Рост и солеустойчивость волосовидных корней табака с конститутивной экспрессией гена TaNAC69

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

Пшеница мягкая (Triticum aestivum L.) – одна из самых важных зерновых и основных продовольственных культур во всем мире, выращиваемая довольно часто в засушливых регионах мира, где нехватка воды и засоление вызывают серьезные потери урожая. Ген TaNAC69 мягкой пшеницы кодирует один из важнейших транскрипционных факторов, который участвует в регуляции устойчивости к дефициту влаги, вызванной засухой и гипотермией, однако роль этого гена при засолении малоизучена. Целью данной работы было клонирование гена TaNAC69 мягкой пшеницы в бинарном векторе с 35S CaMV промотором и создание волосовидных корней (ВК) Nicotiana tabacum L. с конститутивной экспрессией гена TaNAC69 для оценки эффективности целевой генно-инженерной конструкции в условиях засоления. В ходе агробактериальной трансформации листовых дисков табака при помощи Agrobacterium rhizogenes были получены 15 линий культур ВК, в шести из которых было доказано наличие и высокий уровень экспрессии целевого гена. ВК табака с конститутивной экспрессией гена TaNAC69 характеризовались более быстрыми темпами роста, большей разветвленностью и большей сырой и сухой массой при действии 150 мМ NaCl, чем контрольные ВК табака без целевого гена. Анализ антиоксидантной системы выявил повышенную активность ферментов гваяколпероксидазы и глутатион-S-трансферазы, большее содержание пролина и водорастворимых сахаров, а также более высокую общую антиоксидантную способность в ВК с геном TaNAC69 по сравнению с нетрансформированным контролем. Генно-инженерная конструкция TaNAC69 с 35S CaMV промотором может быть рекомендована для генетической трансформации культурных растений с целью увеличения их устойчивости к абиотическому стрессу.

全文:

受限制的访问

作者简介

Зарина Ибрагимова

Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук; Уфимский университет науки и технологий

编辑信件的主要联系方式.
Email: i.zibragimova@yandex.ru
俄罗斯联邦, Уфа; Уфа

Айзиля Галимова

Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: aiz.galimova@yandex.ru
俄罗斯联邦, Уфа

Халит Мусин

Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: mg@khalit.ru
俄罗斯联邦, Уфа

Анна Ямалеева

Уфимский университет науки и технологий

Email: biohim-bioteh@yandex.ru
俄罗斯联邦, Уфа

Евгения Заикина

Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: evisheva@yandex.ru
俄罗斯联邦, Уфа

Булат Кулуев

Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук; Уфимский университет науки и технологий

