Agrobacterium-опосередкована трансформація рослин рижію посівного дріжджовими генами біосинтезу трегалози

  • А. Ю. Кваско ДУ «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України», Україна, 04123, м. Київ, вул. Осиповського, 2а https://orcid.org/0000-0001-5014-3630
  • А. С. Лазарець ННЦ «Інститут біології та медицини» Київського національного університету імені Т.Г. Шевченка, Україна, 01601, м. Київ, вул. Володимирська, 64/13
  • С. В. Ісаєнков ДУ «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України», Україна, 04123, м. Київ, вул. Осиповського, 2а https://orcid.org/0000-0002-3119-1642
  • А. І. Ємець ДУ «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України», Україна, 04123, м. Київ, вул. Осиповського, 2а https://orcid.org/0000-0001-6887-0705
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v30.1465
Ключові слова: Camelina sativa (L.) Crantz, трегалоза, гени TPS1, TPS2

Анотація

Мета. Метою роботи було отримання рослин рижію (Camelina sativa (L.) Crantz) з дріжджовими генами біосинтезу трегалози TPS1 та TPS2 для підвищення їх посухостійкості. Методи. Для введення в культуру in vitro використовували насіння C. sativa форми ФЕОРЖЯФ-1. Експланти гіпокотилів та апікальних меристем 5-денних проростків культивували на трьох варіантах живильних середовищ для регенерації рослин із додаванням різних концентрацій фітогормонів. Для генетичної трансформації використовували векторні конструкції pGWB2-TPS1 та pGWB2-TPS2 з генами TPS1 та TPS2. Результати. Найвищі показники регенерації рослин in vitro було отримано з експлантів гіпокотилів на середовищі з 1 мг/л БАП та 0,1 мг/л НОК, з апікальних меристем – з 1,5 мг/л БАП та 0,5 мг/л НОК. Проведено генетичну трансформацію та відібрано лінії рослин рижію зі стійкістю до селективного агента гігроміцину. За допомогою ПЛР-аналізу підтверджено трансгенну природу отриманих ліній рослин. Висновки. Досліджено регенераційний потенціал у культурі in vitro рослин рижію посівного селекційної форми ФЕОРЖЯФ-1. Проведено Agrobacterium-опосередковану трансформацію C. sativa з використанням двох типів експлантів та векторних конструкцій pGWB2-TPS1 і pGWB2-TPS2 з генами біосинтезу трегалози дріжджів та отримано трансгенні лінії рижію.

Посилання

Sitther V., Tabatabai B., Enitan O., Dhekney S. Agrobacterium-mediated transformation of Camelina sativa for production of transgenic plants. Journal of Biological Methods. 2018. Vol. 5 (1). e83. doi: 10.14440/jbm.2018.208.

Yemets A. I., Boychuk Yu. N., Shysha E. N., Rakhmetov D. B., Blume Ya. B. Establishment of in vitro culture, plant regeneration, and genetic transformation of Camelina sativa. Cytology and Genetic. 2013. Vol. 47, No. 3. P. 138–144. doi: 10.3103/S0095452713030031.

Malik M. R., Tang J., Sharma N., Burkitt C., Ji Y., Mykytyshyn M., Bohmert-Tatarev K., Peoples O., Snell K. D. Camelina sativa, an oilseed at the nexus between model system and commercial crop. Plant Cell Report. 2018. Vol. 37. P. 1367–1381. doi: 10.1007/s00299-018-2308-3.

Sainger M., Jaiwal A., Sainger Ahlawat P., Chaudnary D., Jaiwal R., Jawal P.K. Advances in genetic improvement of Camelina sativa for biofuel and inductrial bio-products. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. Vol. 68. P. 623–637. doi: 10.1016/j.rser.2016.10.023.

Kuvshinov V., Kanerva A., Koivu K., Kuvshinova S., Pehu E. Transformation of Camelina sativa. 2011. US Patent 7,910,803.

Yatsyshyn V.Y., Kvasko A.Yu., Yemets A.I. Genetic approaches in research on the role of trehalose in plants. Cytol. Genet. 2017. 51. P. 371–383. doi: 10.3103/S0095452717050127.

An D., Kim H., Ju S., Go Y.S., Kim H.U., Suh M.C. Expression of Camelina WRINKLED1 isoforms rescue the seed pheno-type of the Arabidopsis wti1 mutant and increase the triacylglycerol content in tobacco leaves. Frontiers in Plant Science. 2017. 8. P. 34. doi: 10.3389/fpls.2017.00034.

Zhai Z., Keereetaweep J., Liu H., Feil R., Lunn J.E., Shanklin J. Trehalose 6-phospate positively regulates fatty acid synthesis by stabilizing WRINKLED1. The Plant Cell. 2018. Vol. 30. P. 2616–2627. doi: 10.1105/tpc.18.00521.

Zhai Z., Keereetaweep J., Liu H., Feil R., Lunn J.E., Shanklin J. Expression of a bacterial trehalose-6-phosphate synthase otsA increases oil accumulation in plant seeds and vegetative tissues. Frontiers in Plant Science. 2021. 12. 656962. doi: 10.3389/fpls.2021.656962.

Zhai Z., Keereetaweep J., Liu H., Xu C., Shanklin J. The role of sugar signaling in regulating plant fatty acid synthesis. Frontiers in Plant Science. 2021. 12. 643843. doi: 10.3389/fpls.2021.643843.

Nunes, C., O’Hara, L.E., Primavesi, L.F., Delatte, T.L., Schluepmann, H., Somsen, G.W., Silva, A.B., Fevereiro, P.S., Wingler, A., and Paul, M.J. The trehalose 6-phosphate/SnRK1 signaling pathway primes growth recovery following relief of sink limitation. Plant Physiol. 2013. Vol. 163, No. 3. P. 1720–1732.

Rakhmetov D.B., Rahmetova S.O., Boychuk Yu.N., Blume Ya.B., Yemets A.I. Physiological and morphological characteristics of new forms and varieties of spring false flax (Camelina sativa). Visn. ukr. tov. genet. sel. 2014. Vol. 12 (1). P. 65–77. [in Ukrainian]

Kvasko A.Yu., Isayenkov S.V., Krasnoperova E.E., Dmytruk K.V., Yemets A.I. Genetic transformation of Nicotiana tabacum with yeast genes of trehalose biosynthesis TPS1 and TPS2. Visn. Ukr. Tov. Genet. i Sel. 2019. Vol. 18 (2). Р. 8–16. doi: 10.7124/visnyk.utgis.17.2.1215. [in Ukrainian]

Cardoza V., Stewart C.N. Increased Agrobacterium-mediated transformation and rooting efficiencies in canola (Brassica napus L.) from hypocotyl segment explants. Plant Cell Rep. 2003. Vol. 21. P. 599–604.