Ген экспансина NtEXPA5 повышает стрессоустойчивость волосовидных корней табака через влияние на антиоксидантную систему

Обложка
  • Авторы: Кулуев Б.Р.1,2, Мусин Х.Г.1, Якупова А.Б.1,2
  • Учреждения:
    1. Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук
    2. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Башкирский государственный университет»
  • Выпуск: Том 19, № 1 (2021)
  • Страницы: 5-12
  • Раздел: Генетические основы эволюции экосистем
  • URL: https://journal-vniispk.ru/ecolgenet/article/view/44618
  • DOI: https://doi.org/10.17816/ecogen44618
  • ID: 44618

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Введение. Экспансины — это неферментативные белки, участвующие в размягчении клеточных стенок, механизм действия которых связан с ослаблением и разрывом водородных связей между ксилоглюканами и микрофибриллами целлюлозы и направлен на обеспечение роста клеток растяжением.

Целью работы было получение волосовидных (бородатых) корней табака с конститутивной экспрессией гена экспансина NtEXPA5, их морфометрический анализ и оценка состояния их антиоксидантной системы при действии стрессовых факторов.

Материалы и методы. Волосовидные корни табака были получены из трансгенных растений с повышенной экспрессией гена экспансина NtEXPA5.

Результаты. Конститутивная экспрессия гена NtEXPA5 способствовала увеличению длины и сухого веса волосовидных корней как при нормальных условиях, так и при действии засоления, сульфата меди, ацетата кадмия и маннитола. Как при нормальных условиях, так и при действии стрессовых факторов в трансгенных волосовидных корнях было зафиксировано увеличение активности супероксиддисмутазы и общей антиоксидантной активности.

Выводы. Полученные результаты свидетельствуют, что экспансины оказывают свой позитивный эффект на продуктивность и стрессоустойчивость растений не только через влияние на рост клеток растяжением, но и через воздействие на антиоксидантную систему.

Об авторах

Булат Разяпович Кулуев

Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Башкирский государственный университет»

Автор, ответственный за переписку.
Email: kuluev@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-1564-164X
SPIN-код: 8580-5347
Scopus Author ID: 23094029400
ResearcherId: N-3927-2016

д-р биол. наук, заведующий лабораторией геномики растений

Россия, 450054, Уфа, пр. Октября, д. 71; Уфа

Халит Галеевич Мусин

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

Email: khalit.musin@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7336-2027
SPIN-код: 8966-4290
ResearcherId: P-2298-2017

Младший научный сотрудник лаборатории геномики растений

Россия, 450054, Уфа, пр. Октября, д. 71

Альфира Буребаевна Якупова

Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Башкирский государственный университет»

