Radish (Raphanus sativus L.) as an object of Agrobacterium-mediated transformation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Radish (Raphanus sativus L.) is an annual root crop closely related to Arabidopsis thaliana. It can be widely used as a perspective model plant to study the genetic control of storage root development. Thus, obtaining stable genetic transformants of radish to study the function of genes involved in storage root development becomes an important task. In this review, we present the currently available data on Agrobacterium-mediated transformation methods for radish, including in vitro and in planta methods using Agrobacterium tumefaciens, and a method for the production of composite plants with transformed roots or even whole transgenic plants with Agrobacterium rhizogenes. Improvement of existing methods and development of new approaches for radish transformation will increase the productivity of radish varieties, and the wider use of this promising model plant will provide new data on the genetic control of storage root development.

About the authors

Xenia A. Kuznetsova

Saint Petersburg State University

Email: kskuz95@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3180-5306
SPIN-code: 3864-3062
Russian Federation, Saint Petersburg

Irina E. Dodueva

Saint Petersburg State University

Email: wildtype@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5282-718X
SPIN-code: 8061-2388

Cand. Sci. (Biology), Associate Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

Lyudmila A. Lutova

Saint Petersburg State University

Author for correspondence.
Email: la.lutova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6125-0757
SPIN-code: 3685-7136

