STUDY OF PHENOTYPE OF TRANSGENIC POTATOES CARRYING OSR1 GENE UNDER CONTROLLED ENVIRONMENT

Abstract

ORGAN SIZE RELEATED1 (OSR1) is a gene member of AGROS family which regulates plant organ growth by affecting both cell expansion and proliferation. Arabidopsis ARGOS homolog ORGAN SIZE RELATED1 (OSR1) was transformed to potato. Two promoters, CaMV35S (constitutive promoter) and Patatin (tuber specific promoter) were used for controlling expression of OSR1 transgene. Transgenic plants were confirmed having the existing and stability of transgene by RT PCR technique at National Center for Genetic Engineering and Biotechnology. Seven pBI121::35S::OSR1 and three pBI121::patatin::OSR1 lines of transgenic potato were evaluated for the phenotypic performances in controlled environment room following the existing regulations of the Biological Safety Guidelines. The results indicated that growth, morphological characteristics and physiological index of all transgenic lines for pBI121::35S::OSR1 were clearly different from the wild type, especially stem size, leaf size, leaf shape, guard cell size, stem fresh weight, tuber size, number of flowering plants, anthocyanin, malondialdehyde contents and photosynthetic rate. Among transgenic line of pBI121::35S::OSR1, AO-1-18 was clearly different from the wild type. In pBI121::patatin::OSR1 lines, the above ground growth such as stem, guard cell size, stem fresh and dry weight were not significant different from wild type. However, photosynthesis rate, number of flowering plants, underground growth (tuber) were higher than wild type. Result also indicated that transgenic potato from both promoters produced lower number of tuber per plant than wild type. Moreover, It was found that wild type formed the tuber approximately two weeks later than all transgenic potato lines obtained from both pBI121::35S::OSR1 and pBI121::patatin::OSR1 constructs. The results from this study indicated that the effect of OSR1 transgene on potato phenotype is depended on its promoter.

ยีน ORGAN SIZE RELATED1 (OSR1) จัดเป็นยีนสมาชิกในกลุ่มยีน ARGOS ซึ่งมีหน้าที่ควบคุมการเจริญเติบโตของอวัยวะพืชและการขยายขนาดเซลล์ เมื่อทำการถ่ายโอนยีน OSR1 ที่เป็นhomolog ยีนจากต้น Arabidopsis เข้าสู่มันฝรั่งภายใต้การควบคุมการแสดงออกด้วย CaMV 35S และ Patatin promoter และผ่านการยืนยันความเสถียรของยีนในโครงสร้างพันธุกรรมอย่างชัดเจนด้วยเทคนิค RT-PCR โดยศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (BIOTEC) แล้ว โดยมันฝรั่งดัดแปลงพันธุกรรมจำนวน 7 รหัส ของ pBI121::35S::OSR1 และ 3 รหัส ของ pBI121::patatin::OSR1 ถูกนำมาทำการศึกษาการแสดงออกลักษณะทางฟีโนไทป์ของมันฝรั่งดัดแปลงพันธุกรรมที่ได้รับการถ่ายโอนยีน OSR1 ในสภาพแวดล้อมควบคุมภายใต้มาตรฐานแนวทางการปฏิบัติด้านความปลอดภัยทางชีวภาพ ผลการทดลองพบว่ามันฝรั่งดัดแปลงพันธุกรรมภายใต้การควบคุมการแสดงออกด้วย pBI121::35S::OSR1 ทั้ง 7 รหัส โดยภาพรวมมีการเจริญเติบโต ลักษณะทางสัณฐานวิทยาและค่าดัชนีทางสรีรวิทยาที่แตกต่างไปจากมันฝรั่ง wild type ทั้งขนาดของลำต้นและใบ ขนาดปากใบ รูปร่างใบ น้ำหนักสดต้น ขนาดของหัว ปริมาณแอนโทไซยานิน ปริมาณ Malondialdehyde ปฏิกิริยาคาร์บอน รวมทั้งการออกดอก โดยมันฝรั่งดัดแปลงพันธุกรรมที่แสดงออกความแตกต่างกับมันฝรั่ง wild type ได้ชัดเจนที่สุดคือ AO-1-18 ส่วนในมันฝรั่งดัดแปลงพันธุกรรมภายใต้การควบคุมการแสดงออกด้วย pBI121::patatin::OSR1 ทุกรหัส (AO-2-6pat AO-1-2pat และ AO-1-3pat) โดยภาพรวมนั้นมีการเจริญเติบโตส่วนเหนือดิน เช่น ขนาดลำต้นและขนาดใบ น้ำหนักสดและแห้งลำต้น ไม่มีความแตกต่างไปจากมันฝรั่ง wild type แต่ในด้านอัตราการสังเคราะห์แสง จำนวนต้นที่ออกดอก และการเจริญเติบโตในส่วนลำต้นใต้ดิน (หัว) มีการสะสมอาหารจนทำให้น้ำหนักต่อหัวสูงกว่ามันฝรั่ง wild type แต่จำนวนหัวของมันฝรั่งดัดแปลงพันธุกรรมภายใต้การควบคุมการแสดงออกทั้ง 2 promoter นั้นมีการสร้างจำนวนหัวที่น้อยกว่ามันฝรั่ง wild type นอกจากนี้ได้ทำการศึกษาช่วงอายุในการสร้างหัวของมันฝรั่งดัดแปลงพันธุกรรมที่ได้รับการถ่ายโอนยีน OSR1 จากการทดลองพบว่ามันฝรั่งดัดแปลงพันธุกรรมที่ทำการคัดเลือกมาปลูกทดสอบจำนวน 4 line จากภายใต้การควบคุมการแสดงออกทั้ง 2 promoter มีการสร้างหัวได้เร็วกว่ามันฝรั่ง wild type ประมาณ 2 สัปดาห์หลังย้ายปลูกนอกจากนี้ได้ยังพบว่ามันฝรั่งดัดแปลงพันธุกรรมที่ ภายใต้การควบคุมการแสดงออกทั้ง 2 promoter มีการสร้างหัวได้เร็วกว่ามันฝรั่ง wild type ประมาณ 2 สัปดาห์หลังย้ายปลูก จากการศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นว่ายีน OSR1 สามารถแสดงออกได้ตามหน้าที่ได้แตกต่างกันตาม promoter