about 35% of the data variation was explained by the first and second components. The overall grouping pattern of clustering corresponds with principal component analysis. The cultivars were divided into five groups. By providing spatial representation of relative genetic distances among individuals, PCA analysis determined the consistency of differentiation among cultivars. cv. Lina and cv. ZTP8 were placed in one group alone and have the greatest genetic distance from other varieties.

    Conclusions

    This research claimed that Iranian tomato cultivars to some extent have high genetic diversity. In addition, it has been shown that ISSR molecular markers are appropriate for investigating the genetic diversity amongst tomato genotypes due to generation of high level of polymorphism. Thus, these markers have substantial efficiency in distinguishing tomato genotypes.

    Keywords: Iran, microsatellite, Cluster analysis, Solanum lycopersicum L
  • Hossein Mohammadi *, Hossein Moradi Shahrbabak Pages 195-208

    First lambing age and lambing interval are among the most important reproductive traits affecting profitability of sheep breeding systems. The present study aimed to conduct a genome wide association studies (GWAS) for identifying the loci associated with first lambing age and lambing interval in Zandi native sheep using the 50K arrays.

    Materials and methods

    For this purpose, phenotypes records and genotypic data related to first lambing age and lambing interval were obtained from 96 Zandi sheep. Different steps of quality control and identification of independent SNP markers were performed by PLINK software. After quality control, 94 animals and 36070 markers were identified for further analysis. Genome wide association study was performed with reproductive traits using GEMMA software. Using the Genome Data Viewer software from NCBI database based on last assembly (ARS-UI_Ramb_v2.0) the SNP were assigned to genes if they were within the genomic sequence of the gene or within a flanking region of 300 kb up- and downstream of the gene. Finally, from online bioinformatics databases for the assignment of the genes to functional categories, DAVID and PANTHER databases were used.

    Results

    In this research, seven SNP markers on chromosomes 1, 2, 3, 6, 11 and 23 were identified. Also, we identified different sets of candidate genes related to reproductive traits: UMPS, ITGB, SMARCAL1, APAF1, UGT8 and ST8SIA5 in Zandi sheep. Some of the found genes, are consistent with some of the previous studies related to reproductive traits. Some of the genes were found are consistent with some previous studies and to be involved biological pathways related to fertilization, ovulation rate, estrogen biosynthesis, conception rate, skeletal muscle development, early development of the fetus and puberty.

    Conclusion

    The results of our research can be used to understand the genetic mechanism controlling reproductive traits and considering, this study supported previous results from GWAS of reproductive traits, also revealed additional regions, using these findings could potentially be useful for genetic selection in sheep for age at first lambing.

    Keywords: Association analysis, Genome region, reproductive traits, sheep
  • Seyede Nasim Tabatabeipour, Behrouz Shiran *, Rudabeh Ravash, Ali Niazi, Esmaeil Ebrahimie Pages 209-234
    Objective

    The objectives of genetic and metabolic engineering can be greatly advanced through comprehending the molecular processes of the stress response. Researchers may access an abundance of data through transcriptome studies. Using advanced statistical methods such as meta-analysis to integrate data from many sources offers a new way to find differentially expressed genes (DEGs), get beyond biological complexity, and provide more accurate results. The current work used transcriptome data from RNA-seq meta-analysis to uncover Catharanthus roseus DEGs in response to stressors and the production of important secondary metabolites.

    Materials and methods

    The EMBL-EBI database provided the RNA-seq data, which was then pre-processed and mapped quality reads using STAR software to the reference genome of C. roseus. Each data set's changes in gene expression were examined independently using the edgeR package, and the output from these analyses was then utilized for a meta-analysis with the use of the metaRNAseq program. Key genes in reaction to stress and pathways were finally examined, along with the biological function and biological pathways involved in the different and significant expression of these genes in response to stress. Co-expression analysis was carried out using the WGCNA software and hub genes associated with stress response and the production of important plant-related metabolites were found.

    Results

    The findings of the meta-analysis show that 772 genes with average expression log2FC≥|1 and FDR≤0.05 were found, and that 305 and 467 of these genes, respectively, had up- and downregulated expression under stress. Of these, only a meta-analysis enables the identification of 27 genes that were not identified as DEGs in individual analyses. The functional enrichment results of DEGs demonstrate their crucial importance in metabolic processes, response to stimuli, and cellular processes. They also lead multiple pathways, such as the MAPK signaling pathway, the biosynthesis of secondary metabolites, the transduction of plant hormones, and metabolic pathways under stress. Through co-expression network analysis, stress-responsive hubs genes and associated with the TIA biosynthesis pathways were found that may be potential genes involved in the synthesis of therapeutic compounds exclusive to plants.

