Advances in Chemical PhysicsAdvances in Chemical PhysicsФизиология растений0015-33033034-624XThe Russian Academy of Sciences26947610.31857/S0015330324050089MMENWNЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleВлияние экспрессии гетерологичной Δ9-десатуразы на жирнокислотный состав растений томатовВлияние экспрессии гетерологичной Δ9-десатуразы на жирнокислотный состав растений томатовМиловскаяИ. Г.
Russian Federation
irengold58@gmail.comВарламоваН. В.
Russian Federation
irengold58@gmail.comСтариковА. Ю.
Russian Federation
irengold58@gmail.comДемиденкоД. В.
Russian Federation
irengold58@gmail.comПавленкоО. С.
Russian Federation
irengold58@gmail.comТюринА. А.
Russian Federation
irengold58@gmail.comСоболевД. С.
Russian Federation
irengold58@gmail.comКуренинаЛ. В.
Russian Federation
irengold58@gmail.comГолденкова-ПавловаИ. В.
Russian Federation
irengold58@gmail.comХалилуевМ. Р.
Russian Federation
irengold58@gmail.comФедеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наукФедеральное государственное бюджетное научное учреждение “Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии”Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии”Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Российский государственный аграрный университет – МСХА им. К.А.Тимирязева”15092024715Генетическая инженерия растений – достижения и перспективы5916031111202411112024Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.rcsi.science/0015-3303/article/view/269476

В данной работе мы исследовали возможность модификации жирнокислотного (ЖК) состава листьев томата (Solanum lycopersicum L.) за счет введения в его геном гена Δ9 ацил-липидной десатуразы цианобактерии (Synechococcus vulcanus C.). Для получения трансгенных растений томата, экспрессирующих десатуразу цианобактерии (desC), и оценки влияния данной десатуразы на ЖК-состав суммарных липидов были сконструированы вектора, несущие ген desC. Последовательность гена была слита с лидерными последовательностями, обеспечивающими локализацию белкового продукта в хлоропластах, эндоплазматическом ретикулуме (ЭПР) или цитоплазматической мембране. Полученными векторами трансформировали штамм A. tumefaciens AGL0 для последующей агробактериальной трансформации растений томатов. ЖК анализ листьев показал, что для некоторых линий при локализации desC в цитоплазматической мембране или мембране ЭПР наблюдается увеличение содержания С16:1 и C16:2 жирных кислот. Для данных линий показано увеличение относительной представленности транскрипта desC по сравнению с трансгенными линиями, не показавшими изменения ЖК-состава. Полученные данные могут быть использованы для разработки стратегий направленной модификации жирнокислотного состава томатов.

В данной работе мы исследовали возможность модификации жирнокислотного (ЖК) состава листьев томата (Solanum lycopersicum L.) за счет введения в его геном гена Δ9 ацил-липидной десатуразы цианобактерии (Synechococcus vulcanus C.). Для получения трансгенных растений томата, экспрессирующих десатуразу цианобактерии (desC), и оценки влияния данной десатуразы на ЖК-состав суммарных липидов были сконструированы вектора, несущие ген desC. Последовательность гена была слита с лидерными последовательностями, обеспечивающими локализацию белкового продукта в хлоропластах, эндоплазматическом ретикулуме (ЭПР) или цитоплазматической мембране. Полученными векторами трансформировали штамм A. tumefaciens AGL0 для последующей агробактериальной трансформации растений томатов. ЖК анализ листьев показал, что для некоторых линий при локализации desC в цитоплазматической мембране или мембране ЭПР наблюдается увеличение содержания С16:1 и C16:2 жирных кислот. Для данных линий показано увеличение относительной представленности транскрипта desC по сравнению с трансгенными линиями, не показавшими изменения ЖК-состава. Полученные данные могут быть использованы для разработки стратегий направленной модификации жирнокислотного состава томатов.

