Фізіолого-біохімічні та господарські характеристики трансгенних рослин озимої пшениці з РНК-супресором гена проліндегідрогенази
Анотація
Мета. Проаналізувати фізіолого-біохімічні та господарські характеристики генетично модифікованих рослин нових перспективних генотипів пшениці озимої м’якої насіннєвого покоління Т2 з дволанцюговим РНК-супресором гена проліндегідрогенази. Методи. Agrobacterium-опосередкована трансформація in vitro; біохімічне визначення активності ферменту проліндегідрогенази та вмісту вільного проліну; морфометричні показники та елементи структури врожаю; методи математичної статистики. Результати. З’ясовано, що трансгенні рослини, на відміну від контрольних, ростуть на середовищі з манітом інтенсивніше, зберігаючи зелене забарвлення. Встановлено, що як за нормальних умов, так і за умов водного дефіциту рослини насіннєвого покоління Т2 мають підвищений рівень вільного проліну в листках (порівняно з контрольними генотипами). Виявлено, що трансформанти характеризуються зниженою активністю ферменту проліндегідрогенази, що проявляється за зміни умов норма–стрес–норма. Трансгенні рослини Т2 мали більш високу толерантність до водного дефіциту порівняно з вихідними, що відображалося в характері їх росту. В умовах дефіциту ґрунтової вологи врожайність більшості трансформованих ліній була вищою порівняно з нетрансформованими рослинами. Висновки. Отримані результати дозволяють зробити висновок, що використання векторної конструкції з дволанцюговим РНК-супресором гена ProDH є ефективним для створення трансгенних рослин пшениці озимої м’якої з підвищеним рівнем толерантності до 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.
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.
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. Int J Mol Sci. 2018. 19. P. 3681. doi: 10.3390/ijms19113681.
Szabados L., Savoure A. Proline: A multifunctional amino acid. Trends Plant Sci. 2009. Vol. 15. 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 Physiol. 2011. Vol. 157. P. 292–304. doi: 10.1104/pp.111.183210.
Tishchenko E.N. Genetic engineering using genes of L-proline metabolism to increase the osmotolerance of plants. Plant Physiology and Genetics. 2013. Vol. 45 (6). P. 488–500. Retrieved from: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159371. [in Russian]
Dubrovna O.V., Stasik O.O., Priadkina G.O., Zborivska O.V., Sokolovska-Sergienko O.G. Resistance of genetically modified wheat plants, containing a double-stranded RNA suppressor of the proline dehydrogenase gene, to soil moisture deficiency. Agricultural Science and Practice. 2020. Vol. 7 (2). P. 24–34. doi: 10.15407/agrisp7.02.024.
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.
Ibragimova Ya.S., Gerasimova S.V., Kochetov A.V. The role of the proline dehydrogenase gene in maintaining stress resistance in plants. Plant physiology. 2012. Vol. 59 (1). P. 99–107. doi: 10.1104/pp.110.167163. [in Russian]
Servet C., Ghelis T., Richard L. Proline dehydrogenase: a key enzyme in controlling cellular homeostasis. Front Biosci. 2012. Vol. 1 (17). P. 607–620. doi: 10.2741/3947.
Borsani O., Zhu J., Verslues E.P. Endogenous siRNAs derived from a pair of natural cis-antisense transcripts regulate salt tolerance in Arabidopsis. Cell. 2005. Vol. 123. P. 1279–1291. doi: 10.1016/j.cell.2005.11.035.
Manavalan L.P., Chen X., Clarke J. RNAi-mediated disruption squalen synthase improves drought tolerance and yield in rise. J Exp Bot. 2012. Vol. 63. P. 163–175. doi: 10.1093/jxb/err258.
Dubrovna O.V., Slivka L.V. Optimization of Agrobacterium-mediated transformation of perspective winter wheat genotypes in vitro. Factors of experimental evolution of organisms. 2020. Vol. 26. C. 190–195. doi: 10.7124/FEEO.v26.1264. [in Ukrainian]
Bates L.S., Waldren R.P., Teare I.D. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant Soil. 1973. Vol. 39. P. 205–207. doi: 10.1007/BF00018060.
Mattioni C., Lacerenza N.G., Troccoli A.D., De Leonardis A.M., Di Fonzo N. Water and solt 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.