    Conclusions

    In this study, we identified key and novel genes by investigating the molecular responses of C. roseus plant under various stresses using meta-analysis and systems biology approaches. These genes have the potential to be employed as candidate genes in genetic and metabolic engineering projects aimed at enhancing the plant's capability to produce therapeutic metabolites in the future.

    Keywords: Catharanthus roseus, RNA-Seq, meta-analysis, Stress, Terpenoid Indole Alkaloids
  • Shima Bourang, Sodabeh Jahanbakhsh Godehkahriz *, Rasool Asghari Zakaria, Hamed Parsa, Mehran Noruzpuor, Calahorra Jesús Pages 235-266
    Objective

    Breast cancer is still the most common cancer among women all over the world. Using surgery, chemotherapy, and radiation therapy is known as the best traditional method to treat this disease. In recent years, with the advancement of nanotechnology in medical science and treatment, new methods of cancer treatment have been investigated. Considering the medicinal and therapeutic properties of F.vulgare due to the presence of valuable compounds such as flavonoids for the treatment of cancer, in this research, first, the morphological and structural characteristics of metal nanoparticles biosynthesized from the aqueous extract of F.vulgare were discussed, then the antioxidant and anticancer properties of essential oil, aqueous extract of this plant and the biosynthesized nanoparticles were investigated.

    Materials and methods

    In this research, after the biosynthesis of iron, copper, zinc, and silver nanoparticles from the aqueous extract of fennel plant (F. vulgare) and their properties in terms of size with XRD and confirmation of the structure by FTIR, the amount of secondary metabolites, the amount of antioxidant and anticancer activity of the essential oil And the aqueous extract of fennel plant (F. vulgare) and iron, copper, zinc and silver nanoparticles biosynthesized from it were evaluated on the Sum-159 and the Hs-578T cell lines.

    Results

    According to the results obtained from DLS of biosynthesized metal nanoparticles, the sizes of iron, copper, zinc, and silver nanoparticles were 35, 32, 33, and 34 nm, respectively. The results of FTIR also confirmed the existence of the synthesized metal nanoparticles. Also, according to the results of HPLC and spectrophotometry, the presence of biochemical compounds such as flavonoid and anthocyanin and metabolites such as rutin, quercetin, and kaempferol in the aqueous extract of fennel plant was confirmed. In terms of antioxidant activity, a significant difference was observed between different treatments, it was also observed that with the increase in the concentration of the treatments, the amount of their antioxidant activity also increased, and the highest amount of antioxidant activity of each treatment was related to the highest concentration of each treatment. The highest amount of antioxidant activity (87.41%) was related to copper nanoparticles at a concentration of 500 mg/ml. In terms of the IC50 value of the mentioned treatments, it was also found that the Sum-159 cell line had higher resistance compared to the Hs-578T cell line against equal concentrations of different treatments.

    Keywords: Aqueous extract, Breast cancer, F. vulgare, Hs-578T, and Sum-159
  • Aman Chandrakar *, Hemlata Dewangan Pages 267-282

    Over the course of evolution, the immune system has finely tuned itself into a formidable defense mechanism against infectious agents. A fundamental aspect of its functionality lies in the ability to discern between self and nonself, crucial for triggering immune responses. However, cancer disrupts this equilibrium, characterized by aberrations in the DNA code that empower cells to proliferate uncontrollably while evading immune surveillance. Immunotherapy emerges as a promising avenue, seeking to train the immune system to identify and eradicate these rogue cancer cells, thereby presenting a novel strategy in the battle against cancer. Despite the effectiveness of immune checkpoint inhibitors across various advanced cancer types, the overall response rate in individuals undergoing such treatments hovers around thirty percent. Recognizing the need for advancements, recent research delves into nanoparticle-based approaches aimed at enhancing cancer therapies and vaccinations. The focus centers on developing biotechnology that employs durable artificial nanoparticles to transform cancerous cells into tumor-based Antigen-Presenting Cells (APCs). This transformative process involves stimulating coexpression of costimulatory molecules and immunostimulatory cytokines. What distinguishes this nanomedicine is its capacity to induce a generalized tumor-specific and cell-mediated immune response without assuming specific antigens expressed by tumors. This innovation holds tremendous potential for advancement in translational medicine, offering a versatile and adaptive solution to the challenges posed by cancer immunotherapies. By leveraging the capabilities of artificial nanoparticles, researchers aspire to elevate the efficacy of cancer treatments and propel the field towards a new era of more targeted and potent interventions. In conclusion, the intricate interplay between the immune system and cancer underscores the necessity for innovative therapeutic approaches. The exploration of nanoparticle-based strategies represents a frontier in cancer research, holding the promise of refining immunotherapies and ushering in a new era of precision medicine for the benefit of patients grappling with this complex and formidable disease.

