راهنمای استخراج DNA ازگیاهان

مفهوم استخراج DNA از بافت های گیاهی

همانطور که می دانید، یک پروتکل استخراج DNA می تواند برای یک گونه گیاهی خاص استفاده شود. راهنمای استخراج DNA ممکن است برای همه نوع گیاه و بافت های گیاهی کاربرد نداشته باشد. محققان هنوز برای درک ژنوتیپ گیاهی، بررسی محلول ها و تجهیزات مناسب و کاربرد مشخصی که DNA استخراج ‌شده در آن مورد استفاده قرار می‌گیرد، نیاز به تحقیقات بیشتری دارند. به معنای ساده تر، روش و مواد مورد استفاده برای استخراج DNA همواره در حال بهبود و به روز رسانی است تا کمترین تلفات و هزینه را داشته باشد.

 

 

ویژگی های کیفی و عملکردی DNA استخراج شده

عملکرد و کیفیت کافی DNA به دست آمده در طول استخراج DNA گیاهی به دلیل وجود دیواره سلولی سفت و سخت گیاه، دشوارتر از حیوانات است. علاوه بر این، گیاهان حاوی سطوح مختلفی از کربوهیدرات ها یا پلی فنل ها هستند که در طول جداسازی DNA با اسیدهای نوکلئیک ترکیب شده و بر کیفیت DNA استخراج شده تأثیر می گذارند.

این اجزای گیاهی ساختار اسید نوکلئیک مشابهی دارند که به متابولیت‌های ثانویه و پلی‌ساکاریدها اجازه می‌دهد تا با جداسازی DNA کل تداخل داشته باشند. پلی ساکاریدها به دلیل خواص شیمیایی خود با DNA ژنومی رسوب می دهند و محلول های چسبناکی را ایجاد می کنند.

فنولیک ها (Phenolics) مواد شیمیایی هستند که پس از آزاد شدن از بافت گیاهی، به طور غیر قابل برگشتی به ستون فسفات DNA متصل می شوند. نتیجه این اتصال، قهوه ای شدن (فنل زدگی) مشاهده شده در بافت های گیاهی را ایجاد می کنند. فنولیک ها به دلیل مهار عمل پلیمرازها یا اندونوکلئازها استفاده از DNA را برای اهداف زیست‌شناسی مولکولی، مانند هضم محدود، PCR، یا توالی‌یابی (مانند توالی‌یابی نسل بعدی)، با اختلال مواجه می کنند.

 

 

برخی از گونه‌های گیاهی نیز حاوی سطح بالایی از متابولیت‌های خاص هستند. وجود این متابولیت ها استخراج DNA را سخت‌تر می‌کند. به عنوان مثال، غلات غنی از کربوهیدرات هستند، در حالی که گیاهان تحت استرس غنی از پلی فنول هستند. همه این ترکیبات، استخراج و خالص سازی DNA را با دشواری مواجه می کند.

منابع گیاهی مناسب برای DNA Extraction

بافت مناسب برای استخراج چگونه انتخاب می شود؟

انتخاب بافت مناسب گیاهی برای استخراج DNA از مهم ترین مراحل استخراج است. برای به دست آوردن مقادیر مناسب و با کیفیت DNA لازم است با توجه به نوع و رقم گیاه، مناسب ترین بافت را انتخاب کنیم. به طور کلی، بافت های جوان تر به دلیل اینکه حاوی مقادیر کمتری متابولیت های ثانویه هستند، ارجحیت دارند. با این حال، DNA هایی نیز از مقادیر هرباریوم های باستانی و بافت های مومیایی شده به دست آمده است.

 

 

از آنجایی که DNA در تمام سلول های سوماتیک (همه سلول های سازنده گیاه به جز سلول های جنسی) یکسان است، اکثر محققان برگ های جوان را به عنوان ماده اولیه استفاده می کنند. با این حال، زمانی که استفاده از برگ ها امکان پذیر نباشد مثلا مورد بازدانگان، ناچار هستیم از بافت های دیگری مانند دانه ها، جوانه ها و ساقه ها بعنوان منبع DNA استفاده کنیم. Tamari and Hinkley (2016) طی استخراج DNA از بافت های مختلف گیاهی نشان دادند سوسپانسیون های سلولی نیز می توانند به عنوان منبع DNA عمل کنند.

