اندازه‏گیری میزان لیگنین در بذر و فعالیت آنزیم‏های پراکسیداز و لاکاز در آریل برخی ژنوتیپ‏های نرم‏دانه و سخت‏دانة انار طی مراحل مختلف رشدی میوه

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 دانشجوی سابق دکتری، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

2 استاد، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

3 دانشیار ، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

4 استادیار پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

5 دانشیار مرکز ملی ژنتیک و زیست‏فناوری (NIGEB)

چکیده

به‏منظور بررسی فرایند سخت‏شدن بذر در انار، برخی پارامترهای بیوشیمیایی مربوط به آن در قسمت گوشتی آریل یا در بذر تعدادی ژنوتیپ نرم‏دانه و سخت‏دانة انار در زمان‏های مختلف رشدی میوه، از تشکیل تا رسیدن آن ارزیابی شد. اندازه‏گیری میزان لیگنین در بذر و بقیة اندازه‏گیری‏ها در قسمت گوشتی آریل انجام شد. تجزیة واریانس داده‏ها تفاوت‏های معناداری بین ژنوتیپ‏ها و مراحل مختلف رشدی نشان داد. میزان فعالیت آنزیم پراکسیداز در مرحلة اول نمونه‏گیری که دانه‏ها کاملاً نرم بودند، در همة آن‏ها نسبتاً زیاد بود، سپس در مراحل دوم (شروع سخت‏شدن در ژنوتیپ‏های سخت‏‏دانه) و سوم اندازه‏گیری کاهش یافت و در مرحلة آخر در ژنوتیپ‏های سخت‏دانه افزایش و به چهار برابر ژنوتیپ‏های نرم‏دانه رسید، در‏حالی‏که در انواع نرم‏دانه ثابت ماند. میزان فعالیت آنزیم لاکاز طی فصل رشد روند نامشخص‏تری از خود نشان داد و تفاوت‏های زیادی در ژنوتیپ‏های سخت و نرم دانه نشان نداد، اگر‏چه در اغلب ژنوتیپ‏ها میزان آن در مراحل پایانی رشد میوه کاهش یافت. در ژنوتیپ‏های نرم‏دانه میزان پروتئین کل در مرحلة اول نمونه‏برداری بیشتر از بقیة مراحل بود و در مرحلة دوم کاهش یافت و در مراحل بعدی با کمی افزایش تقریباً ثابت ماند. در ژنوتیپ‏های سخت‏دانه میزان پروتئین کل تا مرحلة سوم رشدی کاهش و سپس افزایش نشان داد و در‏نهایت میزان پروتئین کل در ژنوتیپ‏های نرم و سخت دانه در مرحلة آخر نمونه‏برداری به یک مقدار مشابه رسید. میزان لیگنین بذر طی مراحل رشدی در همة ژنوتیپ‏ها روند افزایشی نشان داد، ولی در همة مراحل در انواع نرم‏‏دانه مقداری کمتر از انواع سخت‏دانه بود. با توجه به نتایج، تفاوت قابل توجه در میزان فعالیت آنزیم پراکسیداز در مرحلة آخر رشدی، و فعالیت بسیار بیشتر این آنزیم نسبت به آنزیم لاکاز (حداقل ده‌هزار برابر)، ممکن است آنزیم پراکسیداز آنزیم اصلی در ایجاد تفاوت در سختی بذور انار باشد.‏

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analysis of lignin in seeds and peroxidase and laccase enzymes activity in the arils of some soft- and hard-seed pomegranate genotypes at different fruit developmental stages

نویسندگان [English]

  • Abdolkarim Zarei 1
  • Zabihollah Zamani 2
  • Mohammad Reza Fatahi moghaddam 3
  • Seyed Alireza Salami 4
  • Amir Mousavi 5
1 Former Post Graduate student, University College of Agriculture, University of Tehran, Karaj, Iran
2 Professor, University College of Agriculture, University of Tehran, Karaj, Iran
3 Associate Professor, University College of Agriculture, University of Tehran, Karaj, Iran
4 Assistant Professor, University College of Agriculture, University of Tehran, Karaj, Iran
5 National Institute of Genetic Engineering and Biotechnology (NIGEB), Iran
چکیده [English]

In order to study seed hardening process in pomegranate, some of the relevant biochemical parameters were evaluated in fleshy part of arils or seeds in various soft and hard seeded pomegranate genotypes from the initial fruit set upto ripening stages. Lignin was determined from the seeds and enzyme assays were performed on the flesh of arils. Analysis of variance revealed significant differences among different genotypes and stages. At the first stage that the seeds of all genotypes were soft, the peroxidase activity was relatively high and decreased in the second (start of the seed hardening in hard seed genotypes) and third stages. Thereafter, at the final stages, it increased in the hard seed genotypes (four times of that in soft seed genotypes), whereas remained low in the soft seed ones. Laccase activity during the growing season had a non predictable trend and did not show much differences in the soft and hard seed genotypes, although in most of the genotypes, its activity decreased at the last stage. In the soft seed genotypes, total protein was in the highest value at the early stage, and decreased at the second stage, then in the next stages, after a little increase, reached to a constant amount. In the hard seed genotypes, the total protein decreased until the third stage, afterward increased to the ripening. The protein content of soft and hard seed genotypes in the last stage of sampling reached to the same value. Lignin content of pomegranate seeds increased gradually during different stages, and the soft seed genotypes had less lignin in their seed compared to the hard seed ones. According to the results, considerable differences that were observed in the peroxidase activity at the last sampling stage, and higher activity that observed in peroxidase than laccase (at least 10,000 times), may indicate a main role for this enzyme to make differences in the seed hardness of pomegranate.