Email: kuluev@bk.ru
俄罗斯联邦, Уфа; Уфа

参考

  1. Abbasi G.H., Akhtar J., Ahmad R., Jamil M., Anwar-Ul-Haq M., Ali S., Ijaz M. Potassium application mitigates salt stress differentially at different growth stages in tolerant and sensitive maize hybrids // Plant Growth Regul. 2015. V. 76. P. 111. https:doi.org/10.1007/s10725-015-0050-1
  2. Zhang X., Liu P., Qing C., Yang C., Shen Y., Ma L. Comparative transcriptome analyses of maize seedling root responses to salt stress // Peer J. 2021. V. 9. e10765. https:doi.org/10.7717/peerj
  3. Wang M., Wang Y., Zhang Y., Li C., Gong S., Yan S., Li G., Hu G., Ren H., Yang J., Yu T., Yang K. Comparative transcriptome analysis of salt-sensitive and salt-tolerant maize reveals potential mechanisms to enhance salt resistance // Genes Genomics. 2019. V. 41. P. 781. https:doi.org/10.1007/s13258-019-00793-y
  4. Liu B., Soundararajan P., Manivannan A. Mechanisms of silicon-mediated amelioration of salt stress in plants // Plants. 2019. V. 8. Р. 307. https:doi.org/10.3390/plants8090307
  5. Luo M., Zhao Y., Wang Y., Shi Z., Zhang P., Zhang Y., Song W., Zhao J. Comparative proteomics of contrasting maize genotypes provides insights into salt-stress tolerance mechanisms // J. Proteome Res. 2018. V. 17. P. 141.
  6. Zhang Z., Zhang J., Chen Y., Li R., Wang H., Wei J. Genome-wide analysis and identification of HAK potassium transporter gene family in maize (Zea mays L.) // Mol. Biol. Rep. 2012. V. 39. P. 8465. https:doi.org/10.1007/s11033-012-1700-2
  7. Jha U.C., Bohra A., Jha R., Parida S.K. Salinity stress response and ‘omics’ approaches for improving salinity stress tolerance in major grain legumes // Plant Cell Rep. 2019. V. 38. P. 255. https:doi.org/10.1007/s00299-019-02374-5
  8. Kashyap M., Ford R., Bohra A., Kuvalekar A., Mantri N. Improving salt tolerance of chickpea using modern genomics tools and molecular breeding // Curr. Genom. 2017. V. 18. P. 557. https:doi.org/10.2174/1389202918666170705155252
  9. Senapati N., Stratonovitch P., Paul M.J., Semenov M.A. Drought tolerance during reproductive development is important for increasing wheat yield potential under climate change in Europe // J. Exp. Bot. 2018. V. 70. P. 2549. https:doi.org/10.1093/jxb/ery226
  10. Заикина Е.А., Румянцев С.Д., Сарварова Е.Р., Кулуев Б.Р. Гены транскрипционных факторов, задействованных в ответе растений на абиотические стрессовые факторы // Экологическая генетика. 2019. Т. 17. № 3. С. 47. https:doi.org/10.17816/ecogen17347-58
  11. Заикина Е.А., Мусин Х.Г., Кулуев А.Р., Никонов В.И., Дмитриев А.М., Кулуев Б.Р. Изменение активности генов транскрипционных факторов TANAC69, TADREB1, TABZIP60 у растений мягкой пшеницы при водном дефиците и гипотермии // Физиология растений. 2022. Т. 69. С. 327. https:doi: 10.31857/S0015330322030186
  12. Xue G.G., Bower N.N., McIntyre C.C., Riding G.G., Kazan K., Shorter R. TaNAC69 from the NAC superfamily of transcription factors is up-regulated by abiotic stresses in wheat and recognizes two consensus DNA-binding sequences // Funct. Plant Biol. 2006. V. 33. P. 43. https:doi.org/10.1071/FP05161
  13. Xue G.G., Way H., Richardson T., Drenth J., Joyce P.A., McIntyre C.L. Over expression of TaNAC69 leads to enhanced transcript levels of stress up-regulated genes and dehydration tolerance in bread wheat // Mol. Plant. 2011. V. 4. P. 697. https:doi.org/10.1093/mp/ssr013
  14. Вербицкая А.А., Иванова А.С., Царькова Е.А., Мишуткина Я.В., Гапоненко А.К. Агробактериальная трансформация продуктивных сортов яровой мягкой пшеницы российской селекции // Естественные и технические науки. 2022. № 1. С. 63. https:doi.org/10.25633/ETN.2022.01.04
  15. Мусин Х.Г., Гумерова Г.Р., Баймухаметова Э.А., Кулуев Б.Р. Рост и стрессоустойчивость волосовидных корней табака с конститутивной экспрессией гена ARGOS-LIKE // Физиология растений. 2022. Т. 69. С. 490. https:doi.org/10.31857/S0015330322050153
  16. Bahramnejad B., Naji M., Bose R., Jha S. A critical review on use of Agrobacterium rhizogenes and their associated binary vectors for plant transformation // Biotechnol. Adv. 2019. V. 37. P. 107405. https:doi.org/10.1016/j.biotechadv.2019.06.004
  17. Sun J., Ma L., San K.Y., Peebles C.A. Still stable after 11 years: A Catharanthus roseus hairy root line maintains inducible expression of anthranilate synthase // Biotechnol. Progr. 2017. V. 33. P. 66. https:doi.org/10.1002/btpr.2403
  18. Aljanabi S.M., Martinez I. Universal and rapid salt-extraction of high-quality genomic DNA for PCR-based techniques // Nucl. Acids Res. 1997. V. 25. P. 4692. https:doi.org/10.1093/nar/25.22.4692
  19. Doyle J.J., Doyle J.L. A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue // Phytochem. Bull. 1987. V. 19. P. 11.
  20. Чевари С., Чаба И., Секей И. Роль супероксиддисмутазы в окислительных процессах клетки и метод определения ее в биологических материалах // Лабораторное дело. 1985. № 11. С. 578.
  21. Verma S., Dubey R.S. Lead toxicity induces lipid peroxidation and alert the activities of antioxidant enzymes in grooving rice plants // Plant Sci. 2003. V. 64. P. 645. http://dx.doi.org/10.1016/S0168-9452(03)00022-0
  22. Ермаков А.И., Арисимович В. В., Ярош Н.П., Перуански Ю.В., Луковникова Г.А. Иконникова М.И. Методы биохимического исследования растений // Ленинград: Агропромиздат. 1987. 430 с.
  23. Panchuck I.I., Volkov R.A., Schoff F. Heat stress and heat shock transcription factor-depend expression and activity of ascorbate peroxidase in Arabidopsis // Plant Physiol. 2002. V. 129. P. 838. https:doi.org/10.1104/pp.001362
  24. Taylor N.L., Millar A.H. Oxidative stress and plant mitochondria // Meth. Mol. Biol. 2007. V. 372. P. 389. https:doi.org/10.1007/978-1-59745-365-3_28
  25. Khedr A.H.A., Abbas M.A., Abdel W.A.A., Quick W.P., Abogadallah G.M. Proline induces the expression of salt-stress responsive proteins and may improve the adaptation of Pancratium maritimum L. to salt-stress // J. Exp. Bot. 2003. V. 54. P. 2553. https:doi.org/10.1093/jxb/erg277
  26. Minibayeva F.V., Kolesnikov O.P., Gordon L.K. Contribution of a plasma membrane redox system to the superoxide production by wheat root cells // Protoplasma. 1998. V. 205. P. 101. https:doi.org/10.1007/BF01279299
  27. Chaouch S., Queval G., Vanderauwera S., Mhamdi A., Vandorpe M., Langlois-Meurinne M., Breusegem F., Saindrenan P., Noctor G. Peroxisomal hydrogen peroxide is coupled to biotic defense responses by ISOCHORISMATE SYNTHASE1 in a daylength-related manner // Plant Physiol. 2010. V. 153. P. 1692. https:doi.org/10.1104/pp.110.153957
  28. Bindschedler L.V., Minibayeva F., Gardner S.L., Gerrish C., Davies D.R., Bolwell G.P. Early signalling events in the apoplastic oxidative burst in suspension cultured French bean cells involve cAMP and Ca2+ // New Phytol. 2001. V. 151. P. 185. https:doi.org/10.1046/j.1469-8137.2001.00170.x
  29. Boestfleisch C., Wagenseil N.B., Buhmann A.K., Seal C.E., Wade E.M., Muscolo A., Papenbrock J. Manipulating the antioxidant capacity of halophytes to increase their cultural and economic value through saline cultivation // AoB Plants. 2014. V. 13. P. 6. https:doi.org/10.1093/aobpla/plu046
  30. Habig W.H., Pabst M.S., Jakoby W.B. Glutathione-S-transferase. The first enzymatic step in mercapturic acid formation // J. Biol. Chem. 1974. V. 246. P. 7130. https:doi.org/10.1016/S0021-9258(19)42083-8
  31. Верлан Н.В. Клинико-фармакологический анализ состояния системы глутатиона при церебральной ишемии. Дис. … док. мед. наук. Москва: ЦНМБ ММА им. И.М. Сеченова 2008. 210 с.
  32. Mao X., Zhang H., Qian X., Li A., Zhao G, Jing R. TaNAC2, a NAC-type wheat transcription factor conferring enhanced multiple abiotic stress tolerances in Arabidopsis // J. Exp. Bot. 2012. V. 63. P. 2933. https:doi.org/10.1093/jxb/err462
  33. Бережнева З.А., Мусин Х.Г., Кулуев Б.Р. Рост корней трансгенных растений табака со сверхэкспрессией генов экспансинов и ксилоглюканэндотрансгликозилаз в условиях кадмиевого стресса // Физиология растений. 2022. T. 69. C. 522. https:doi.org/10.31857/S0015330322050037