کاربردهای اصلی DNA استخراج شده از گیاهان

محققان بیوتکنولوژی گیاهی از گذشته عموما بر درک عملکرد یک یا چند ژن در یک زمان تمرکز کرده اند. با این حال، با ظهور فناوری‌های توالی‌یابی، DNA در مطالعات گسترده‌تر برای اصلاح و بازتعریف درک ما از تکامل و سازگاری گیاهان نیز استفاده می‌شود. این اطلاعات برای حفاظت، اصلاح محصول و امنیت غذایی ضروری است.

هنگام بررسی و انتخاب بهترین روش استخراج ، ضروری است تا هدف از برنامه و کاربرد ماده ژنتیکی استخراج شده از قبل مشخص باشد تا بر اساس آن، بهترین روش گزینش شود. به منظور روشن تر شدن مطلب به برخی از مهمترین کاربردهای معمول DNA در زیر اشاره شده است:

برنامه های کاربردی مبتنی بر PCR مانند

تکرارهای میان توالی ساده (ISSR)

DNA  چند شکلی تقویت شده تصادفی (RAPD)

Real-time PCR

پلی مورفیسم های تقویت شده مرتبط با توالی

تکرارهای توالی ساده (SSR)

پلی مورفیسم های تک نوکلئوتیدی (SNP)

 

 

پلی مورفیسم های طول قطعه تقویت شده (AFLP)

توالی های چندشکلی تقویت شده بریده شده (CAPS)

پلی مورفیسم های طول قطعه محدود (RFLP)

برخی از کاربردهای مدرن دیگر برای DNA استخراج شده عبارتند از:

ساخت کتابخانه کروموزوم مصنوعی باکتریایی

هضم با اندونوکلئاز محدود

ساترن بلاتینگ

توالی یابی نسل بعدی

PacBio Sequencing

.

جمع بندی راهنمای کلی DNA Extraction

ارگانیسم ‌های اصلاح‌ شده ژنتیکی (GMO) به ویژه در برنامه های اصلاحی محصولات غذایی کاربرد و توسعه‌ زیادی یافته اند. تست های شناسایی GMO ها با استفاده از استخراج DNA از کابردهای مدرن این تکنیک است.

نتیجه می گیریم بافت گیاهی انتخاب شده برای استخراج، کاملا به این بستگی دارد که چه گونه گیاهی و با چه هدفی نیاز به استخراج DNA دارد. منابع گیاهی و کاربرد DNA به دست آمده می تواند بر اساس اهداف پروژه تغییر یابد. راهنمای استخراج DNA تنها یک مطلب کاربردی برای آشنایی بیشتر با این فرآیند است. برای استخراج صحیح نیاز است از پروتکل های استاندارد مرتبط با هر بافت یا DNA استفاده کنید.

 

:منابع

• University of Queensland. (2018). Plant genomic DNA extraction by CTAB. https://agriculture.uq.edu.au/files/5650/plant-gen…

• https://doi.org/10.1079/9780851995151.0239
• Ivanova, N., Gugleva, V., Dobreva, M., Pehlivanov, I., Stefanov, S., & Andonova, V. (2020). The Chemistry Behind Plant DNA Isolation Protocols. In O. Boldura, C. Baltă, & N. Sayed Awwad (Eds.), Biochemical Analysis Tools – Methods for Bio-Molecules Studies: Vol. i (Issue tourism, p. 13). IntechOpen. https://www.intechopen.com/chapters/72074
• Kasajima, I. (2018). Successful tips of DNA extraction and PCR of plants for beginners. Trends in Research, 1(3), 1–۲. https://doi.org/10.15761/tr.1000115