کلیدواژه‌ها [English]

  • aril
  • Peroxidase
  • Laccase
  • Lignin
  • Biochemical parameters
  1. Awad, M.A., Al-Qurashia, A.D. & Mohamed, S.A. 2011. Antioxidant capacity, antioxidant compounds and antioxidant enzyme activities in five date cultivars during development and ripening. Scientia Horticulturae, 129, 688–693.
  2. Baldrian, P. 2006. Fungal laccases–occurrence and properties. FEMS Microbiology Reviews, 30, 215–242.
  3. Boerjan, W., Ralph, J. & Baucher, M. 2003. Lignin biosynthesis. Annual Review of Plant Biology, 54, 519–546.
  4. Bradford, M.M. 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry, 72, 248-254.
  5. Bruce, R.J. & West, C.A. 1989. Elicitation of lignin biosynthesis and isoperoxidase activity by pectic fragments in suspension cultures of castor bean. Plant Physiology, 91, 889–897.
  6. Brunow, G., Kilpelainen I., Sipila, J., Syrjanen, K., Karhunen, P., Setala, H. & Rummakko, P. 1998. Oxidative coupling of phenols and the biosynthesis of lignin. In: Lewis, N.G. & Sarkanen, S. (Eds) Lignin and Lignan Biosynthesis. ACS Symposium Series 697. American Chemical Society, Washington, DC. p. 131–147.
  7. Bunzel, M., Schubler A. & Saha, G.T. 2011. Chemical characterization of Klason lignin preparations from plant-based foods. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 59, 12506 – 12513.
  8. Chance, B. & Maehly, A.C. 1955. Assay of catalases and peroxidases. In: Colowick, S.P. & Kaplan, N.O. (Eds.), Methods in Enzymology. Academic Press, New York, pp. 764–775.
  9. Civello, P.M., Martınez, G.A., Chaves, A.R. & Anon, M.C. 1995. Peroxidase from strawberry fruit (Fragaria ananassa Duch.): Partial purification and determination of some properties. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 43, 2596-2601.
  10. Erkurt, E.A., Unyayar, A. & Kumbur, H. 2007. Decolorization of synthetic dyes by white rot fungi, involving laccase enzyme in the process. Process Biochemistry, 42, 1429–1435.
  11. Fagerstedt, K.V., Kukkola1, E.M., Koistinen1, V.V.T., Takahashi, J. & Marjamaa, K. 2010. Cell wall lignin is polymerised by class III secretable plant peroxidases in Norway spruce. Journal of Integrated Plant Biology, 52, 186–194.
  12. Frenkel, C., Klein, I. & Dilley, D.R. 1968. Protein synthesis in relation to ripening of pome fruits. Plant Physiology, 43, 1146–1153.
  13. Gaspar, T., Penel, C., Castillo, F.J. & Greppin, H. 1985. A two-step control of basic and acidic peroxidases and its significance for growth and development. Physiologia Plantarum, 64, 418- 423.
  14. Harel, E., Mayer, A.M. & Lerner, H.R. 1970. Changes in the levels of catechol oxidase and laccase activity in developing peaches. Journal of the Science of Food and Agriculture, 21, 542-544.
  15. Jimenez, A., Creissen, G., Kular, B., Firmin, J., Robinson, S., Verhoeyen, M. & Mullineaux, P. 2002. Changes in oxidative processes and components of the antioxidant system during tomato fruit ripening. Planta, 214, 751-758.
  16. Koutaniemi, S., Warinoski, T., Karkonem, A., Alatalo, E., Fossdal, C.G., Saranppa, P., Lakso, T., Fagerstedt, K.V., Simola, L.K., Paulin, L., Rudd, S. & Teeri, T.H. 2007. Expression profiling of the lignin biosynthetic pathway in Norway spruce using EST sequencing and real-time RT-PCR. Plant Molecular Biology, 65, 311–328.
  17. Kulkarni, A.P. & Aradhya, S.M. 2005. Chemical changes and antioxidant activity in pomegranate arils during fruit development. Food Chemistry, 93, 319–324
  18. Marjamaa, K., Kukkola, E.M. & Fagerstedt, K.V. 2009. The role of xylem class III peroxidases in lignification. Journal of Experimental Botany, 60, 367–376.
  19. Martin, B.A., Gauger, J.A. & Tolbert, N.E. 1979. Changes in activity of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase oxygenase and three peroxisomal enzymes during tomato fruit development and ripening. Plant Physiology, 63, 486-489.
  20. Mayer, A.M. & Staples, R.C. 2002. Laccase: New functions for an old enzyme. Phytochemistry, 60, 551–565.
  21. Popescu, C., Postolache, E., Rapeanu, G., Bulancea, M. & Hopulele, T. 2009. Change of the physico-chemical indices and the oxidative enzymatic activities during the white grapes ripening. Food Technology, 13: 70-76.
  22. Pourcel, L., Routaboul, J. & Kerhoas, L. 2005. Transparent testa10 encodes a laccase-like enzyme involved in oxidative polymerization of flavonoids in Arabidopsis seed coat. Plant Cell, 17, 2966–2980.
  23. Silva, E., Lourencuo, E.J. & Neves, V.A. 1990. Soluble and bound peroxidases from papaya fruit. Phytochemistry, 29, 1051-1056.
  24. Sterjiades, R., Dean, J.F. & Eriksson, K.E. 1992. Laccase from sycamore maple (Acer pseudoplatanus) polymerizes monolignols. Plant Physiology, 99, 1162–1168.
  25. Thompson, D.S., Davies, W.J. & Ho, L.C. 1998. Regulation of tomato fruit growth by epidermal cell wall enzymes. Plant, Cell and Environment, 21, 589-599.
  26. Thurston, C.F. 1994. The structure and function of fungal laccases. Microbiology, 140, 19–26.