Фізіолого-біохімічні та господарські характеристики трансгенних рослин озимої пшениці з геном орнітин-Δ-амінотрансферази

  • О. В. Дубровна Інститут фізіології рослин і генетики Національної академії наук України, Україна, 03022, м. Київ, вул. Васильківська, 31/17 https://orcid.org/0000-0002-4884-7572
  • Л. В. Сливка Інститут фізіології рослин і генетики Національної академії наук України, Україна, 03022, м. Київ, вул. Васильківська, 31/17 https://orcid.org/0000-0001-6133-4395
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v30.1462
Ключові слова: Triticum aestivum, Agrobacterium-опосередкована трансформація, ген орнітин-δ-амінотрансферази, фізіолого-біохімічні та господарські характеристики

Анотація

Мета. Проаналізувати фізіолого-біохімічні та господарські характеристики генетично модифікованих рослин нових перспективних генотипів пшениці озимої м’якої насіннєвого покоління Т2 з гетерологічним геном орнітин-δ-амінотрансферази люцерни. Методи. Agrobacterium-опосередкована трансформація in vitro; біохімічне визначення активності ферменту орнітин-δ-амінотрансферази (ОАТ) та вмісту вільного проліну; морфометричні показники та елементи структури врожаю; математича статистика. Результати. З’ясовано, що наявність у трансгенних рослин додаткової копії гена oat призводить до підвищення активності ферменту орнітин-δ-амінотрансферази (в середньому в 1,5 раза порівняно з вихідними рослинами), проте вони суттєво не відрізняються від рослин вихідних генотипів за вмістом вільного проліну ні в нормі, ні за умов ґрунтової посухи. Встановлено, що введення в геном рослин пшениці генетичної конструкції, що підсилює експресію гена оаt, стимулює ріст коренів як у нормі, так і за стресових умов. За умов недостатнього вологозабезпечення рослини трансгенних ліній також перевищували нетрансформовані рослини за кількістю та масою зерен із цілої рослини. Висновки. Аналіз фізіолого-біохімічних характеристик та господарських ознак трансгенних рослин м’якої пшениці, що містять гетерологічний ген орнітин-δ-амінотрансферази люцерни, засвідчив їх підвищену толерантність за дії ґрунтової посухи порівняно з нетрасгенними генотипами. Біотехнологічні рослини характеризуються більш розвиненою кореневою системою, що підвищило здатність рослин до зростання в умовах водного дефіциту.

Посилання

Hiei Y., Ishida Y., Komari T. Progress of cereal transformation technology mediated by Agrobacterium tumefaciens. Frontiers in Plant Sci. 2014. Vol. 5. P. 1–11. doi: 10.3389/fpls.2014.00628.

Hussain J., Manan S., Ahmad S., Ahmed T., Shah M. Biotechnоlogies used in genetic transformation of Triticum aestivum: A mini overview. Fuuast J. Biol. 2013. Vol. 3. P. 105–109.

Borisjuk N., Kishchenko O., Eliby S., Schramm C., Anderson P., Jatayev S., Kurishbayev A., Shavrukov Y. Genetic modification for wheat improvement: from transgenesis to genome editing. BioMed Research International. 2019. 18 p. doi: 10.1155/2019/6216304.

Dubrovna O.V., Morgun B.V. Current status of research on Agrobacterium-mediated wheat transformation. Fiziol. rast. genet. 2018. Vol. 50 (3). P. 187–217. doi: 10.15407/ frg2018.03.187. [in Ukrainian]

Binka A., Orczyk W., Nadolska-Orczyk A. The Agrobacterium-mediated transformation of common wheat (Triticum aestivum L.) and triticale (w Triticosecale Wittmack): role of the binary vector system and selection Cassettes. J. of Appl. Gen. 2012. Vol. 53. P. 1–8. doi: 10.1007/s13353-011-0064-y.

Mamrutha H., Rakesh K., Karnam V. et al. Genetic transformation of wheat – рresent status and future potential. J. of Wheat Research. 2014. Vol. 6 (2). Р. 107–119. http://epubs.icar.org.in/ejournal/index.php/JWR.

Stránská J., Tylichová M., Kopecný D., Snégaroff J., Sebela, M. Biochemical characterization of pea ornithine-δ-aminotransferase: substrate specificity and inhibition by di- and polyamines. Biochimie. 2010. Vol. 92. Р. 940–948. doi: 10.1016/j.biochi.2010.03.026.

Anwar A., She M., Wang K., Riaz B., Ye X. Biological Roles of Ornithine Aminotransferase (OAT) in Plant Stress Tolerance: Present Progress and Future Perspectives. International Journal of Molecular Sciences. 2018. Vol. 19. P. 3681. doi: 10.3390/ijms19113681.

Anwar A., She M., Wang K., Ye X. Cloning and molecular characterization of Triticum aestivum ornithine amino transferase (TaOAT) encoding genes. BMC Plant Biol. 2020. Vol. 20. P. 187. doi: 10.1186/s12870-020-02396-2.

Roosens N. H., Bitar F. A., Loenders K. Overexpression of ornithine-aminotransferase increases proline biosynthesis and confers osmotolerance in transgenic plants. Mol Breed. 2002. Vol. 9 (2). P. 73–80. doi: 10.1023/A%3A1026791932238.

Vendruscolo E. C., Schuster I., Pileggi M., Scapim C. A., Molinari H. B., Marur C. J., Vieira L. G. Stress-induced synthesis of proline confers tolerance to water deficit in transgenic wheat. Plant Physiol. 2007. Vol 164 (10). P. 1367–1376. doi: 10.1016/j.jplph.2007.05.001.

Funck D., Stadelhofer B., Koch W. Ornithine-delta-aminotransferase is essential for arginine catabolism but not for proline biosynthesis. BMC Plant Biol. 2008. Vol. 8. P. 40. doi: 10.1186/1471-2229-8-40.

Slivka L.V., Dubrovna O.V. Genetic transformation of new perspective winter wheat genotypes in vitro. Factors of experimental evolution of organisms. 2020. Vol. 26. P. 270–275. doi: 10.7124/FEEO.v26.1278. [in Ukrainian]

Andriushchenko V.K., Saianova V.V., Zhuchenko A.A., D'iachenko N.I., Chilikina L.A., Drozdov V.V., Korochkina S.K., Cherep G.I., Medvedev V.V., Niutin Iu.I. Modification of the method for determining proline to identify drought-resistant forms of the genus Lycopersicon Tourn. Izvestiia Akademii Nauk Moldavskoi SSR. 1981. Vol. 4. P. 55–60. [in Russian]

Madan S., Nainawatee H.S., Jain R.K. Proline and proline metabolizing enzymes in-vitro selected NaCl-tolerant. Ann Bot. 1995. Vol. 76 (1). P. 51–57. https://www.jstor.org/stable/42764614.