Kafein ayıklama, enzimatik aktivite ve kafein Synthase bitki hücre kullanılamaz hale gelen gen ifadesi
Summary
Bu iletişim kuralı çıkarma ve miktar hücre süspansiyonlar C. arabica L., kafein için verimli bir metodoloji ve kafein synthase enzimatik aktivite ile ifade düzeyini değerlendirmek için deneysel bir işlem açıklar Bu enzimi kodlayan gen.
Abstract
Kafein (1,3,7-trimethylxanthine) bir pürin alkaloid popüler içecekler kahve ve çay gibi mevcut olduğunu. Bu Antimikrobiyal aktivite ve doğal bir böcek ilacı olarak kabul edilir çünkü bu ikincil metaboliti kimyasal bir savunma olarak kabul edilir. Kafein Ayrıca çevredeki bitkilerin büyüme engelleyen olumsuz allelopathic etkileri üretebilir. Buna ek olarak, dünyanın her yerinden insanlar kafein analjezik ve uyarıcı etkileri için tüketmek. Kafein teknolojik uygulamalar ilgi nedeniyle bu bileşik biyosentetik yol üzerinde araştırma büyüdü. Bu çalışmalar öncelikle kafein biyosentezi düzenleyen biyokimyasal ve moleküler mekanizmaları anlama üzerinde odaklanmıştır. Vitro doku kültürü biyosentetik bu yolu çalışmak için kullanışlı bir sistem haline gelmiştir. Bu makale için miktar kafein ve kafein synthase (CS) kodlama transkript düzeyleri gen (CCS1) ölçmek için adım adım bir protokol içinde hücre süspansiyonlar C. arabica L. hem de faaliyete anlatacağız.
Introduction
Kafein bitkilerin cins Coffea1tarafından uzarlar olan ikincil bir metaboliti olduğunu. Bu alkaloit methylxanthine ailesine ait ve bu patojenler ve otobur2,3olumsuz etkilerine karşı hareket edebilir çünkü bir kimya fabrikası savunma olarak kabul edilir. Buna ek olarak, bu metaboliti yaygın olarak tüketilen dünya çapında4,5kahve içecek uyarıcı özellikleri için sorumludur. Onun özellikleri nedeniyle, birkaç araştırma grubu biyosentetik yolu ve katabolizma kafein6,7okumak ilgilendi. Şu anda, bitki vitro hücre/doku kültürleri çeşitli biyotik ve abiyotik stratejileri8,9altında kafein birikimi değerlendirmek için bir alternatif olarak hizmet vermektedir.
Kafein biyosentezi içerir tarafından sipariş edilen Ntakip karşılık gelen riboz nükleozit hydrolytic açıklaması, 7-methylxanthine-methylations pozisyonlarda 3 ve 1. Belirli bir S– adenosyl metiyonin (SAM)-bağımlı N-Metiltransferaz (NMT) tromboksan metilasyonu pozisyonda 7, oysa theobromine synthase (TS) ve CS söz konusu olursa 3 – ve 1-methylations yılında, sırasıyla, theobromine üreten ve kafein. Genlerin farklı NMTs kodlama çalışma kafein üretim10,11düzenleyen mekanizması anlama izin verdi. N –metiltransferaz etkinliği olan CS, kafein11biyosentetik yolun son iki adımı tromboksan. Kahve ağacı fidan ışık radyasyon kafein biyosentezi artış sonuçlanır CS etkinlik artırabilir gösterilmiştir. Son zamanlarda, C. arabica L. ışık ışınlama altında hücre Süspansiyonlar bakım kafein8biyosentetik yolu etkileyen abiyotik stres faktörleri üretmek etkilerini değerlendirmek için en uygun koşul olduğunu gösterdi. Bu çalışmalarda elde edilen bilgileri kafein biyosentetik yolu çalışmanın tür vitro sistemlerde maksimize etmek için metabolik Mühendisliği ve sistemleri biyoloji uygulamaları olabilir.
Kafein biyosentezi incelenmesi için uygun bir model alma avantajları göz önüne alındığında, biz C. arabica L. çıkarma koşulları hücre süspansiyonlar kafeini için en iyi duruma getirilmiş Enzimatik aktivite yanı sıra organik kafein synthase bu enzim kodlama 1 (CCS1) gen tutanaklar düzeyini değerlendirmek için metodolojik adımları eğitim için yararlı bir protokolü geliştirmeye mümkündü. Burada, biz ayıklayın ve ince katmanlı Kromatografi ve Dansitometresi (TLC-Dansitometresi) tarafından C. arabica hücre süspansiyonlar kafein ölçmek için bir protokol raporu.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada içerik kafein değerlendirmek için en uygun koşulları mevcut, CS etkinlik ve transkript düzeyleri bir vitro doku kültürü, C. arabicahücre süspansiyonlar gibi bitki. Önceki raporlar Bakımı hücreleri ışık ışınlama altında ve theobromine kültür orta huzurunda kafein, kafein ayırma yöntemleri değerlendirmek edinerek düzeyini artırmak için uygun parametreler olduğunu doğruladı ters fazlı yüksek performanslı sıvı kromatografi (RP-HPLC) kullanarak. Şu anda hücre s?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bizim Laboratuvar çalışmalarını Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT 219893) SMTHS için bir hibe tarafından finanse edildi. Bu araştırma RJPK (No. 37938) CONACyT ve Sistema Nacional de Investigadores (4422) tarafından verilen bir arkadaş grubu tarafından da desteklenmiştir. Yazarlar CIATEJ Bu makale yazma sırasında onun teçhizatları kullanım için teşekkür ederiz. Özel teşekkür Dr Víctor Manuel González Mendoza tesisleri için moleküler biyoloji bölümü ve Valentín Mendoza Rodríguez, IFC, UNAM tüm öneriler için bu makalenin çekimler sırasında genişletilir.
