Genetic modifications of chlorogenic acid content in eggplant (Solanum melongena L.) by Agrobacterium-mediated transformation technique

Abstract

Eggplant is a nutritious vegetable that is low in lipids and high in fiber, vitamins, and minerals. Eggplant is a good source of phenolic compounds, particularly chlorogenic acid (CGA), which is associated with several health benefits, such as reducing the risk of diabetes and cardiovascular diseases. Among CGA-rich fruits, eggplant has a geographically wide distribution while coffee is limited to tropical regions. For that reason, eggplant can be used as alternative to coffee for CGA production. The goal of this research was to develop transgenic eggplant that has increased CGA content using the Agrobacterium-mediated transformation technique. The over-expression of the Myb1 gene, which is related to CGA synthesis and responsible for the production of a transcription factor that activates the phenylpropanoid pathway in eggplant, was used. The Myb1 gene was isolated, amplified, and inserted into the PRI910 vector system before being transformed into Agrobacterium tumefaciens. After plant transformation, seven regenerated plants were verified as transgenic by PCR analysis. Young leaves from transgenic eggplants were used for mRNA expression analysis and metabolite analyses. A two-fold increase in Myb1 gene expression levels for three of the transformed plants was observed and five plants showed a significant increase in 3-CGA content. Expression of Myb1 correlated with CGA content measured by HPLC analysis. Specifically, the two-fold increases in Myb1 expression of three plants corresponded with two-fold increases in their leaf 3-CGA content. In the future, these genetically modified plants could serve a crucial role in better understanding the pathway of CGA production in eggplants, and may also prove useful in generating valuable CGAs for both economic and medicinal purposes. Subsequent research can be directed towards determining the CGA content via measurement of 5-CGA and examining CGA content in different parts of the fruit such as flesh and peel. Study of the next generation (T1 plants) will also be critical for confirming the stability of the transformation.

Patlıcan, lif, vitamin ve mineral açısından zengin, besleyici ve düşük kalorili bir sebzedir. Patlıcan, özellikle klorojenik asit (CGA) olmak üzere fenolik bileşiklerin iyi bir kaynağıdır. Bu fenolik bileşikler diyabet ve kardiyovasküler hastalıkların riskini azaltmak gibi birçok faydayla ilişkilendirilir. CGA'nın iyi kaynaklarından biri olmasının yanında tropical bir meyve olan kahvenin aksine patlıcan, geniş bir iklim yelpazesinde büyütülebimektedir. Yüksek CGA konsantrasyonlu patlıcan alternatif bir ürün olarak kullanılabilir. Bu araştırmanın amacı, Agrobacterium aracılı transformasyon tekniği kullanarak CGA içeriği artırılmış patlıcan geliştirmektir. CGA sentezi ile ilgili olan ve patlıcanlardaki fenilpropanoid yolunun aktivasyonunu sağlayan bir transkripsiyon faktörünün üretiminden sorumlu Myb1 geninin aşırı ifadesi kullanıldı. Myb1 geni izole edildi, çoğaltıldı ve Agrobacterium tumefaciens'e aktarılmadan önce pRI910 vektör sistemine yerleştirildi. Bitki transformasyonu sonrasında, PCR ile yapılan taramada 7 bitkinin transgenik olduğu doğrulandı. Bu 7 transgenik patlıcanın genç yaprakları mRNA ifade analizi ve metobolit analizleri için kullanıldı. Bulgular, bu bitkilerin 3'ünde Myb1 gen ifade düzeylerinde iki kat artış olduğunu gösterdi. Ayrıca, 5 bitki 3-CGA içeriğinde önemli bir artış gösterdi. Myb1'in ifadesi, HPLC analizi ile ölçülen CGA içeriği ile orantılılık gösterdi. Üç bitkinin Myb1 ifadesindeki iki kat artış, 3-CGA içeriğindeki iki kat artışa karşılık geldi. Gelecekte, bu genetik olarak modifiye edilmiş bitkiler, patlıcanlarda CGA üretim yolunun daha iyi anlaşılmasında kritik bir rol oynayabilir ve ekonomik ve tıbbi amaçlar için değerli CGA'ların üretiminde faydalı olabilir. İleri araştırmalar, CGA içeriğinin 5-CGA eşdeğer ölçümüyle belirlenmesi ve meyvenin farklı kısımlarındaki CGA bolluğunun incelenmesi yönünde olabilir. Sonraki nesil T1 bitkilerin incelenmesi, transformasyonun stabilitesinin belirlenmesi için kritik olacaktır.