    Keywords: Nanoparticle, Cancer, Immunotherapy, Genetic Engineering
  • Kumar Shwetabh *, Asha Ambhaikar Pages 283-299

    In the realm of biotechnological enhancement of common beans, an imperative challenge lies in devising a reliable and effective in vitro regeneration strategy, given the inherent difficulty of regenerating this crop in laboratory settings. This research, aiming to address this challenge, leverages the power of Machine Learning (ML) models, specifically employing algorithms for Artificial Neural Networks (ANN). The primary objective is to establish an efficient and repeatable in vitro regeneration process while simultaneously optimizing and predicting future outcomes. The study incorporates various variables such as bean genotype, explants, and different doses of 6-benzylaminopurine (BAP) and CuSO4. A Recurrent Regression Neural Network (RRNN) is employed to model and anticipate the results of in vitro crop regeneration, specifically focusing on common beans. The experimental setup involves preconditioning common bean embryos with 10, 15, and 20 mg/L BAP for 25 days, followed by growth in a post-treatment environment comprising 0.3, 0.6, 0.9, and 1.2 mg/L BAP for 7 weeks. Subsequently, the plumular apice is isolated for in vitro regeneration. Notably, the RRNN model is also integrated with a Genetic Algorithm (GA) to optimize the regeneration process further. The results are compelling, with RRNN exhibiting the lowest Mean Squared Error (MSE) of 0.061, signifying superior predictive accuracy in total regeneration. In comparison, Support Vector Regression (SVR), Random Forest (RF), and Extreme Gradient Boosting (XGB) models exhibit higher MSE values of 0.081, 0.081, and 0.097, respectively. These findings underscore the efficacy of the RRNN algorithm, outperforming other models across all parameters. The superior performance of RRNN suggests its potential application in making precise predictions regarding common bean regeneration. In the context of a common bean breeding program, these outcomes can be harnessed to optimize and predict plant tissue culture methods, thereby enhancing biotechnological techniques employed in the cultivation of common beans. The integration of ML models, particularly RRNN, stands as a promising avenue for advancing crop regeneration strategies and contributing to the efficiency of biotechnological interventions in agriculture.

    Keywords: Breeding, RNN, Machine Learning, Genetic Algorithm, Common bean
  • Jitendra Sinha *, Krishna Sahu Pages 301-318

    Nanotechnology, the manipulation of matter at the anatomical and molecular levels, has paved the way for the creation of materials with unique and enhanced properties. One of its significant applications is in the realm of nano-biotechnology, where various subfields, such as nanostructures, play a crucial role in fields like biotechnology and structural and cellular genomics. Nano-biotechnology offers a groundbreaking approach to research by allowing scientists to introduce chemicals and components into cells and fabricate novel materials through innovative techniques like assembling. Particularly noteworthy is its contribution to the in vivo administration of Nucleic Acid (NA) therapeutics. Advanced nanoscale biotechnology strategies have played a pivotal role in this domain by providing precise control over crucial parameters such as dimension, charge, drug loading, and response to external signals of delivery transporters. The integration of cutting-edge nanoscale biotechnology in the field of cancer immunotherapy holds significant promise for overcoming obstacles in NA treatment. This involves addressing challenges related to the clinical and preclinical research of different nanocarriers. This article serves as a concise overview, delving into the characteristics and encountered difficulties associated with various nanocarriers during clinical and preclinical investigations. The paper discusses a range of NA methods and elucidates how state-of-the-art nanoscale biotechnology actively supports and enhances NA treatment. By manipulating the physical and chemical attributes of delivery transporters, nanotechnology allows for the optimization of therapeutic outcomes, making it an invaluable tool in the advancement of medical research. In conclusion, the marriage of nanotechnology and biotechnology, specifically in the field of nano-biotechnology, opens up new avenues for scientific exploration and medical advancements. The precision and versatility offered by nanoscale techniques hold immense potential in revolutionizing the landscape of NA therapeutics, paving the way for more effective and targeted treatments. The ongoing progress in cutting-edge Nanobiotechnology (N-Bio-Tech) exemplifies the relentless pursuit of solutions to some of the most significant challenges in medical science, particularly in the realm of cancer immunotherapy.

