Влияние экспрессии гетерологичной Δ9-десатуразы на жирнокислотный состав растений томатов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В данной работе мы исследовали возможность модификации жирнокислотного (ЖК) состава листьев томата (Solanum lycopersicum L.) за счет введения в его геном гена Δ9 ацил-липидной десатуразы цианобактерии (Synechococcus vulcanus C.). Для получения трансгенных растений томата, экспрессирующих десатуразу цианобактерии (desC), и оценки влияния данной десатуразы на ЖК-состав суммарных липидов были сконструированы вектора, несущие ген desC. Последовательность гена была слита с лидерными последовательностями, обеспечивающими локализацию белкового продукта в хлоропластах, эндоплазматическом ретикулуме (ЭПР) или цитоплазматической мембране. Полученными векторами трансформировали штамм A. tumefaciens AGL0 для последующей агробактериальной трансформации растений томатов. ЖК анализ листьев показал, что для некоторых линий при локализации desC в цитоплазматической мембране или мембране ЭПР наблюдается увеличение содержания С16:1 и C16:2 жирных кислот. Для данных линий показано увеличение относительной представленности транскрипта desC по сравнению с трансгенными линиями, не показавшими изменения ЖК-состава. Полученные данные могут быть использованы для разработки стратегий направленной модификации жирнокислотного состава томатов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. Г. Миловская

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук

Email: irengold58@gmail.com
Россия, Москва

Н. В. Варламова

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии”

Email: irengold58@gmail.com
Россия, Москва

А. Ю. Стариков

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук

Email: irengold58@gmail.com
Россия, Москва

Д. В. Демиденко

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии”

Email: irengold58@gmail.com
Россия, Москва

О. С. Павленко

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук; Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии”

Email: irengold58@gmail.com
Россия, Москва; Москва

А. А. Тюрин

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук

Email: irengold58@gmail.com
Россия, Москва

Д. С. Соболев

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук

Email: irengold58@gmail.com
Россия, Москва

Л. В. Куренина

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии”

Email: irengold58@gmail.com
Россия, Москва

И. В. Голденкова-Павлова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: irengold58@gmail.com
Россия, Москва

М. Р. Халилуев

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии”; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Российский государственный аграрный университет – МСХА им. К.А.Тимирязева”