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. The content of transcripts of the TaNAC69 gene in the hair-like roots of tobacco in % to the reference gene EF-1α. L10-L22 are hairline roots carrying the TaNAC69 gene.

下载 (121KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Appearance of the studied VC under the action of 150 mM NaCl: control VC without the TaNAC69 gene 10 (a), 20 (g) and 30 (g) days after the start of the experiment; transgenic VC with the TaNAC69 gene of line 21 after 10 (b), 20 (e) and 30 (h) day after the start of the experiment; transgenic VC with the TaNAC69 gene of line 22 10 (b), 20 (e) and 30 (i) days after the start of the experiment. Petri dishes with a diameter of 10 cm are used in the work.

下载 (1MB)
索引源数据
4. Fig. 3. The average increase in tobacco VC at a rate and effect of 150 mM NaCl: (a) – 10 days after the start of the experiment; (b) – 20 days after the start of the experiment; (c) – 30 days after the start of the experiment. 1 – under normal conditions, 2 – under the action of 150 mM NaCl. Asterisks (*) indicate a significant data difference between the transgenic and control lines of the VC (P ≤ 0.05).

下载 (66KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Raw (a) and dry (b) mass of hair-like roots with a norm and action of 150 mM NaCl. 1 – under normal conditions, 2 – under the action of 150 mM NaCl. Asterisks (*) indicate a significant data difference between the transgenic and control lines of the VC (P ≤ 0.05).

下载 (101KB)
索引源数据
6. Fig. 5. The state of the antioxidant system of the analyzed VC: (a) – catalase activity, (b) – guaiacol peroxidase activity, (c) – hydrogen peroxide content, (d) – superoxide dismutase activity, (e) – glutathione-S-transferase activity, (e) – total antioxidant capacity, (w) – the content of proline, (h) – the content of water-soluble sugars, (i) – the content of malonic dialdehyde. SR1 – control, L10–L22 – lines of transgenic VC with the TaNAC69 gene, 1 – normal conditions, 2 – under the action of 150 mM NaCl. Asterisks (*) indicate a significant data difference between the transgenic and control lines of the VC (P ≤ 0.05).

下载 (485KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024