การโคลนและการศึกษาการแสดงออกของยีน

Titleการโคลนและการศึกษาการแสดงออกของยีน
Publication TypeReport
Year of Publication2003
Authorsณรงคะชวนะ จรัญญา
Series Editor-
Series Title-
Date Published2003
Institutionมหาวิทยาลัยมหิดล
City-
Typeโครงการวิจัย
Report NumberBGJ4380012
ISBN NumberBGJ4380012
Keywordsascorbate peroxidase, Cu/Zn-superoxide, Cu/Zn-superoxide dismutase, dismutase, glutathione peroxidase, Oxidative stress, Rubber tree, Tapping Panel Dryness, ยางพารา, สภาวะเครียด, โรคเปลือกแห้ง
Abstract

การปลูกยางพาราซึ่งเป็นพืชเศรษฐกิจที่สำคัญของประเทศไทย มักประสบปัญหาเรื่องโรค
ของต้นยาง โดยเฉพาะโรคเปลือกแห้ง (Tapping Panel Dryness – TPD) ทำให้ผลผลิตลดลงหรือ
หยุดให้ผลผลิต สาเหตุของอาการเปลือกแห้งยังไม่ปรากฏหลักฐานแน่ชัด เพียงแต่สรุปว่าเป็นความ
ผิดปกติทางสรีรวิทยาซึ่งเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติความถี่ในการกรีดเอาน้ำยางและการใช้น้ำยา
กระตุ้นให้น้ำยางไหลมากเกินไป มีความสัมพันธ์กับการเกิดอาการเปลือกแห้ง หากปล่อยให้ต้นยาง
เป็นโรคเปลือกแห้งจนกระทั่งเกิดอาการเปลือกแห้งแบบถาวร จะทำให้ไม่สามารถทำการกรีดยางได้
อีก นอกจากนั้นเนื้อไม้ก็เสียหายด้วย ดังนั้น ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับโรคเปลือก
แห้งจะทำให้เข้าใจองค์ความรู้เกี่ยวกับโรคนี้มากขึ้น ซึ่งจะนำไปสู่การพัฒนาปรับปรุงพันธุ์ยางพารา
และระบบกรีดยางที่มีประสิทธิภาพและหลีกเลี่ยงการเกิดอาการเปลือกแห้งแบบถาวรได้ในอนาคต
ในโครงการนี้ผู้วิจัยได้ทำการโคลนและศึกษาลักษณะของ cDNA ของยีนที่เกี่ยวข้องกับการตอบ
สนองต่อความเครียดของต้นยางพารา คือ Cu/Zn-superoxide dismutase (Cu/Zn-SOD),
ascorbate peroxidase (APX), และ glutathione peroxidase (GPX) ของยางพารา พบว่า
sequence ของ cDNA ที่แยกได้มีความเหมือนกับที่พบในพืชชนิดอื่นที่เคยมีรายงานและเนื่องจาก
ไม่พบ signal peptide จึงคาดว่า เมื่อถอดรหัสแล้วโปรตีนจะอยู่ใน cytosolic compartment การ
แสดงออกของ GPX ในต้นยางที่ให้น้ำยางปริมาณมาก จะสูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบ
กับต้นยางที่ให้ผลผลิตปริมาณน้อย การกรีดยางมากขึ้นจะทำให้ GPX มีการแสดงออกน้อยลงแม้ดู
ภายนอกต้นจะเป็นปกติ ในขณะที่ต้นที่แสดงอาการเปลือกแห้ง (TPD) ก็มีการแสดงออกของ GPX
น้อยอย่างชัดเจนชี้ให้เห็นว่า เกิดการ uncompensated ของ oxidative stress ในเนื้อเยื่อที่ผลิตน้ำ
ยาง ที่น่าสนใจคือ ต้นที่แสดงอาการเปลือกแห้งร่วมกับ Trunk Phloem Necrosis (TPN) กลับมีการ
แสดงออกของ GPX สูงเป็นปกติ ข้อมูลนี้ทำให้ทราบว่า ต้นที่แสดงอาการเปลือกแห้งแบบ TPD
และ TDN ที่เห็นความแตกต่างทางสรีระน่าจะมีความแตกต่างในเรื่องสาเหตุการเกิดอาการด้วย จาก
การศึกษาพบว่า เมื่อทำการกรีดหรือกระตุ้นต้นยางให้ผลิตน้ำยางบ่อยเกินไป การแสดงออกของ
GPX และ APX จะมากสอดคล้องกัน ซึ่งอธิบายได้ว่า ในสภาวะเครียดเช่นนี้ เซลล์ต้องการทั้งสอง
เอนไซม์ซึ่งทำหน้าที่คล้ายกันในการกำจัด H2O2 และ reactive oxygen นอกจากนั้นเป็นไปได้ว่า
GPX ซึ่งมีแอคติวิตี้ของ phospholip hydroperoxide glutathione peroxidase (PHGPX) จะทำงาน
กับ hydroperoxides และ large thiol compounds ซึ่งไม่สามารถกำจัดได้ด้วยเอนไซม์ในกลุ่ม APX
และ catalase เราทราบว่า phospholipids hydroperoxide เป็น substrate ที่เหมาะสมของ PHGPX
ใน in vitro จากการศึกษานี้ ทำให้เกิดจุดน่าสนใจใหม่ว่า phospholipid ใน biomembrane จะ
สามารถเป็น substrate ที่เหมาะสมของ PHGPX ใน in vitro หรือไม่ จึงควรมีการศึกษาบทบาทของ
PHGPX ที่เกี่ยวข้องกับ การเปลี่ยนแปลงทางสรีระของต้นยางพาราเพื่อตอบสนองต่อความเครียด
ต่อไป

