Агробактериальная трансформация картофеля Solanum tuberosum L. генетическими конструкциями, содержащими растительный промотор pro-SmAMP1, выделенный из Stellaria media L.
- Авторы: Халилуев М.Р.1,2, Харченко П.Н.1, Овчинникова В.Н.1
-
Учреждения:
- ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной биотехнологии
- Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева
- Выпуск: Том 17, № 1 (2022)
- Страницы: 31-47
- Раздел: Генетика и селекция растений
- URL: https://journal-vniispk.ru/2312-797X/article/view/315649
- DOI: https://doi.org/10.22363/2312-797X-2022-17-1-31-47
- ID: 315649
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Эффективность генетической трансформации растений определяется выбором генетических конструкций и их регуляторных последовательностей, обусловливающих высокий и стабильный уровень экспрессии гетерологичных генов. Таким образом, актуальная задача растительной биотехнологии - и спользование высокоэффективных растительных промоторов. Выбор промотора определяет не только уровень экспрессии гена, но и эффективность генетической трансформации. Цель настоящего исследования - о ценить взаимное влияние типа экспланта и 5´-делеционных вариантов растительного промотора pro-SmAMP1 на эффективность агробактериальной трансформации картофеля ( Solanum tuberosum L.) сорта Удача. Для анализа регенерационного потенциала сегментов стеблей и листовых эксплантов картофеля провели генетическую трансформацию посредством штамма Agrobacterium tumefaciens AGL0, несущего генетические конструкции, содержащие 5´-делеционные варианты промоторной части гена антимикробного пептида pro-SmAMP1 Stellaria media L. Использовали четыре генетические конструкции на основе растительного бинарного вектора pCAMBIA1381Z, содержащие селективный ген hptII , а также репортерный ген uidA. Оба этих гена находились под контролем различных 5’-делеционных вариантов растительного промотора proSmAMP1 , размер которых варьирует от -442 до -1196 п. н. (-442, -675, -732 и -1196 п. н.) относительно сайта инициации транскрипции. Кроме того, были использованы две конструкции на основе бинарного вектора pCAMBIA1302, содержащие различные делеционные варианты (-442 и -1196 п. н.) промотора pro-SmAMP1 , контролирующие экспрессию маркерного гена gfp . Установлено, что эффективность агробактериальной трансформации зависела от типа используемой генетической конструкции, но не от типа экспланта. Наличие интеграции фрагмента промоторной области гена pro-SmAMP1 , селективного гена hptII , а также отсутствие бактериального гена Vir E подтверждены с помощью молекулярно-генетического анализа (ПЦР). В зависимости от вида генетической конструкции эффективность агробактериальной трансформации варьировала от 2,0 до 7,2 %. Полученные результаты согласуются с ранее проведенными немногочисленными исследованиями, в которых отмечено, что выбор промотора не только определяет уровень экспрессии маркерных генов, но и оказывает существенное влияние на эффективность генетической трансформации.
Об авторах
Марат Рушанович Халилуев
ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной биотехнологии; Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева
Email: marat131084@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-7371-8900
кандидат биологических наук, доцент, заведующий лабораторией клеточной инженерии растений, ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной биотехнологии; доцент кафедры биотехнологии, Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева
127550, Российская Федерация, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 42; 127550, Российская Федерация, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49Петр Николаевич Харченко
ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной биотехнологии
Email: kharchenko@iab.ac.ru
ORCID iD: 0000-0001-5074-0531
доктор биологических наук, академик РАН, научный руководитель
127550, Российская Федерация, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 42Вера Николаевна Овчинникова
ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной биотехнологии
Автор, ответственный за переписку.