Dr. Sci. (Biology), Professor

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Curtis IS. The noble radish: past, present and future. Trends Plant Sci. 2003;8(7):305–357. doi: 10.1016/S1360-1385(03)00127-4
  2. Melim C, Lauro MR, Pires IM, et al. The Role of glucosinolates from cruciferous vegetables (Brassicaceae) in gastrointestinal cancers: From prevention to therapeutics. Pharmaceutics. 2022;14(1):190. doi: 10.3390/pharmaceutics14010190
  3. Kitashiba H, Li F, Hirakawa H, et al. Draft sequences of the radish (Raphanus sativus L.) genome. DNA Res. 2014;21(5):481–490. doi: 10.1093/dnares/dsu014
  4. Mitsui Y, Shimomura M, Komatsu K, et al. The radish genome and comprehensive gene expression profile of tuberous root formation and development. Sci Rep. 2015;5:10835. doi: 10.1038/srep10835
  5. Shirasawa K, Hirakawa H, Fukino N, et al. Genome sequence and analysis of a Japanese radish (Raphanus sativus) cultivar named ‘Sakurajima Daikon’ possessing giant root. DNA Res. 2020;27(2): dsaa010. doi: 10.1093/dnares/dsaa010
  6. Curtis IS. Genetic engineering of radish: current achievements and future goals. Plant Cell Rep. 2011;30(5):733–744. doi: 10.1007/s00299-010-0978-6
  7. Natarajan B, Kondhare KR, Hannapel DJ, Banerjee AK. Mobile RNAs and proteins: Prospects in storage organ development of tuber and root crops. Plant Sci. 2019;284:73–81. doi: 10.1016/j.plantsci.2019.03.019
  8. Narbut SI. Genetic collection of inbred lines of radish. Russian Journal of Genetics. 1966;(5):89–100. (In Russ.)
  9. Buzovkina IS, Lutova LA. Genetic collection of inbred lines of radish: history and prospects. Russian Journal of Genetics. 2007;43(10):1411–1423. EDN: HGCCFX
  10. Cho MA, Min SR, Ko SM, et al. Agrobacterium-mediated genetic transformation of radish (Raphanus sativus L.). Plant Biotechnol. 2008;25(2):205–208. doi: 10.5511/plantbiotechnology.25.205
  11. Muto N, Komatsu K, Matsumoto T. Efficient Agrobacterium-mediated genetic transformation method using hypocotyl explants of radish (Raphanus sativus L.). Plant Biotechnol (Tokyo). 2021;38(4):457–461. doi: 10.5511/plantbiotechnology.21.1021b
  12. Curtis IS, Nam HG. Transgenic radish (Raphanus sativus L. longipinnatus Bailey) by floral-dip method: Plant development and surfactant are important in optimizing transformation efficiency. Transgenic Res. 2001;10:363–371. doi: 10.1023/A:1016600517293
  13. Park B-J, Liu Z, Kanno A, Kameya T. Transformation of radish (Raphanus sativus L.) via sonication and vacuum infiltration of germinated seeds with Agrobacterium harboring a group 3 LEA gene from B. napus. Plant Cell Rep. 2005;24:494–500. doi: 10.1007/s00299-005-0973-5
  14. Frolova NV, Matveeva TV, Lutova LA. Using the method of agrobacterial transformation in vivo to obtain phenocopies of tumor formation in a non-tumor line of radish (Raphanus sativus L.). Biotechnology in Russia. 2004;(4):3–7. EDN: HSUNHT
  15. Dodueva IE, Ilyina EL, Arkhipova TN, et al. Influence of Agrobacterium tumefaciens ipt and Agrobacterium rhizogenes rolC genes on spontaneous tumor formation and endogenous cytokinins content in radish (Raphanus sativus) inbred lines. Transgenic Plant Journal. 2008;2(1):45–53. EDN: WLMEAZ
  16. Pervitasari AN, Nugroho ABD, Jung WH, et al. An efficient Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation of apical meristem in radish (Raphanus sativus L.) using a needle perforation. Plant Cell Tiss Organ Cult. 2022;148:305–318. doi: 10.1007/s11240-021-02190-4
  17. Ilina EL, Logachov AA, Laplaze L, et al. Composite Cucurbita pepo plants with transgenic roots as a tool to study root development. Ann Bot. 2012;110(2):479–489. doi: 10.1093/aob/mcs086
  18. Lebedeva (Osipova) MA, Tvorogova VE, Vinogradova AP, et al. Initiation of spontaneous tumors in radish (Raphanus sativus): Cellular, molecular and physiological events. J Plant Physiol. 2015;173: 97–104. doi: 10.1016/j.jplph.2014.07.030
  19. Kuznetsova K, Dodueva I, Gancheva M, Lutova L. Transcriptomic Analysis of Radish (Raphanus sativus L.) Roots with CLE41 Overexpression. Plants (Basel). 2022;11(16):2163. doi: 10.3390/plants11162163
  20. Muto N, Matsumoto T. CRISPR/Cas9-mediated genome editing of RsGL1a and RsGL1b in radish (Raphanus sativus L.). Front Plant Sci. 2022;13:951660. doi: 10.3389/fpls.2022.951660
  21. Su W, Xu M, Radani Y, Yang L. Technological development and application of plant genetic transformation. Int J Mol Sci. 2023;24(13):10646. doi: 10.3390/ijms241310646
  22. Sparrow PAC, Townsend TM, Morgan CL, et al. Genetic analysis of in vitro shoot regeneration from cotyledonary petioles of Brassica oleracea. Theor Appl Genet. 2004;108:1249–1255. doi: 10.1007/s00122-003-1539-y