Solanum lycopersicumSynechococcus vulcanusагробактериальная трансформацияΔ9-десатуразажирнокислотный составРоссийский Научный ФондRussian Science Foundation21-74-30003Министерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science and Higher Education of the Russian Federation122042700043-9Министерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science and Higher Education of the Russian Federation122032300112-7Лось Д.А. Структура, регуляция экспрессии и функционирование десатураз жирных кислот // Успехи биологической химии. 2001. Т. 41. С. 163.He M., Qin C.-X., Wang X., Ding N.-Z. Plant unsaturated fatty acids: biosynthesisand regulation. // Front. Plant Sci. 2020. V. 11. P. 390. https:doi: 10.3389/fpls.2020.00390Li N., Xu C., Li-Beisson Y., Philippar K. Fatty acid and lipid transport in plant cells // Trends Plant Sci. 2016. V. 21. P. 145. https:doi: 10.1016/j.tplants.2015.10.011Murata N., Wada H. Acyl-lipid desaturases and their importance in the tolerance and acclimatization to cold of cyanobacteria // J. Biochem. 1995. V. 308 P. 1. https:doi: 10.1042/bj3080001Kachroo P., Shanklin J., Shah J., Whittle E., Klessig D. A fatty acid desaturase modulates the activation of defense signaling pathways in plants // Proc. Natl. Acad. Sci. 2001. V. 98. P. 9448. https:doi: 10.1073/pnas.151258398Song N., Hu Z., Li Y. Overexpression of a wheat stearoyl-ACP desaturase (SACPD) gene TaSSI2 in Arabidopsis ssi2 mutant compromise its resistance to powdery mildew // Gene. 2013. V. 524. P. 222. https:doi: 10.1016/j.gene.2013.04.019Tsypurskaya E., Nikolaeva T., Lapshin P., Nechaeva T., Yuorieva N., Baranova E., Derevyagina M., Nazarenko L. Goldenkova-Pavlova I. Zagoskina N. Response of transgenic potato plants expressing heterologous genes of ∆9- or ∆12-Acyl-lipid desaturases to Phytophthora infestans infection // Plants. 2022. V. 11. P. 288. https:doi: 10.3390/ plants11030288Ishizaki-Nishizawa O., Fujii T., Azuma M. Low-temperature resistance of higher plants is significantly enhanced by a nonspecific cyanobacterial desaturase // Nat. Biotech. 1996. V. 14. P. 1003. https:doi: 10.1038/nbt0896-1003Yu C., Wang H., Yang S., Tang X., Duan M., Meng Q. Overexpression of endoplasmic reticulum omega-3 fatty acid desaturase gene improves chilling tolerance in tomato // Plant Physiol. Biochem. 2009. V. 47. P. 1102.https:doi:10.1016/j.plaphy.2009.07.008Zhou Z., Wang M., Hu J. Improve freezing tolerance in transgenic poplar by overexpressing a ω-3 fatty acid desaturase gene // Mol. Breeding. 2010. V. 25. P. 571. https:doi.org/10.1007/s11032-009-9352-1Peng D., Zhou B., Jiang Y. Enhancing freezing tolerance of Brassica napus L. by overexpression of a stearoyl-acyl carrier protein desaturase gene (SAD) from Sapium sebiferum (L.) Roxb // Plant Sci. 2018. V. 272. P. 32. https:doi: 10.1016/j.plantsci.2018.03.028Liu X., Teng Y., Li B. Enhancement of low-temperature tolerance in transgenic tomato plants overexpressing Lefad7 through regulation of trienoic fatty acids // Photosynth. 2013. V. 51. P. 238. https:doi: 10.1007/s11099-013-0014-5Dominguez T., Hernandez L., Pennycooke J., Jimenez P., Martınez-Rivas J., Sanz C., Stockinger E., Sanchez-Serrano J., Sanmartin M. Increasing v-3 desaturase expression in tomato results in altered aroma profile and enhanced resistance to cold stress // Plant Physiol. 2010. V. 153. P. 655. https:doi:10.1104/pp.110.154815Berestovoy M., Pavlenko O., Tyurin A., Gorshkova E., Goldenkova-Pavlova I. Altered fatty acid composition of Nicotiana benthamiana and Nicotiana excelsior leaves under transient overexpression of the cyanobacterial desC gene // Biol. Plant. 2020. V. 64. P. 167. https:doi: 10.32615/bp.2019.144Kiseleva L., Serebriiskaya T., Horváth I., Vigh L., Lyukevich A., Los D. Expression of the gene for the delta9 acyl-lipid desaturase in the thermophilic cyanobacterium. // J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 2000. V. 2. P. 331.Orlova I., Serebriiskaya T., Popov V., Merkulova N., Nosov A., Trunova T., Tsydendambaev V., Los D. Transformation of tobacco with a gene for the thermophilic acyl-lipid desaturase enhances the chilling tolerance of plants // Plant Cell Physiol. 2003. V. 44. P. 447. https:doi:10.1093/pcp/pcg047Vyacheslavova A., Berdichevets I., Tyurin A., Shimshilashvili K., Mustafaev O., Goldenkova-Pavlova I. Expression of heterologous genes in plant systems: new possibilities // Russ. J. Gen. 2012. V. 48. P. 1067. https:doi: 10.1134/S1022795412110130Höfgen R., Willmitzer L. Storage of competent cells for Agrobacterium transformation // Nucleic Acids Res. 1988. V. 16. P. 9877. https:doi: 10.1093/nar/16.20.9877Reza M., Goldenkova-Pavlova I., Pchelkin V., Tsydendambaev V., Los D., Nosov A. Acyl-lipid Δ12-desaturase of the cyanobacterium increases the unsaturation degree in transgenic potato (Solanum tuberosum L.) // Biologia. 2007. V. 53. P. 4.Герасименко И., Сахно Л., Кирпа Т., Остапчук А., Хаджиев Т В., Голденкова-Павлова И.В., Шелудько Ю. Характеристика растений Nicotiana tabacum, экспрессирующих гибридные гены Δ9- или Δ12-ацил-липидных десатураз цианобактерий и термостабильной лихеназы // Физиология растений. 2015. Т. 62. С. 307.