Email: vera.ovchinnikova.1957@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0839-2048
кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории клеточной инженерии растений
127550, Российская Федерация, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 42Список литературы
- Permyakova NV, Shumnyi VK, Deineko EV. Agrobacterium-mediated transformation of plants: Transfer of vector DNA fragments in the plant genome. Russian Journal of Genetics. 2009; 45(3):266—275. doi: 10.1134/S 1022795409030028
- Gustafson V, Mallubhotla S, MacDonnell D, Sanyal-Bagchi M, Chakravarty D, Wang-Pruski G, et al. Transformation and plant regeneration from leaf explants of Solanum tuberosum L. cv. ‘Shepody’. Plant Cell Tiss Organ Cult. 2006; 85(3):361—366. doi: 10.1007/s11240–006–9085–3
- Vinterhaiter D, Zdraković-Korać, Mitić N, Dragićević I, Cingel A, Raspor M, et al. Protocols for Agrobacterium-mediated transformation of potato. In: Fruit, Vegetable and Cereal Science and Biotechnology. Global Science Books. 2008. p.1—15.
- Jin SG, Komari T, Gordon MP, Nester EW. Genes responsible for the supervirulence phenotype of Agrobacterium tumefaciens A281. J Bacteriol. 1987; 169(10):4417—4425. doi: 10.1128/jb.169.10.4417–4425.1987
- Horsch RB, Klee HJ, Stachel S, Winans SC, Nester EW, Rogers SG, et al. Analysis of Agrobacterium tumefaciens virulence mutants in leaf discs. Proceed Nat Acad Sci. 1986; 83(3):2571—2575. doi: 10.1073/ pnas.83.8.2571
- Shah SH, Jan SA, Ahmad N, Khan SU, Kumar T, Iqbal A, et al. Use of different promoters in transgenic plant development: current challenges and future perspectives. Am Eurasian J Agric Environ Sci. 2015; 15(4):664—675 doi: 10.5829/idosi.aejaes.2015.15.4.12591
- Prakach NS, Prasad V, Chidambram TP, Cherian S, Jayaprakash T, Dasgupta S, et al. Effect of promoter driving selectable marker on corn transformation. Transgenic Research. 2008; 17(4):695—704. doi: 10.1007/ s11248–007–9149–0
- Beringer J, Chen W, Garton R, Sardefai N, Wang PH, Zhou N, et al. Comparison of the impact of viral and plant-derived promoters regulating selectable marker gene on maize transformation and transgene expression. Plant Сell Rep. 2017; 36(4):519—528. doi: 10.1007/s00299–017–2099-y
- Grunennvaldt RL, Degenhardt-Goldbach J, Gerhardt IR, Quoirin M. Promoters used in genetic transformation of plants. Res J Biol Sci. 2015; 10(1—2):1—9.
- Saranya M, Kanchana M. Promoter diversity in plants — a review. Int J Appl Adv Sci Res. 2016; 1(1):209—217.
- Jiang P, Zhang K, Ding Z, He Q, Li W, Zhu S, et al. Characterization of a strong and constitutive promoter from the Arabidopsis serine carboxypeptidase-like gene AtSCPL30 as a potential tool for crop transgenic breeding. BMC Biotechnol. 2018; 18(1):59. doi: 10.1186/s12896–018–0470-x
- Smirnova OG, Ibragimova SS, Kochetov AV. Simple database to select promoters for plant transgenesis. Transgenic Res. 2012; 21(2):429—437. doi: 10.1007/s11248–011–9538–2
- Smirnova OG, Kochetov AV. Choice of the promoter for tissue and developmental stage-specific gene expression. In: Rustgi S, Luo H. (eds.) Biolistic DNA Delivery in Plants. Methods in Molecular Biology, vol 2124. Humana, New York; 2020. p.69—106. doi: 10.1007/978–1–0716–0356–7_4