Materials
| Murashige & Skoog Basal salt mixture | PhytoTechnology Laboratories | M524 | Packge Size: 50 L Reagent (mg/L) Ammonium Nitrate (1650) Boric acid (6.2) Calcium chloride, anhydrous (322.2) Cobalt Chloride•H2O (0.025) Cupric Sulfate•5H2O (0.025) Na2EDTA•2H2O (37.26) Ferrous Sulfate•7H2O (27.8) Magnesium Sulfate, Anhydrous (180.7) Manganese Sulfate•H2O (16.9) Molybdic Acid (Sodium Salt)• 2H2O (0.25) Potassium Iodide (0.83) Potassium Nitrate (1900) Potassium Phosphate, Monobasic (170) Zinc Sulfate•7H2O (8.6) Supplemented with myo-inositol (100) thiamine (10) cysteine (25) sucrose (30000) 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (3) 6-benzylamine purine (1) |
| Caffeine | SIGMA | C0750-5G | STANDARD-5g |
| Theobromine | SIGMA | T4500 | 20 g |
| CAMAG TLC Scanner-4 | CAMAG | 27.62 | |
| WinCATS Planar Chromatography Manager software | CAMAG | 1.4.10 | Software |
| Isoamyl alcohol (24:1) | SIGMA | C-0549 | 500 mL |
| Cyclohexane | JALMEX | C4375-13 | 1 L |
| Acetone | J.T. BAKER | 900643 | 4 L |
| Methanol | J.T. BAKER | 9093-03 | 4 L |
| Chloroform | JALMEX | C-4425-15 | 3.5 L |
| TLC silica gel 60 F254 | Merck | 1.05554.0001 | TLC plate |
| β-mercaptoethanol | M6250 | SIGMA | 100 mL |
| (+)-sodium L- ascorbate | A4034 | SIGMA | 100 g |
| Trizma base | SIGMA | T6066 | 1 Kg |
| Hydrochloric acid 36.5-38% | J.T. Baker | 9535-05 | 2.5 L |
| Pierce BCA Protein Assay Kit | Thermo scientific | 232227 | Kit |
| Methyl [3H]-S-adenosyl methionine | Perkin Elmer | NET155 | Specific activity of 15 Ci/mmol |
| Liquid scintillation vials | SIGMA | Z253081 | |
| Thermostatic bath/circulator | Cole Parmer | 60714 | |
| Micro centrifugue tube | Eppendorf | Tube of 1.5 mL | |
| Cryogenic vials | Heathrow Scientific | HS23202A | 2 mL |
| Centrifuge 5804 | Eppendorf | 5804 000925 | |
| Vortex | Thermolyne | LR 5947 | |
| Porcelain mortar | Fisherbrand | FB961B | |
| Filter paper | Whatman | Z274844 | Porosity medium |
| Picofuge | Stratagene | 400550 | 2000 x g |
| Analytical balance | AND | HR-120 | Model HR-120 |
| Scintillation counter | Beckman Coulter | 6500 | |
| Gel photodocumentation system | Bio-Rad | Chemic XRS | Model Chemic XRS |
| Compact UV lamp | UVP | 95002112 | UVGL-25 |
| Scienceware HDPE Buchner funnel | SIGMA | 2419907 | Type 37600 mixer |
| TRIzol reagent | Thermo scientific | 15596-018 | 200 mL |
| ReverdAid Reverse transcriptase | Thermo scientific | #EP0441 | 10000 U |
| Oligo (dT)18 primer | Thermo scientific | #S0131 | 100 µM |
| DNase I, RNase-free | Thermo scientific | #EN0525 | 1000 U |
| Magnesium chloride | Thermo scientific | EN0525 | 1.25 mL |
| Ethylenediaminetetraacetic acid | Thermo scientific | EN0525 | 1 mL |
| dNTP mix | Thermo scientific | R0191 | R0191 |
| SYBR Green qPCR Master Mix (2X) | Thermo scientific | K0251 | For 200 reactions of 25 µL |
| PikoReal | Thermo scientific | 2.2 | Software |
| Phenol, pH 8.0, equilibrated, Molecular Biology Grade, Ultrapure | USB | J75829 | 100 mL |
| Isopropyl alcohol | Karal | 2040 | 1 L |
| Ethyl alcohol | SIGMA | 64175 | 1 L |
| Diethyl pyrocarbonate | SIGMA | D5758 | 100 mL |
| Lab Rotator | LW Scientific | Mod. LW210 |
References
- Ferruzzi, M. G. The influence of beverage composition on delivery of phenolic compounds from coffee and tea. Physiolgy & Behavior. 100 (1), 33-41 (2010).