    Keywords: Cancer Immunotherapy, Biotechnology, Nanotechnology, Nucleic Acid
  • Deepak Kumar Sahu *, Lakhan Lal Kashyap Pages 319-335

    The dairy industry, a prolific producer of waste and by-products, boasts a diverse array of goods that contribute significantly to our daily diet. However, the copious waste generated in the process, characterized by high Chemical Oxygen Demand (COD) and a rich nutrient profile comprising lactose, proteins, and fats, necessitates exploration of alternative biotechnological applications. This exploration is particularly crucial when considering both aerobic and anaerobic processing methods. Probiotic food items, having garnered widespread consumer acceptance, are experiencing substantial growth in the nutritional food industry. Recognizing this trend, the food industry is actively engaged in expanding the scope of probiotic meals beyond traditional dairy products. This expansion holds promise for delivering numerous health benefits to consumers. Consequently, this research delves into the extensive range of dairy products available, elucidating ways to harness by-product waste from the dairy industry. However, this pursuit is not without its challenges. Microbiologists, engineers, and technologists face hurdles in preventing the infiltration of unwanted microbes during processing. The study not only examines the methods to eliminate these intruding microbes and their digestive enzymes but also addresses the intricacies involved in thwarting the development and operations of any surviving microorganisms following treatment. Probiotics, known for their positive impact on gut health, have found application in various food matrices, extending beyond dairy to encompass non-dairy products. The research underscores the versatility of probiotics and their adaptability to different food categories. Furthermore, it briefly touches upon the innovative utilization of byproduct waste, converting what would otherwise be considered trash into valuable resources. In conclusion, the dairy industry's waste management presents a dual opportunity: to mitigate environmental impact through responsible waste disposal and to extract valuable nutrients for application in diverse biotechnological realms. This comprehensive exploration contributes to our understanding of the potential of dairy waste by-products, shedding light on sustainable practices and innovative applications that align with the evolving landscape of the nutritional food industry.

    Keywords: Food industry, Biotechnology, Dairy, Sustainability
  • Birendra Kumar Sahu *, Chandrapratap Dhimar Pages 337-354

    Bioinformatics has evolved into an indispensable tool across various realms of biology, playing a pivotal role in advancing scientific pursuits. Despite its ubiquitous presence in traditional life science courses, integrating hands-on training with wet-lab investigations becomes imperative to foster student engagement and comprehension. This holistic approach not only bridges theoretical knowledge with practical applications but also cultivates a deeper appreciation for the interdisciplinary nature of bioinformatics. The ever-accelerating progress in omics studies has unveiled unprecedented avenues for comprehending biological structures. This surge has sparked a revolutionary transformation in the field, propelling marine studies beyond the realms of hypothetical organisms to encompass an expanding array of marine life. At the forefront of this marine exploration is the research's central focus on the practical task of unearthing novel enzymes in marine environments. The inquiry delves into the cutting-edge concept of metagenomics, a contemporary methodology that broadens the horizons of biotechnology by incorporating non-culturable microorganisms into its purview. A crucial facet of the research involves the introduction of a viral cosmid library screening probe, responding to the challenges posed by the study of marine microbiology and bioengineering. This innovative tool becomes instrumental in deciphering the genetic makeup of elusive marine microorganisms, further enriching our understanding of their biochemical processes. The paper meticulously delineates the objectives of marine microbiology and bioengineering projects, underscoring the need for a collaborative effort to achieve them successfully. In this context, the research not only outlines the goals but also provides a strategic roadmap for their implementation through a synergistic collaborative approach. This approach harnesses the collective expertise of scientists and researchers, fostering an environment conducive to breakthrough discoveries. The fusion of experimental research techniques enhances students' proficiency in fundamental bioinformatics, instilling in them a problem-solving mindset crucial for navigating the complexities of contemporary biological research. In conclusion, the integration of hands-on training, coupled with the exploration of cutting-edge methodologies like metagenomics, marks a paradigm shift in the study of marine microbiology and bioengineering. This research not only contributes to the growing body of knowledge in these domains but also underscores the significance of collaborative efforts in pushing the boundaries of scientific exploration.

    Keywords: Biotechnology, bioinformatics, Marine, Sustainable Innovations