- Vetchinkina EM, Komakhina VV, Vysotskii DA, Babakov AV, Komakhin RA, Zaitsev DV, et al. Expression of plant antimicrobial peptide pro-SmAMP2 gene increases resistance of transgenic potato plants to Alternaria and Fusarium pathogens. Russian Journal of Genetics. 2016; 52(9):939—951. doi: 10.1134/S 1022795416080147
- Vysotskii DA, Strelnikova SR, Efremova LN, Vetchinkina EM, Babakov AV, Komakhin RA. Structural and functional analysis of new plant promoter pro-SmAMP1 from Stellaria media. Russian J Plant Physiol. 2016; 63(5):663—672. doi: 10.1134/S 1021443716050174
- Komakhin RA, Vysotskii DA, Shukurov RR, Voblikova VD, Komakhina VV, Strelnikova SR, et al. Novel strong promoter of antimicrobial peptides gene pro-SmAMP2 from chickweed (Stellaria media). BMC Biotechnology. 2016; 16(1):43. doi: 10.1186/s12896–016–0273-x
- Madzharova NV, Kazakova KA, Strelnikova SR, Snycheva OA, Vetchinkina EM, Efremova LN, et al. Promoters pro-SmAMP1 and pro-SmAMP2 from Wild Plant Stellaria media for the Biotechnology of Dicotyledons. Russian J Plant Physiol. 2018; 65(5):750—761. doi: 10.1134/S 1021443718040040
- Murashige T, Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue culture. Phys Plantar. 1962; 15:473—497.
- Weigel D, Glazebrook J. Transformation of Agrobacterium using electroporation. CSH protocols. 2006; 7:1—17. doi: 10.1101/pdb.prot4665
- Danilova SA, Kuznetsov VV, Dolgikh YI. A novel efficient method for maize genetic transformation: usage of agrobacterial monolayer. Russian J Plant Phisiol. 2009; 56(2):258—263. doi: 10.1134/S 1021443709020150
- Khatun A, Hasan MM, Bachchu MAA, Moniruzzaman M, Nasiruddin RM. Agrobacterium-mediated genetic transformation of potato (Solanum tuberosum L.) var. Cardinal and Heera. The Agriculturists. 2012; 10(1):81—86. doi: 10.3329/AGRIC.V10I1.11068
- Yadav NR, Stiklen MB. Direct and efficient plant regeneration from leaf explants of Solanum tuberosum L. cv. Bintje. Plant Cell Rep. 1995; 14(10):645—647. doi: 10.1007/BF00232730
- Trujillo C, Rodrigez-Arango E, Jaramillo S, Hoyos R, Orduz S, Arango R. One-step transformation of two Andean potato cultivars (Solanum tuberosum L. subsp. andigena). Plant Cell Rep. 2001; 20(7):637—641. doi: 10.1007/s002990100381
- Kamrani M, Ebadi A, Shiri M. Effect of explant, genotype and plant growth regulators on regeneration and Agrobacterium-mediated transformation of potato. J Agronomy. 2015; 14(4):227—233. doi: 10.3923/ ja.2015.227.233
- Beaujean A, Sangwan RS, Lecardonnel A, Sangwan-Norreel BS. Agrobacterium-mediated transformation of three economically important potato cultivars using sliced internodal explants: an efficient protocol of transformation. J Exper Bot. 1998; 49(326):1589—1595. doi: 10.1093/jxb/49.326.1589
- Ahmad MZ, Hussain I, Muhammad A, Ali S, Ali GM, Roomi S, et al. Factors affecting Agrobacteriummediated transformation of rice chitinase gene in Solanum tuberosum L. African J of Biotechnol. 2012; 11(41):9716—9723. doi: 10.5897/AJB 11.1961
- Varlamova NV, Rodionova MA, Efremova LN, Kharchenko PN, Vysotskii DA, Khaliluev MR. Indirect shoot organogenesis of soybean Glycine max (L.) Merr. from stem segments and use of the explants for Agrobacterium-mediated transformation. Agricultural Biology. 2018; 53(3):521—530. doi: 10.15389/ agrobiology.2018.3.521rus
Дополнительные файлы