Email: irengold58@gmail.com
Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Лось Д.А. Структура, регуляция экспрессии и функционирование десатураз жирных кислот // Успехи биологической химии. 2001. Т. 41. С. 163.
  2. He M., Qin C.-X., Wang X., Ding N.-Z. Plant unsaturated fatty acids: biosynthesisand regulation. // Front. Plant Sci. 2020. V. 11. P. 390. https:doi: 10.3389/fpls.2020.00390
  3. Li N., Xu C., Li-Beisson Y., Philippar K. Fatty acid and lipid transport in plant cells // Trends Plant Sci. 2016. V. 21. P. 145. https:doi: 10.1016/j.tplants.2015.10.011
  4. Murata N., Wada H. Acyl-lipid desaturases and their importance in the tolerance and acclimatization to cold of cyanobacteria // J. Biochem. 1995. V. 308 P. 1. https:doi: 10.1042/bj3080001
  5. Kachroo P., Shanklin J., Shah J., Whittle E., Klessig D. A fatty acid desaturase modulates the activation of defense signaling pathways in plants // Proc. Natl. Acad. Sci. 2001. V. 98. P. 9448. https:doi: 10.1073/pnas.151258398
  6. Song N., Hu Z., Li Y. Overexpression of a wheat stearoyl-ACP desaturase (SACPD) gene TaSSI2 in Arabidopsis ssi2 mutant compromise its resistance to powdery mildew // Gene. 2013. V. 524. P. 222. https:doi: 10.1016/j.gene.2013.04.019
  7. Tsypurskaya E., Nikolaeva T., Lapshin P., Nechaeva T., Yuorieva N., Baranova E., Derevyagina M., Nazarenko L. Goldenkova-Pavlova I. Zagoskina N. Response of transgenic potato plants expressing heterologous genes of ∆9- or ∆12-Acyl-lipid desaturases to Phytophthora infestans infection // Plants. 2022. V. 11. P. 288. https:doi: 10.3390/ plants11030288
  8. Ishizaki-Nishizawa O., Fujii T., Azuma M. Low-temperature resistance of higher plants is significantly enhanced by a nonspecific cyanobacterial desaturase // Nat. Biotech. 1996. V. 14. P. 1003. https:doi: 10.1038/nbt0896-1003
  9. Yu C., Wang H., Yang S., Tang X., Duan M., Meng Q. Overexpression of endoplasmic reticulum omega-3 fatty acid desaturase gene improves chilling tolerance in tomato // Plant Physiol. Biochem. 2009. V. 47. P. 1102.https:doi: 10.1016/j.plaphy.2009.07.008
  10. Zhou Z., Wang M., Hu J. Improve freezing tolerance in transgenic poplar by overexpressing a ω-3 fatty acid desaturase gene // Mol. Breeding. 2010. V. 25. P. 571. https:doi.org/10.1007/s11032-009-9352-1
  11. Peng D., Zhou B., Jiang Y. Enhancing freezing tolerance of Brassica napus L. by overexpression of a stearoyl-acyl carrier protein desaturase gene (SAD) from Sapium sebiferum (L.) Roxb // Plant Sci. 2018. V. 272. P. 32. https:doi: 10.1016/j.plantsci.2018.03.028
  12. Liu X., Teng Y., Li B. Enhancement of low-temperature tolerance in transgenic tomato plants overexpressing Lefad7 through regulation of trienoic fatty acids // Photosynth. 2013. V. 51. P. 238. https:doi: 10.1007/s11099-013-0014-5
  13. Dominguez T., Hernandez L., Pennycooke J., Jimenez P., Martınez-Rivas J., Sanz C., Stockinger E., Sanchez-Serrano J., Sanmartin M. Increasing v-3 desaturase expression in tomato results in altered aroma profile and enhanced resistance to cold stress // Plant Physiol. 2010. V. 153. P. 655. https:doi: 10.1104/pp.110.154815
  14. Berestovoy M., Pavlenko O., Tyurin A., Gorshkova E., Goldenkova-Pavlova I. Altered fatty acid composition of Nicotiana benthamiana and Nicotiana excelsior leaves under transient overexpression of the cyanobacterial desC gene // Biol. Plant. 2020. V. 64. P. 167. https:doi: 10.32615/bp.2019.144
  15. Kiseleva L., Serebriiskaya T., Horváth I., Vigh L., Lyukevich A., Los D. Expression of the gene for the delta9 acyl-lipid desaturase in the thermophilic cyanobacterium. // J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 2000. V. 2. P. 331.
  16. Orlova I., Serebriiskaya T., Popov V., Merkulova N., Nosov A., Trunova T., Tsydendambaev V., Los D. Transformation of tobacco with a gene for the thermophilic acyl-lipid desaturase enhances the chilling tolerance of plants // Plant Cell Physiol. 2003. V. 44. P. 447. https:doi: 10.1093/pcp/pcg047
  17. Vyacheslavova A., Berdichevets I., Tyurin A., Shimshilashvili K., Mustafaev O., Goldenkova-Pavlova I. Expression of heterologous genes in plant systems: new possibilities // Russ. J. Gen. 2012. V. 48. P. 1067. https:doi: 10.1134/S1022795412110130
  18. Höfgen R., Willmitzer L. Storage of competent cells for Agrobacterium transformation // Nucleic Acids Res. 1988. V. 16. P. 9877. https:doi: 10.1093/nar/16.20.9877
  19. Reza M., Goldenkova-Pavlova I., Pchelkin V., Tsydendambaev V., Los D., Nosov A. Acyl-lipid Δ12-desaturase of the cyanobacterium increases the unsaturation degree in transgenic potato (Solanum tuberosum L.) // Biologia. 2007. V. 53. P. 4.
  20. Герасименко И., Сахно Л., Кирпа Т., Остапчук А., Хаджиев Т В., Голденкова-Павлова И.В., Шелудько Ю. Характеристика растений Nicotiana tabacum, экспрессирующих гибридные гены Δ9- или Δ12-ацил-липидных десатураз цианобактерий и термостабильной лихеназы // Физиология растений. 2015. Т. 62. С. 307.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое изображение участка Т-ДНК в плазмидах pVIG-DesC (а), pVIG-Lch-DesC (б) и pVIG-LeВ4-DesC-ER (в), используемых для агробактериальной трансформации томата. LB – левая граница; RB – правая граница; 35S – конститутивный промотор 35S РНК вируса мозаики цветной капусты; pNOS – промотор нопалинсинтазы; nptII – ген неомицинфосфотрансферазы II; tNOS – последовательность терминатора нопалинсинтазы; desC – ген, кодирующий Δ9-десатуразу Synechococcus vulcanus; Lch – лидерная последовательность гена, кодирующего малую субъединицу рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазы Arabidopsis thaliana, обеспечивающая доставку кодируемого белка в хлоропласты; LeB4 – лидерная последовательность гена LeB4 гороха (Vicia faba), кодирующая промотор легумина B4, который обеспечивает компартментализацию белкового продукта в эндоплазматический ретикулум (ЭПР); последовательность ER, SKRDEL в 3’-области гена-мишени, кодирующая С-концевые аминокислоты для удержания целевого белка в ЭПР; поли-А, сигнальная последовательность полиаденилирования.

Скачать (467KB)
Метаданные
3. Рис. 2. ПЦР-амплификация генов Tom52 (а), nptII (б), VirB (в) и desC (г) на образцах геномной ДНК предполагаемых трансформантов и нетрансгенных растений томата. М – маркер молекулярной массы (GeneRuler 100 bp DNA Ladder, “Fermentas”, Литва); 2 – отрицательный контроль (линия ЯЛФ); 3–18 – независимые трансформированные линии томатов; 19 – положительный контроль (плазмида pVIG-DesC).

Скачать (557KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Фенотип контрольных растений и первичных трансформантов растений. (а) – контрольное растение ЯЛФ (агаризованная MС-среда), (б) – трансгенное растение (линия 94Cyt) (агаризованная MС-среда + канамицин), (в) – трансгенное растение (линия 8ER) "необычного" фенотипа (агаризованная MС-среда + канамицин).

Скачать (353KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Относительная представленность транскриптов гена desC в разных линиях трансформированных томатов. За единицу принята экспрессия линии 94Cyt.

Скачать (131KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024