Вплив накопичення вільного проліну на вміст фотосинтетичних пігментів у трансгенних рослин пшениці

  • О. В. Дубровна Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Україна, 03022, м. Київ, вул. Васильківська, 31/17 https://orcid.org/0000-0002-4884-7572
  • Г. О. Прядкіна Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Україна, 03022, м. Київ, вул. Васильківська, 31/17 https://orcid.org/0000-0002-4548-1747
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v33.1578
Ключові слова: Triticum aestivum, Agrobacterium-опосередкована трансформація, пролін, хлорофіл

Анотація

Мета. Проаналізувати вплив накопичення L-проліну на вміст хлорофілу у трансгенних рослин пшениці з дволанцюговим РНК-супресором гена проліндегідрогенази за фізіологічних та стресових умов. Методи. Agrobacterium-опосередкована трансформація in planta; біохімічне визначення вмісту вільного проліну; спектрофотометричне визначення вмісту фотосинтетичних пігментів; математичної статистики. Результати. Показано, що вміст вільного проліну в листках трансгенних рослин за фізіологічних умов був у 1,7-1,9 рази більшим порівняно з вихідним генотипом. В умовах посухи вміст цієї амінокислоти збільшився у нетрансформованих рослин вихідних генотипів у 2,9-3,1 рази, а у трансгенних – у 4,5-4,9 рази. Кількість хлорофілу у прапорцевих листках рослин вихідних генотипів та їх трансгенних ліній за фізіологічних умов  істотно не відрізнялась, тоді як за умов посухи у перших з них вона була в 1,1-1,2 рази меншою, ніж у других. Посуха знижувала вміст сумарного хлорофілу у рослин вихідного генотипу до 85-90 %, порівняно з фізіологічними умовами, в той час, як у трансгенних рослин достовірних змін не виявлено. Висновки. Встановлено, що за умов ґрунтової посухи підвищення вмісту проліну у генетично змінених рослин пшениці порівняно з нетрансгенними супроводжується збільшенням кількості сумарного хлорофілу (на 10-15 %), що свідчить про кращу ефективність роботи їх пігментного апарату за стресових умов.

Посилання

Ghosh U. K., Islam M. N., Siddiqui M. N., Cao X., Khan M. A. R. Proline, a multifaceted signalling molecule in plant responses to abiotic stress: understanding the physiological mechanisms. Plant Biology. 2022. Vol. 24 (2). P. 227–239. doi: 10.1111/plb.13363.

Dubrovna O. V., Mykhalska S. I., Komisarenko A. G. Using proline metabolism genes in plant genetic engineering. Cytology and Genetics. 2022. Vol. 56 (4). P. 361–378. doi: 10.3103/S009545272204003X.

Tateishi Y., Nakagama T., Esaka M. Osmotolerance and growth stimulation of transgenic tobacco cells accumulating free proline by dehydrogenase expression with double-stranded RNA interference technique. Physiologia Plantarum. 2005. Vol. 125. P. 1399–3054. doi: 10.1111/j.1399-3054.2005.00553.x.

Komisarenko A. G., Mykhalska S. I., Kurchii V. M., Tishchenko O. M. The characterization transgenic sunflower (Helianthus annuus L.) plants with suppressor of proline dehydrogenase gene. Factors in experimental evolution of organisms. 2016. Vol. 19. P. 143–147. [in Ukrainian]

Mykhalska S. I., Sergeeva L. E., Matveeva A. Yu., Kobernik N. I., Kochetov A. V., Tishchenko E. N., Morgun V. V. The elevation of free proline content in osmotolerant transgenic corn plants with dsRNA suppressor of proline dehydrogenase gene. Plant Physiology and Genetics. 2014. Vol. 46 (6). P. 482–489. Retrieved from: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159462. [in Russian]

Rehman S., Bilal M., Rana R., Tahir N., Shah M., Ayalew H., Yan G. Cell membrane stability and chlorophyll content variation in wheat (Triticum aestivum L.) genotypes under heat and drought conditions. Crop and Pasture Science. 2016. Vol. 67. P. 712–718. doi: 10.1071/CP15385.

Chen L., Shenai P., Zheng F., Somoza A., Zhao Y. Optimal Energy Transfer in Light-Harvesting Systems. Molecules. 2015. Vol. 20 (8). P. 15224–15272. doi: 10.3390/molecules200815224.

Othmani A., Ayed S., Slama-Ayed O., Slim-Amara H., Younes M. B. Durum wheat response (Triticum durum Desf.) to drought stress under laboratory conditions. Journal of Agriculture and Veterinary Science. 2019. Vol. 12 (2). P. 3–6. doi: 10.9790/2380-1202010104.

Sharma V., Kumar A., Chaudhary A., Mishra A., Rawat S., Basavaraj Y. B., Shami V., Kaushik P. Response of wheat genotypes to drought stress stimulated by PEG. Stresses. 2022. Vol. 2 (1). P. 26–51. doi: 10.3390/stresses2010003.

Bekka S., Abrous-Belbachir O., Djebbar R. Effects of exogenous proline on the physiological characteristics of Triticum aestivum L. and Lens culinaris Medik. under drought stress. Acta Agriculturale Slovenica. 2018. Vol. 111 (2). P. 477–491. doi: 10.14720/aas.2018.111.2.20.

Chumakov M. I., Moiseeva E. M. Technologies of Agrobacterium plant transformation in planta. Applied Biochemistry and Microbiology. 2012. Vol. 48. P. 657–666. doi: 10.1134/S0003683812080017.

Bates L. S., Waldren R. P., Teare, I. D. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant and Soils. 1973 Vol. 39. P. 205–207. doi: 10.1007/BF00018060.

Wellburn A. P. The spectral determination of chlorophyll a and b, as well as carotenoids using various solvents with spectrophotometers of different resolution. Journal of Plant Physiology. 1994. Vol. 144 (3). P. 307–313. doi: 10.1016/S0176-1617(11)81192-2.

Noor S., Ali S., Rehman H., Ullah F., Ali, G. M. Comparative study of transgenic (DREB1A) and non-transgenic wheat lines on relative water content, sugar, proline and chlorophyll under drought and salt stresses. Sarhad Journal of Agriculture. 2018. Vol. 34 (4). P. 986–993. doi: 10.17582/journal.sja/2018/34.4.986.993.

Gao H., Wang Y., Xu P., Zhang Z. Overexpression of a WRKY transcription factor TaWRKY2 enhances drought stress tolerance in transgenic wheat. Frontiers in Plant Science. 2018. Vol. 9. P. 997. doi: 10.3389/fpls.2018.00997.

Yu T. T., Xu Z. Z., Guo J. J., Wang Y. Y., Abernathy B., Fu J. J., Chen X., Zhou Y. Y., Chen M., Ye X. X. Improved drought tolerance in wheat plants overexpressing a synthetic bacterial cold shock protein gene SeCspA. Scientific Reports. 2017. Vol. 7. P. 27–25. doi: 10.1038/srep44050.

Meena М., Divyanshu K., Kumar S. Swapnil P., Zehra A., Shukla V., Yadav M., Upadhyay R. S. Regulation of L-proline biosynthesis, signal transduction, transport, accumulation and its vital role in plants during variable environmental conditions. Heliyon. 2019. Vol. 5 (12). 02952. doi: 10.1016/j.heliyon.2019.e02952.

Kaur G., Asthir B., Bains N. Modulation of proline metabolism under drought and salt stress conditions in wheat seedlings. Indian Journal of Biochemistry and Biophysics. 2018. Vol. 55. P. 114–124: Retrieved from: http://nopr.niscpr.res.in/handle/123456789/44345.