Роль жасмонатного сигнального шляху у відповіді генів цвітіння на іонізуюче опромінення

  • М. В. Кривохижа Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України, Україна, 03143, м. Київ, вул. Академіка Заболотного, 148
  • К. В. Крутовський Відділ лісової генетики та розведення лісових дерев, Університет Георгія-Августа, 37077, м. Геттінген, Buesgenweg 2, Німеччина; Інститут загальної генетики ім. В. І. Вавилова РАН, 119991, ГСП-1 м. Москва, вул. Губкіна, д. 3, Росія; Науково-освітній центр геномних досліджень Сибірського федерального університету, 660036, м Красноярськ, Академмістечко, 50a, Росія; Відділ вивчення та менеджменту екосистем, Техаський університет, Колледж Стейшн, Техас, США
  • Н. М. Рашидов Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України, Україна, 03143, м. Київ, вул. Академіка Заболотного, 148
DOI: https://doi.org/10.7124/visnyk.utgis.17.1.1200

Анотація

Мета. Метою даного дослідження є вивчення ролі жасмонатного сигналінгу у регуляції генів цвітіння рослин під впливом іонізуючого випромінювання. Матеріали і методи. Для проведення експерименту ми використовували рослини Arabidopsis thaliana дикого типу та мутанти jin з дефектом жасмонатного сигнального шляху. Хронічне опромінення 137CsCl відбувалося у дозі 17 cГр з потужністю 6,8 * 10-6 cГр/сек. Одноразове короткотривале опромінення (3 та 5 Гр, з потужністю 89 сГр/с) рослин відбувалося на стадії розвитку 5,0 на 21 день вегетації (Boys et al. 2001). В період після опромінення проводили виміри довжини стрілки та листа. Молекулярно-генетичний аналіз проводили за допомогою ПЛР у реальному часі. У даному експерименті визначали відносну експресію ключових генів цвітіння AP1, GI, FT, CO. Як референтні гени  використовували ACT2 та UBQ10. Статистичний аналіз проводили за допомогою критерія Стюдента у програмі GraphPad Prism 8. Аналіз кількісних даних ПЛР був проведений за допомогою програми REST 2009, QIAGEN. Результати. Групи рослин мали статистично значущі відмінності за висотою стрілки (p>0.05). В дослідженні показано пригнічення експресії генів CO, GI і FT у мутантів jin. Надекспресія AP1 у мутантів jin при хронічному випромінюванні може викликати помилки поділу клітин і впливати на розвиток квітки. Експресія AP1 в рослинах дикого типу була наближеною до нормальної = 1 під час хронічного опромінення. Висновки. Виходячи з результатів нашого дослідження, ми припускаємо, що жасмонова кислота має стабілізуючий вплив на активність клітинної диференціації у рослин під впливом хронічного опромінення. Проте, точний механізм впливу жасмонової кислоти на цвітіння рослин Arabidopsis thaliana залишається неясним і вимагає подальшого дослідження.
Ключові слова: жасмонатний сигналінг, жасмонова кислота, ЖА, цвітіння, іонізуюче випромінювання, ПЛР у реальному часі, відносна експресія.

Посилання

Boyes D.C. Growth Stage-Based Phenotypic Analysis of Arabidopsis: A Model for High Throughput Functional Genomics in Plants. The plant cell online. 2001. Vol. 13(7). P. 1499.

Caplin N., Willey N. Ionizing radiation, higher plants, and radioprotection: from acute high doses to chronic low doses. Front Plant Sci. 2018. No 9. P. 847. doi: 10.3389/fpls.2018.00847

Dmitriev O. P., Kravets O. P., Rashydov N. M., and others. Epigenetic factors of plant adaptation. Kyiv: PALIVODA A.V., 2018. 284 p.

Gregis V., Sessa A., Colombo L., Kater M.M. AGL24, SHORT VEGETATIVE PHASE, and APETALA1 redundantly control AGAMOUS during early stages of flower development in Arabidopsis. Plant Cell. 2006. Vol. 18. P.1373-1382. doi: 10.1105/tpc.106.041798

Hong M.J., Kim D.Y., Ahn J.W., Kang S.Y., Seo Y.W. Kim J.B. Comparison of radiosensitivity response to acute and chronic gamma irradiation in colored wheat. Genet. Mol. Biol. 2018. Vol. 41(3). Epub. doi: 10.1590/1678-4685-gmb-2017-0189

Karpets Y.V., Kolupaev Y.E., Lugovaya A.A., Oboznyi A.I. Effect of jasmonic acid on the pro-/antioxidant system of wheat coleoptiles as related to hyperthermia tolerance. Russian Journal of Plant Physiology. 2014. Vol. 61(3). P. 339-346.

Kolupaev Y.E., Karpets Y.V. Jasmonic acid in plants: synthesis, signaling and physiological effects in stress. Bulletin Of Kharkiv National Agrarian University. Biology series. 2010. Is. 1, No. 19. P. 21-33.

Kryvokhyzha M.V., Krutovsky K.V., Rashydov N.M. Differential expression of flowering genes in Arabidopsis thaliana under chronic and acute ionizing radiation. International Journal of Radiation Biology. 2019. Epub. doi: 10.1080/09553002.2019.1562251

Lugovoy A.A., Karpets Y.V., Oboznyi A.I., Kolupaev Y.E. Stress-protective effect of jasmonic and succinic acids on barley plants in soil drought conditions. Agrochemistry. 2014. No. 4. P. 48-55

Nesterenko L., Rashydov N. The Problems Sustainable Remediation Of The Chernobyl Alienation Areas. Journal of Radiation Researches. 2018. Vol. 5(2). P.13-25

Pfaffl M, Horgan G, Dempfle L. Relative expression software tool (REST) for group-wise comparison and statistical analysis of relative expression results in real-time PCR. Nucleic Acids Research. 2002. Vol. 30(9). P. e36. doi:10.1093/nar/30.9.e36

Rashydov N., Kliuchnikov O., Seniuk O. et al. Radiobiological characterization environment around object “Shelter”. Chapter 7 in Nuclear Power Plant. edit. by Soon Heung Chang, 2012. P. 231-279. doi: 10.13140/2.1.2519.1360

REST 2009 Software User Guide, QIAGEN GmbH. 2009. 28 p.

Ruan J., Zhou M., Yan J., Khurshid M., Weng W., Cheng J., Zhang K. Jasmonic acid signaling pathway in plants. Int. J. Mol. Sci. 2019. Vol. 20, No. 10. P. 2479; doi: 10.3390/ijms20102479.

Volkov R.A., Panchuk I.I., Schöffl F. Heat-stress-dependency and developmental modulation of gene expression: the potential of house-keeping genes as internal standards in mRNA expression profiling using real-time RT-PCR. J. Experiment. Bot. 2003. V.54. P. 2343-2349.

Yastreb T.O., Kolupaev Y.E., Lugovaya A. A., Dmitriev A. P. The contents of osmolytes and flavonoids of Arabidopsis thaliana defective in jasmonate signaling under salt stress. Applied Biochemistry and Microbiology. 2016. Vol. 52(2). P. 223-229. doi: 10.7868/S0555109916020185