- Majhenič, L., Škerget, M., Knez, &. #. 3. 8. 1. ;. Antioxidant and antimicrobial activity of guarana seed extracts. Food Chemistry. 104 (3), 1258-1268 (2007).
- Sledz, W., Los, E., Paczek, A., Rischka, J., Motyka, A., Zoledowska, S., Lojkowska, E. Antibacterial activity of caffeine against plant pathogenic bacteria. Acta Biochimica Polonica. 62 (3), 605-612 (2015).
- Lipton, R. B., Diener, H. C., Robbins, M. S., Garas, S. Y., Patel, K. Caffeine in the management of patients with headache. Journal of Headache and Pain. 18 (1), 1-11 (2017).
- De Mejia, E. G., Ramirez-Mares, M. V. Impact of caffeine and coffee on our health. Trends in Endocrinology & Metabolism. 25 (10), 489-492 (2014).
- Uefuji, H., Tatsumi, Y., Morimoto, M., Kaothien-Nakayama, P., Ogita, S., Sano, H. Caffeine production in tobacco plants by simultaneous expression of three coffee N-methyltrasferases and its potential as a pest repellant. Plant Molecular Biology. 59 (2), 221-227 (2005).
- Denoeud, F., Carretero-Paulet, L., Dereeper, A., Droc, G., Guyot, R., Pietrella, M., Aury, J. M. The coffee genome provides insight into the convergent evolution of caffeine biosynthesis. Science. 345 (6201), 1181-1184 (2014).
- Kurata, H., Matsumura, S., Furusaki, S. Light irradiation causes physiological and metabolic changes for purine alkaloid production by a Coffea arabica cell suspension culture. Plant Science. 123 (1-2), 197-203 (1997).
- Pech-Kú, R., Muñoz-Sánchez, J. A., Monforte-González, M., Vázquez-Flota, F., Rodas-Junco, B. A., González-Mendoza, V. M., Hernández-Sotomayor, S. T. Relationship between aluminum stress and caffeine biosynthesis in suspension cells of Coffea arabica L. Journal of Inorganic Biochemistry. 181, 177-182 (2018).
- Huang, R., O’Donnell, A. J., Barboline, J. J., Barkman, T. J. Convergent evolution of caffeine in plants by co-option of exapted ancestral enzymes. Proceedings of the National Academy of Sciences. 113 (38), 10613-10618 (2016).
- Mizuno, K., Okuda, A., Kato, M., Yoneyama, N., Tanaka, H., Ashihara, H., Fujimura, T. Isolation of a new dual-functional caffeine synthase gene encoding an enzyme for the conversion of 7-methylxanthine to caffeine from coffee (Coffea arabica L.). FEBS letters. 534 (1-3), 75-81 (2003).
- Kato, M., Mizuno, K., Fujimura, T., Iwama, M., Irie, M., Crozier, A., Ashihara, H. Purification and characterization of caffeine synthase from tea leaves. Plant Physiology. 120 (2), 579-586 (1999).
- Livak, K. J., Schmittgen, T. D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) Method. Method. 25 (4), 402-408 (2001).
- Kurata, H., Achioku, T., Furusaki, S. The light/dark cycle operation with an hour-scale period enhances caffeine production by Coffea arabica cells. Enzyme and Microbial Technology. 23 (7-8), 518-523 (1998).
- Sartor, R. M., Mazzafera, P. Caffeine formation by suspension cultures of Coffea dewevrei. Brazilian Archives of Biology Technology. 43 (1), 1-9 (2000).
- Koshiro, Y., Zheng, X. Q., Wang, M. L., Nagai, C., Ashihara, H. Changes in content and biosynthetic activity of caffeine and trigonelline during growth and ripening of Coffea arabica and Coffea canephora fruits. Plant Science. 171 (2), 242-250 (2006).
- Schimpl, F. C., Kiyota, E., Mayer, J. L. S., de Carvalho Gonçalves, J. F., da Silva, J. F., Mazzafera, P. Molecular and biochemical characterization of caffeine synthase and purine alkaloid concentration in guarana fruit. Phytochemistry. 105, 25-36 (2014).
- Perrois, C., Strickler, S. R., Mathieu, G., Lepelley, M., Bedon, L., Michaux, S., Privat, I. Differential regulation of caffeine metabolism in Coffea arabica (Arabica) and Coffea canephora (Robusta). Planta. 241 (1), 179-191 (2015).