Email: alfiram@yandex.ru
SPIN-код: 1480-4353
Scopus Author ID: 36344236800

канд. биол. наук

Россия, 450054, Уфа, пр. Октября, д. 71; Уфа

Список литературы

  1. Cosgrove D.J. Plant expansins: diversity and interactions with plant cell walls // Current Opinion Plant Biology. 2015. Vol. 25. P. 162–172. doi: 10.1016/j.pbi.2015.05.014
  2. Lin C., Choi H.S., Cho H.T. Root hair-specific EXPANSIN A7 is required for root hair elongation in Arabidopsis // Mole Cell. 2011. Vol. 31. P. 393–397. doi: 10.1007/s10059-011-0046-2
  3. Kuluev B.R., Berezhneva Z.A., Mikhaylova E.V., et al. Growth of transgenic tobacco plants with changed expression of genes encoding expansins under the action of stress factors // Russian Journal of Plant Physiology. 2018. Vol. 65. No. 2. P. 211–221. doi: 10.1134/S1021443718020036
  4. Zhao M.R., Li F., Fang Y., et al. Expansin-regulated cell elongation is involved in the drought tolerance in wheat // Protoplasma. 2011. Vol. 248. P. 313–323. doi: 10.1007/s00709-010-0172-2
  5. Xu Q., Xu X., Shi Y., et al. Transgenic tobacco plants overexpressing a grass PpEXP1 gene exhibit enhanced tolerance to heat stress // PLOS One. 2014. Vol. 8. e100792. doi: 10.1371/journal.pone.0100792
  6. Kuluev B.R., Avalbaev A.M., Mikhaylova E.V., et al. Expression profiles and hormonal regulation of tobacco expansin genes and their involvement in abiotic stress response // Journal of Plant Physiology. 2016. Vol. 206. P. 1–12. doi: 10.1016/j.jplph.2016.09.001
  7. Kuluev B.R., Safiullina M.G., Knyazev A.V., et al. Effect of ectopic expression of NtEXPA5 gene on cell size and growth of organs of transgenic tobacco plants // Russ J of Dev Biol. 2013. Vol. 44. P. 28–34. doi: 10.1134/S1062360413010049
  8. Gumerova G.R., Chemeris A.V., Nikonorov Yu.M., et al. Morphological and molecular analysis of isolated cultures of tobacco adventitious roots obtained by the methods of biolistic bombardment and Agrobacterium-mediated transformation // Russian Journal of Plant Physiology. 2018. Vol. 65. No. 5. P. 740–749. doi: 10.1134/S1021443718050072
  9. Rogers S.O., Bendich A.J. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh, herbarium and mummified plant tissues // Plant Mol Biol. 1985. Vol. 5. No. 2. P. 69–76. doi: 10.1007/BF00020088.
  10. Duncan D.B. Multiple range and multiple F-test // Biometrics. 1955. Vol. 11. P. 1–5. doi: 10.2307/3001478
  11. Чевари С., Чаба И., Секей И. Роль супероксиддисмутазы в окислительных процессах клетки и метод определения ее в биологических материалах // Лабораторное дело. 1985. № 11. С. 678–681.
  12. Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.Р., и др. Методы биохимического исследования растений / под ред. А.И. Ермакова. 3 изд., перераб. и доп. Л.: Агропромиздат, 1987. 430 с.
  13. 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 Physology. 2002. Vol. 129. P. 838–853. doi: 10.1104/pp.001362
  14. Boestfleisch C., Wagenseil N.B., Buhmann A.K., et al. Manipulating the antioxidant capacity of halophytes to increase their cultural and economic value through saline cultivation // AoB Plants. 2014. No. 13. P. 6–12. doi: 10.1093/aobpla/plu046
  15. Bradford M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Anal Biochem. 1976. Vol. 72. P. 248–254. doi: 10.1006/abio.1976.9999
  16. Guimaraes L.A., Pereira B.M., Araujo A.C.G., et al. Ex vitro hairy root induction in detached peanut leaves for plant-nematode interaction studies // Plant Methods. 2017. Vol. 13. P. 25. doi: 10.1186/s13007-017-0176-4
  17. Sosa A.L.G., Agostini E., Medina M.I. Antioxidant response of tobacco (Nicotiana tabacum) hairy roots after phenol treatment // Plant Physiol Biochem. 2011. Vol. 49. No. 9. P. 1020–1028. doi: 10.1016/j.plaphy.2011.07.009
  18. Wang L., Chen Q., Xin D., et al. Overexpression of GmBIN2, a soybean glycogen synthase kinase 3 gene, enhances tolerance to salt and drought in transgenic Arabidopsis and soybean hairy roots // J Integr Agric. 2018. Vol. 17. No. 9. P. 1959–1971. doi: 10.1016/S2095-3119(17)61863-X
  19. Han Y., Chen Y., Yin S., et al. Over-expression of TaEXPB23, a wheat expansin gene, improves oxidative stress tolerance in transgenic tobacco plants // J Plant Physiol. 2015. Vol. 173. P. 62–71. doi: 10.1016/j.jplph.2014.09.007
  20. Li A.X., Han Y.Y., Wang X., et al. Root-specific expression of wheat expansin gene TaEXPB23 enhances root growth and water stress tolerance in tobacco // Environ Exp Bot. 2015. Vol. 110. P. 73–84. doi: 10.1016/j.envexpbot.2014.10.002
  21. Jadamba C., Kang K., Paek N.C., et al. Overexpression of rice expansin 7 (Osexpa 7) confers enhanced tolerance to salt stress in rice // Int J Moc Sci. 2020. Vol. 21. No. 2. P. 454. doi: 10.3390/ijms21020454
  22. Chen Y., Han Y., Zhang M., et al. Overexpression of the wheat expansin gene TaEXPA2 improved seed production and drought tolerance in transgenic tobacco plants // PLoS One. 2016. Vol. 11. No. 4. e0153494. doi: 10.1371/journal.pone.0153494
  23. Yang J., Zhang G., An J., et al. Expansin gene TaEXPA2 positively regulates drought tolerance in transgenic wheat (Triticum aestivum L.) // Plant Science. 2020. Vol. 298. P. 110596. doi: 10.1016/j.plantsci.2020.110596
  24. Passardi F., Penel C., Dunand C. Performing the paradoxical: how plant peroxidases modify the cell wall // Trends in Plant Sci. 2004. Vol. 9. No. 11. P. 534–540. doi: 10.1016/j.tplants. 2004.09.002

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Морфометрический анализ волосовидных корней с конститутивной экспрессией гена NtEXPA5: а — прирост корней в длину за 30 дней культивации; b — сухой вес корней через 30 дней культивации. WT — дикий тип (контроль), Е1–Е-6 — линии HRs. Звездочками обозначены достоверные различия от контроля согласно критерию Дункана (p < 0,05)

Скачать (263KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Анализ антиоксидантной системы культур волосовидных корней с конститутивной экспрессией гена NtEXPA5: а — активность супероксиддисмутазы; b — каталазная активность; c — пероксидазная активность; d — общая антиоксидантная активность. Звездочками обозначены достоверные различия от контроля согласно критерию Дункана (p < 0,05)

Скачать (216KB)
Метаданные

© ООО "Эко-Вектор", 2021


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».