توليد اكتوئين در گياهان با استفاده از مهندسي ژنتيك براي كاهش اثرات منفي تنش‌هاي غيرزيستي

Production of ectoine in plants using genetic engineering to reduce the negative effects of abiotic stresses

تغيير در پتانسيل آب محيطي كه در اثر خشكي و شوري ايجاد مي‌شود، يكي از مهمترين عوامل تنش­زاي غيرزيستي در بسياري از زيستگاه‌هاي طبيعي موجودات زنده است. محلول‌هاي سازگار به عنوان عوامل محافظت كننده، نقش مهمي در افزايش پايداري ملكول‌هاي زيستي و كل سلول در برابر تنش‌ شوري ايفا مي‌كنند. اكتوئين و مشتق آن هيدروكسي اكتوئين به عنوان محلول سازگار به­طور گسترده‌اي توسط باكتري‌ها و تعداد معدودي از آركي‌ها و يوكاريوت‌ها در پاسخ به شوري و فشار اسمزي بالا توليد مي‌شوند. توليد اكتوئين با استفاده از مهندسي ژنتيك و انتقال ژن‌هاي ectA، ectB و ectC منجر به افزايش تحمل فشار اسمزي بالا در چند گياه مدل شده است. در اين مقاله مروري، اهميت كاربرد‌هاي فعلي و بالقوه اكتوئين به عنوان محافظت كننده از ماكروملكول‌ها، سلول‌ها و بافت‌ها مورد بحث قرار گرفته است. همچنين، يك تئوري پيشرو در مورد سازوكار و چگونگي محافظت اكتوئين از پروتئين‌ها كه شامل كنار رفتن ملكول‌هاي اكتوئين از سطح ماكروملكول‌ها، كند سازي انتشار آب از اطراف ملكول‌هاي زيستي و كمك به حفظ حالت طبيعي پروتئين‌ها است شرح داده شده است. داده‌هاي تجربي دهه‌هاي گذشته در مورد كاهش تنش خشكي و شوري توسط اكتوئين‌ها و چشم­انداز استفاده از آن‌ها در زمينه‌هاي مختلف بيوتكنولوژي مدرن از جمله مهندسي ژنتيك در اين مقاله مروري خلاصه شده است.

Fluctuations in environmental water potential caused by drought and salinity are the most important abiotic stress factors in many natural habitats of organisms. Compatible solutes stabilize biomolecules and whole cells and play as stress-protective agents. Ectoine and its derivative 5-hydroxyectoine as compatible solutes are synthesized widely by the members of the bacteria, a few archaea, and eukarya in response to high salinity and osmolarity. Previously reported that the genetically engineered ectoine synthesis using ectA, ectB or ectC has resulted in increased hyperosmotic tolerance of model plants. In this review, the importance of current and potential applications of ectoines as protecting agents for macromolecules, cells, and tissues, are discussed. Besides, the leading theory for the protection mechanism of ectoines including the exclusion of ectoines molecules from the protein surface, slows the diffusion of water molecules and preserve the native state of the protein were explained. The experimental data of the past decades concerning alleviating drought and salinity stresses by ectoines and the prospects for their use in different fields of modern biotechnology, including genetic engineering techniques, have been summarized in this review article.