Дослідження солестійкості генетично модифікованих рослин пшениці з додатковою копією гена орнітин-Δ-амінотрансферази

  • А. Г. Комісаренко Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Україна, 03022, м. Київ, вул. Васильківська, 31/17 https://orcid.org/0000-0003-2081-4055
  • Л. О. Михальський Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Україна, 03022, м. Київ, вул. Васильківська, 31/17 https://orcid.org/0000-0001-8835-0862
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v34.1636
Ключові слова: озима пшениця, трансгенні рослини, орнітин-δ-амінотрансфераза, засолення, пролін, солестійкість

Анотація

Мета. Дослідити рівень стійкості до сольового стресу рослин насіннєвого покоління Т3 і Т4 генетично модифікованої пшениці (Triticum aestivum L.) з додатковою копією гена орнітин-δ-амінотрансферази (oat) та їх вихідних генотипів. Методи. Визначення вмісту вільного L-проліну (Pro) та фізіологічних і морфометричних параметрів. Результати. Досліджено рівень Pro та проаналізовані морфометричні й ростові параметри нащадків трансгенних рослин і їх вихідних форм за умов норми / стресу. Висновки. Т3 і Т4 рослини пшениці в умовах засолення мали вищий відсоток і більшу швидкість проростання насіння, порівнюючи з вихідними генотипами. При культивуванні in vitro проростків стресовий стан спостерігався за дози 250 і 300 мМ NaCl, за якого процент виживання трансгенних варіантів складав 83,3, нетрансгенних лише 33,3. В умовах сольового стресу in vivo Т3 і Т4 рослини мали вищі пагони та довші корені, порівнюючи з вихідними формами. Рівень виживання генетично модифікованих рослин становив ~ 90 %, нетрансгенних близько 60 %. Істотної різниці в акумуляції вільного L-проліну між досліджуваними варіантами рослин не спостерігалось. Він підвищувався у трансгенних проростках на 21 добу стресового стану в умовах штучно модельованого засолення.

Посилання

Raza A., Razzaq A., Mehmood S. S., Zou X., Zhang X., Lv Y., Xu J. Impact of climate change on crops adaptation and strategies to tackle its outcome: A review. Plants. 2019. Vol. 8. Р. 34. doi: 10.3390/plants8020034.

Morgun V. V., Dubrovna O. V., Morgun B. V. Modern biotechnologies for stress-resistant wheat plants. Plant physiology and genetics. 2016. Vol. 48 (3). P. 196–213. doi: 10.15407/frg2016.03.196. [in Ukrainian]

Joshi R., Anwar K., Das P., Sneh L. S.-P., Pareek A. Overview of methods for assessing salinity and drought tolerance of transgenic wheat lines. In Wheat Biotechnology; Springer: New York, NY, USA. 2017. 1679. Р. 83–95. doi: 10.1007/978-1-4939-7337-8_5.

Hossain A., Skalicky M., Brestic M., Maitra S., Ashraful Alam M., Syed M. A., Hossain J., Sarkar S., Saha S., Bhadra P., Shankar T., Bhatt R., Kumar C. A., EL Sabagh A., Islam T. Consequences and mitigation strategies of abiotic stresses in wheat (Triticum aestivum L.) under the changing climate. Agronomy. 2021. Vol. 11 (2). Р. 241. doi: 10.3390/agronomy11020241.

Sergeeva L. E., Mykhalska S. I., Komisarenko A. G. Modern biotechnologies for increasing plant resistance to osmotic stresses. Kyiv : Kondor, 2019. 160 p. [in Russian]

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.

Kolupaev Yu. E., Vainer A. A., Yastreb T. O. Proline: physiological functions and regulation of the content in plants under stress conditions Newsletter Kharkiv. nat. agrarian. un-tu. Ser. Biol. 2014. 2 (32). P. 6–22. Retrieved from: https://repo.btu.kharkov.ua//handle/123456789/9047. [in Russian]

Anwar A., Wang K., Wang J. Expression of Arabidopsis ornithine aminotransferase (AtOAT) encoded gene enhances multiple abiotic stress tolerances in wheat. Plant Cell Rep. 2021. Vol. 40 (7). Р. 1155–1170. doi: 10.1007/s00299-021-02699-0.

Morgun B. V., Tishchenko E. N. Molecular biotechnology to improve the resistance of cultivated cereals to osmotic stress. Kyiv : Logos, 2014. 219 p. [in Russian]

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

Anwar A., She M., Wang K., Ye X. Biological roles of ornithine aminotransferase (OAT) in plant stress tolerance: present progress and future perspectives. Int J Mol Sci. 2018. Vol. 19. Р. 3681. doi: 10.3390/ijms19113681.

Martin-Tanguy J. Metabolism and function of polyamines in plants: recent development (new approaches). Plant Growth Regul. 2001. Vol. 34 (1). Р. 135–148. doi: 10.1023/A:1013343106574.

Liu C., Xue Z., Tang D., Shen Y., Shi W., Ren L., Du G., Li Y., Cheng Z. Ornithine δ-aminotransferase is critical for floret development and seed setting through mediating nitrogen reutilization in rice. Plant J. 2018. Vol. 96. Р. 842–854. doi: 10.1111/tpj.14072.

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. Р. 187–187. doi: 10.1186/s12870-020-02396-2.

Madan S., Nainawatee H. S., Jain R. K., Chowdhury J. B. Proline and proline metabolizing enzymes in vitro selected NaCl-tolerant Brassica juncea L. under salt stress. Annals of Botany. 1995. Vol. 76 (1). P. 51–57. doi: 10.1006/anbo.1995.1077.