Отримання генетично-модифікованих рослин озимої пшениці з частковою супресією гена проліндегідрогенази

  • 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
  • Л. В. Сливка Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Україна, 03022, м. Київ, вул. Васильківська, 31/17 https://orcid.org/0000-0001-6133-4395
  • Л. Г. Великожон Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Україна, 03022, м. Київ, вул. Васильківська, 31/17 https://orcid.org/0000-0002-5935-9363
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v33.1586
Ключові слова: Triticum aestivum, Agrobacterium-опосередкована трансформація, калюсні культури

Анотація

Мета. Отримання генетично модифікованих рослин нових перспективних генотипів озимої пшениці з частковою супресією гена проліндегідрогенази в культурі in vitro та визначення вмісту проліну у трансгенних та контрольних рослин. Методи. Agrobacterium-опосередкована трансформація в культурі in vitro, молекулярно-генетичний аналіз; біохімічне визначення вмісту проліну; математичної статистики. Результати. Методом Agrobacterium-опосередкованої трансформації калюсних культур нових перспективних генотипів озимої м’якої пшениці отримано трансгенні рослини, які несуть дволанцюговий РНК-супресор гена проліндегідрогенази. Частота трансформації за використання штаму LBA 4404 у досліджених генотипів склала 1,7-2,0 %, а при застосуванні штаму AGL0 2,0-2,3 %. Встановлено, що рослини зі зниженою активністю проліндегідрогенази характеризуються достовірно вищим вмістом вільного L-проліну порівняно з контролем. Висновки. Показана порівняно більша ефективність використання штаму AGL0 для отримання трансгенних рослин генотипів озимої пшениці з частковою супресією гена проліндегідрогенази в культурі in vitro. Наявність у трансгенних рослин дволанцюгового РНК-супресора гена ProDH призводить до підвищення рівня накопичення вільного L-проліну.

Посилання

Shewry Р. R. Wheat. J. of Exp. Bot. 2009. 60 (6). Р. 1537–1553. doi: 10.1093/jxb/erp058.

Wang K., Liu H., Du L., Ye X. Generation of marker-free transgenic hexaploid wheat via an Agrobacterium-mediated co-transformation strategy in commercial Chinese wheat varieties. Plant Biotech J. 2017. 15. Р. 614–623. doi: 10.1111/pbi.12660.

Kolupaev Yu. E., Vainer A. A., Yastreb T. O. Proline: physiological functions and regulation of its content in plants under stress conditions. The bulletin of Kharkiv national agrarian university. Ser. Biol. 2014. 2 (32). Р. 6–22.

Meena М., Divyanshu K., Kumar S., Swapnil P., Andleeb Z., Vaishali S., Mukesh Y., Upadhyay R. Regulation of L-proline biosynthesis, signal transduction, transport, accumulation and its vital role in plants during variable environmental conditions. Heliyon. 2019. 5 (12). 02952. doi: 10.1016/j.heliyon.2019.e02952.

Sarker U., Oba S. The response of salinity stress-induced A. tricolor to growth, anatomy, physiology, non-enzymatic and enzymatic antioxidants. Front Plant Sci. 2020. 11. 1354. doi:10.3389/fpls.2020.559876.

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

Dalakouras A., Wassenegger M., Dadami E., Ganopoulos I., Pappas M. L., Papadopoulou K. Genetically modified organism-free RNA interference: exogenous application of RNA molecules in plants. Plant Physiol. 2020. 182. P. 38–50. doi: 10.1104/pp.19.00570.

Mani S., Van de Cotte B., Van Montagu M., Verbruggen, N. Altered levels of proline dehydrogenase cause hypersensitivity to proline and its analogs in Arabidopsis. Plant Physiology. 2002. 128 (1). P. 73–83. Retrieved from: http://hdl.handle.net/1854/LU-153944.

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. 59 (1). P. 99–107. doi: 10.1104/pp.110.167163.

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. 125. P. 1399–3054. doi: 10.1111/j.1399-3054.2005.00553.x.

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. 46 (6). P. 482–489. Retrieved from: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159462. [in Russian]

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

Bavol A. V., Dubrovna O. V., Lyalko I. I. Regeneration of plants from the explants of the top of wheat seedlings shoots. Bul. Ukr. Soc. Genet. Breeders. 2007. 5 (1–2). Р. 3–10. [in Ukrainian]

Dubrovna O. V., Slyvka L. V. Optimization of the conditions of Agrobacterium-mediated transformation of prospective winter wheat genotypes in in vitro culture. Factors of experimental evolution of organisms. 2020. Vol. 26. P. 190–195. [in Ukrainian]

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