  23. Tzfira T, Citovsky V. Agrobacterium-mediated genetic transformation of plants: biology and biotechnology. Curr Opin Biotechnol. 2006;17(2):147–154. doi: 10.1016/j.copbio.2006.01.009
  24. Khan UM, Shaheen N, Farooq A, et al. Optimization of regeneration and Agrobacterium-mediated transformation protocols for Bi and multilocular varieties of Brassica rapa. Plants (Basel). 2022;12(1):161. doi: 10.3390/plants12010161
  25. Bent AF. Arabidopsis in planta transformation. Uses, mechanisms, and prospects for transformation of other species. Plant Physiol. 2000;124(4):1540–1547. doi: 10.1104/pp.124.4.1540
  26. Hu D, Bent AF, Hou X, Li Y. Agrobacterium-mediated vacuum infiltration and floral dip transformation of rapid-cycling Brassica rapa. BMC Plant Biol. 2019;19(1):246. doi: 10.1186/s12870-019-1843-6
  27. Pua E-C, Sim G-E, Chi G-L, Kong L-F. Synergistic effect of ethylene inhibitors and putrescine on shoot regeneration from hypocotyl explants of Chinese radish (Raphanus sativus L. var. longipinnatus Bailey) in vitro. Plant Cell Rep. 1996;15:685–690. doi: 10.1007/BF00231925
  28. Jeong WJ, Min SR, Liu JR. Somatic embryogenesis and plant regeneration in tissue cultures of radish (Raphanus sativus L.). Plant Cell Rep. 1995;14(10):648–651. doi: 10.1007/BF00232731
  29. Murashige T, Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473–497. doi: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x
  30. Clough SJ, Bent AF. Floral dip: a simplified method for Agrobacterium-mediated transformation of Arabidopsis thaliana. Plant J. 1998;16(6):735–743. doi: 10.1046/j.1365-313x.1998.00343.x
  31. Desfeux C, Clough SJ, Bent AF. Female reproductive tissues are the primary target of Agrobacterium-mediated transformation by the Arabidopsis floral-dip method. Plant Physiol. 2000;123(3):895–904. doi: 10.1104/pp.123.3.895
  32. Curtis IS, Nam HG, Yun JY, Seo K-H. Expression of an antisense GIGANTEA (GI) gene fragment in transgenic radish causes delayed bolting and flowering. Transgenic Res. 2002;11:249–256. doi: 10.1023/A:1015655606996
  33. Huq E, Tepperman JM, Quail PH. GIGANTEA is a nuclear protein involved in phytochrome signaling in Arabidopsis. PNAS USA. 2000;97(17):9789–9794. doi: 10.1073/pnas.170283997
  34. Liang Y, Xiong Z, Zheng J, et al. Genome-wide identification, structural analysis and new insights into late embryogenesis abundant (LEA) gene family formation pattern in Brassica napus. Sci Rep. 2016;6:24265. doi: 10.1038/srep24265
  35. Bae H, Kim YB, Park N-I, Kim H-S. Agrobacterium rhizogenes-mediated genetic transformation of radish (Raphanus sativus L. Cv. Valentine) for accumulation of anthocyanin. Plant OMICS. 2012;5(4):381–385.
  36. Fahraeus G. The infection of clover root hairs by nodule bacteria studied by a simple glass slide technique. J Gen Microbiol. 1957;16(2):374–381. doi: 10.1099/00221287-16-2-374
  37. Yi X, Wang C, Yuan X, et al. Exploring an economic and highly efficient genetic transformation and genome-editing system for radish through developmental regulators and visible reporter. Plant J. 2024;120(4):1682–1692. doi: 10.1111/tpj.17068
  38. Christey MC. Use of Ri-mediated transformation for production of transgenic plants. In Vitro Cell Dev Biol Plant. 2001;37:687–700. doi: 10.1007/s11627-001-0120-0
  39. Neumann M, Prahl S, Caputi L, et al. Hairy root transformation of Brassica rapa with bacterial halogenase genes and regeneration to adult plants to modify production of indolic compounds. Phytochemistry. 2020;175:112371. doi: 10.1016/j.phytochem.2020.112371
  40. Schoof H, Lenhard M, Haecker A, et al. The stem cell population of Arabidopsis shoot meristems in maintained by a regulatory loop between the CLAVATA and WUSCHEL genes. Cell. 2000;100(6): 635–644. doi: 10.1016/S0092-8674(00)80700-X
  41. Hirose N, Takei K, Kuroha T, et al. Regulation of cytokinin biosynthesis, compartmentalization and translocation. J Exp Bot. 2008;59(1):75–83. doi: 10.1093/jxb/erm157

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure. Methods of Agrobacterium-mediated transformation of radish. 1 — vacuum infiltration of A. tumefaciens into sonificated germinating seeds; 2 — inoculation of shoot apical meristem with A. tumefaciens by needle perforation; 3 — A. tumefaciens-mediated transformation of hypocotyl explants; 4 — inoculation of seedlings with A. rhizogenes followed by a subsequent regeneration of composite plants; 5 — inoculation of seedlings with A. rhizogenes followed by a subsequent root-to-shoot regeneration; 6 — inoculation of A. tumefaciens on ovary of immature flower by floral dipping; 7 — inoculation of A. tumefaciens on ovary by pollen tube pathway

Download (258KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Eco-Vector


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».