بررسي مولكولي و تعيين ويژگي‌هاي عملكردي جلبك Chlorella با رويكرد بيان ژن هيدروژناز

Molecular study of the chlorella algae and determining its functional features with the approach of hydrogenase gene expression

هيدروژن زيستي حاصل فرايندهاي زيستي در جايگاه يك منبع تجديد شوندۀ انرژي مطرح است. هدف از اين پژوهش، مقايسه و بهينه‌سازي بستر كشت مناسب براي پرورش ريزجلبك Chlorella براي توليد حداكثر هيدروژن است. در اين پژوهش، بررسي‌هاي مولكولي به وسيلۀ PCR و تايپينگ توالي 18S rDNA نشان داد كه جلبك پژوهش‌شده با جلبكChlorella vulgaris  100 درصد شباهت دارد. بعد از مرحلۀ انتخاب محيط كشت مناسب از بين محيط‌هاي كشت (BBM،Chu10،TAP ، Sorokin and Krauss) و بهينه‌سازي شرايط كشت، نتايج نشان داد كه بالاترين بهره‌وري براي توليد زيست‌توده در محيط BBM با 8pH= و دماي 30 درجۀ سلسيوس با دورۀ نور/ تاريكي 16/ 8 ساعت است. در مرحلۀ بعد براي القاي بيشتر بيان ژن هيدروژناز، دستگاه فتوبيوراكتوري با قابليت توليد هيدروژن طرّاحي و ساخته شد. سپس عملكرد دستگاه و بررسي بيان ژن هيدروژناز در شرايط مختلف (نور، pH وگوگرد....) آزموده شد. به اين منظور پس از استخراج RNA و ساختcDNA ، ابتدا تكثير ژن هيدروژناز و ژن رفرنس با واكنش زنجيره‌اي پلي‌مراز انجام شد و محصول PCR ژن‌هاي مربوط روي ژل آگارز بررسي شد. در ادامه بيان نسبي ژن هيدروژناز با تكنيك Real Time PCR در تيمارهاي يادشده در مقايسه با تيمار شاهد نيز نشان‌دهندۀ تأثير شاخص‌هاي نور، PH و گوگرد در بيان اين ژن بود.

Biohydrogen production by biological processes are known as a renewable energy source. The aim of the investigation was to find and optimize the most appropriate medium for the algae growth to produce the maximum amount of hydrogen. First of all, the bioinformatics and biosystematics studies were taken for identifying the collected microalgae which was detected as Chlorella with the following features: spherical appearance, spent protozoan, Cupshaped chloroplast with no flagella. On the other hand, the molecular analysis by PCR and 18S sequence typing of interested microalgae demonstrated 100% similarity to that well known sequences for Chlorella vulgaris. Second, we assessed some culture media including BBM, Chu10, TAP, and Sorokin and Krauss for optimum growth conditions for Chlorella vulgaris. In general, our results showed that BBM medium had the highest efficiency for producing microalgae biomass under following conditions: pH=8, temperature of 30 ° with 16 to 8 h light to darkness periods ratio.Third, we designed a more efficient photobioreactor apparatus toward inducing more powerful biohydrogen production by hydrogenase enzyme activity of our given microalgae. Then, the performance of the apparatus as well as the gene expression was scrutinized under different conditions (light, pH, sulphorous, etc.). For this, after extracting RNA and constructing cDNA, hydrogenase gene was amplified with PCR and the product was evaluated by agarose gel. However, the relative expression of the gene measured by Real Time PCR showed the influence of light, pH and sulphourous on the expression as compared with control.