Among many problems related to the development of rubber production, the relative
low rubber yield per area is the most serious problem. One of the main limiting of the
rubber yield is a physiological disorder called Tapping Panel Dryness (TPD), a common
disease characterized by the reduction or total cessation of latex flow. The objectives of this
research are find out some biochemical and/or molecular markers related to yield and
stress response of rubber tree, as well as to investigate the role of oxidative stress in the
onset of TPD of rubber tree. Three full-length cDNAs encoding Cu/Zn-superoxide
dismutase (Cu/Zn-SOD), ascorbate peroxidase (APX), and glutathione peroxidase (GPX)
have been cloned and characterized. They showed high homology with the same enzymes
in the other plant species. Absence of signal peptide indicates that the corresponding
proteins are addressed in the cytosolic compartment. Only the GPX activity and GPX gene
expression were showed to be significantly higher in the latex from healthy tree from the
high yielding clone compared to the low yielding clone. Overtapping treatment induced a
decrease in both GPX activity and gene expression even in the still healthy tree. Moreover,
compared to healthy tree, the tree exhibiting TPD symptom showed decreased in GPX
activity and gene expression. These evidences confirm the occurrence of uncompensated
oxidative stress in the latex producing tissues. Contrary, TPD trees exhibiting Trunk Phloem
Necrosis (TPN) were characterized by both higher in latex GPX activity and gene
expression. This result suggested that the 2 symptoms (TPD and TPN) differ in their
physiological effects and probably in their origin. In some cases, such as in overexploitation
experiment, the APX gene was expressed in the same way as GPX gene. Since these two
enzymes (APX and GPX) can detoxify H2O2, they may be much more required in condition
that cell contains high concentration of H2O2 or other ROS. Alternatively, Hevea GPX
contained phospholip hydroperoxide glutathione peroxidase (PHGPX) activity, which might
be restricted to more complex acceptor or donor substrates such different organic
hydroperoxides or large thiol compounds that are not metabolized by other antioxidant
enzymes such as APX and catalase. Although the best substrates for PHGPX in vitro are
phospholipid hydroperoxides, it is not clear whether such phospholipid that comprises
biomembranes are the natural substrate of the enzyme. The physiological role of Hevea
PHGPX is a subject of future study.

URLhttp://elibrary.trf.or.th/project_content.asp?PJID=BGJ4380012
Alternate TitleCloning and expression of genes potentially involved in the onset of the Tapping Panel Dryness (TPD) in the rubber tree (Hevea brasiliensis)