Гени метаболізму проліну в біотехнології підвищення осмостійкості пшениці

  • С. І. Михальська Інститут фізіології рослин і генетики Національної академії наук України
  • А. Г. Комісаренко Інститут фізіології рослин і генетики Національної академії наук України
  • В. М. Курчій Інститут фізіології рослин і генетики Національної академії наук України
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v28.1382

Анотація

Мета. Проаналізувати дієвість інтродукованих генів орнітин-δ-амінотрансферази (oat) Medicago truncatula та фрагментів двох копій першого екзона та інтрона гена  проліндегідрогенази (pdh) Arabidopsis thaliana, що утворюють дволанцюговий РНК-супресор гена проліндегідрогенази пшениці,  в підвищенні  її продуктивності за дії  осмотичного стресу. Методи. Визначення вмісту вільного L-проліну (Pro); активності фермента орнітин-δ-амінотрансферази (ОАТ), активності проліндегідрогенази (ПДГ), показників структури врожаю. Результати. Встановлено, що рослини пшениці з додатковою копією гена oat характеризуються підвищеною активністю ОАТ, що не відображається на вмісті Pro. Аналіз рослин з інтегрованими елементами, що утворюють дволанцюговий РНК супресор гена pdh, виявив зниження активності ПДГ та підвищення вмісту Pro. Виявлено, що Т2 покоління біотехнологічних рослин УК 322/17 із супресором гена pdh та УК 95/17 із додатковою копією гена oat в умовах посухи характеризувалися вищими показниками ряду елементів врожаю в порівнянні з їх вихідними формами. Висновки. Підсилення експресії гена oat впливає на ростові процеси пшениці, що позитивно відображається на її продуктивності за умов водного дефіциту. Часткова супресія гена проліндегідрогенази зумовлює покращення показників продуктивності в умовах посухи за рахунок підвищеного вмісту вільного проліну.

Ключові слова: пшениця, пролін, орнітин-δ-амінотрансфераза, проліндегідрогеназа, продуктивність.

Посилання

Morgun V.V., Dubrovna O.V., Morgun B.V. Modern biotechnologies for stress-resistant wheat plants. Fiziologiya rasteniy i genetika. 2016. Vol. 48 (3). P. 196–213. doi: 10.15407/frg2016.03.196. [in Ukrainian]

Ahmed H.G.M.D., Li M., Khan S.H., Kashif M. Early selection of bread wheat genotypes using morphological and photo-synthetic attributes conferring drought tolerance. J. of Integrat. Agric. 2019. Vol. 18 (11). P. 2483–2491. doi: 10.1016/S2095-3119(18)62083-0.

Cheng M., Fry J.E., Pang S., Zhou H., Hironaka C.M., Duncan D.R., Conner T.W., Wan Y. Genetic transformation of wheat mediated by Agrobacterium tumefaciens. Plant Physiol. 1997. Vol. 115 (3). P. 971–980. doi: 10.1104/pp.115.3.971.

Richardson T., Thistleton J., Higgins T.J., Howitt C., Ayliffe M., Efficient agrobacterium transformation of elite wheat germplasm without selection. Plant Cell. Tissue and Organ Culture (PCTOC). 2014. Vol. 119 (3). P. 647–659. doi: 10.1007/s11240-014-0564-7.

Mykhalska S.I., Komisarenko A.G., Tishchenko O.M. Development of methods of wheat Agrobacterium-mediated transformation. Faktory eksperym. evolyutsiyi orhanizmiv. 2015. Vol. 17. P. 213–216. [in Ukrainian]

Goncharuk O.M., Dubrovna O.V. Obtaining genetically modified wheat plants with the heterologous gene of ornithine-δ-aminotransferase. Faktory eksperym. evolyutsiyi orhanizmiv. 2018. Vol. 22. P. 222–227. doi: 10.7124/FEEO.v22.952. [in Ukrainian]

Szabados L., Savoure A. Proline: a multifunctional amino acid. Trends in Plant Science. 2009. Vol. 1 (2). P. 89–97. doi: 10.1016/j.tplants.2009.11.009.

Sharma S., Villamor J.G., Verslues P.E. Essential role of tissue-specific proline synthesis and catabolism in growth and redox balance at low water potential. Plant Physiology. 2011. Vol. 157. P. 292–304. doi: 10.1104/pp.111.183210.

Komisarenko A.G., Mykhalska S.I., Kurchii V.M. Productivity of winter wheat plants with the additional copy of ornithine-δ-aminotransferase gene under water deficit conditions. Faktory eksperym. evolyutsiyi orhanizmiv. 2019. Vol. 25. P. 247–252. doi: 10.7124/FEEO.v25.1171.

Andriushchenko V.K., Sayanova V.V., Zhuchenko A.A., Diyachenko N.I., Chilikina L.A., Drozdov V.V., Korochkina S.K., Cherep G.I., Medvedev V.V., Niutin Yu.I. The modification of proline estimation method for detection drought tolerant forms of genus Lycopersicon Tourn. Izv. Akad. Nauk Mold. SSR. 1981. No. 4. P. 55–60. [in Russian]

Mattioni C., Lacerenza N.G., Troccoli A., de Leonardis A.M., di Fonzo N. Water and salt stress-induced alterations in proline metabolism of Triticum durum seedlings. Physiol. Plant. 1997. Vol. 101. P. 787–792. doi: 10.1111/j.1399-3054.1997.tb01064.x.

Lin C.C., Kao C.H. Regulation of ammonium-induced proline accumulation in detached rice leaves. Plant Growth Regulation. 2001. Vol. 35. P. 69–74. doi: 10.1023/A:1013832630830.

Dospekhov B.A. Methods of field experiment. 1985. Moscow: Agropromizdat, 351 p. [in Russian].

Gerasimova S.V., Ibragimova S.S., Kochetov A.V., Shumny V.K. Functions of delta-ornithine aminotransferase in plants. Advances in modern biology. 2011. Vol. 131 (6). P. 531–542. [in Russian]

Sharma S., Verslues P.E. Mechanisms independent of abscisic acid (ABA) or proline feedback have a predominant role in transcriptional regulation of proline metabolism during low water potential and stress recovery. Plant Cell Environ. 2010. Vol. 33 (11). P. 1838–1851. doi: 10.1111/j.1365-3040.2010.02188.x.