Ген экспансина NtEXPA5 повышает стрессоустойчивость волосовидных корней табака через влияние на антиоксидантную систему

Обложка
  • Авторы: Кулуев Б.Р.1,2, Мусин Х.Г.1, Якупова А.Б.1,2
  • Учреждения:
    1. Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук
    2. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Башкирский государственный университет»
  • Выпуск: Том 19, № 1 (2021)
  • Страницы: 5-12
  • Раздел: Генетические основы эволюции экосистем
  • URL: https://journals.rcsi.science/ecolgenet/article/view/44618
  • DOI: https://doi.org/10.17816/ecogen44618
  • ID: 44618

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Введение. Экспансины — это неферментативные белки, участвующие в размягчении клеточных стенок, механизм действия которых связан с ослаблением и разрывом водородных связей между ксилоглюканами и микрофибриллами целлюлозы и направлен на обеспечение роста клеток растяжением.

Целью работы было получение волосовидных (бородатых) корней табака с конститутивной экспрессией гена экспансина NtEXPA5, их морфометрический анализ и оценка состояния их антиоксидантной системы при действии стрессовых факторов.

Материалы и методы. Волосовидные корни табака были получены из трансгенных растений с повышенной экспрессией гена экспансина NtEXPA5.

Результаты. Конститутивная экспрессия гена NtEXPA5 способствовала увеличению длины и сухого веса волосовидных корней как при нормальных условиях, так и при действии засоления, сульфата меди, ацетата кадмия и маннитола. Как при нормальных условиях, так и при действии стрессовых факторов в трансгенных волосовидных корнях было зафиксировано увеличение активности супероксиддисмутазы и общей антиоксидантной активности.

Выводы. Полученные результаты свидетельствуют, что экспансины оказывают свой позитивный эффект на продуктивность и стрессоустойчивость растений не только через влияние на рост клеток растяжением, но и через воздействие на антиоксидантную систему.

Об авторах

Булат Разяпович Кулуев

Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Башкирский государственный университет»

Автор, ответственный за переписку.
Email: kuluev@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-1564-164X
SPIN-код: 8580-5347
Scopus Author ID: 23094029400
ResearcherId: N-3927-2016

д-р биол. наук, заведующий лабораторией геномики растений

Россия, 450054, Уфа, пр. Октября, д. 71; Уфа

Халит Галеевич Мусин

Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: khalit.musin@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7336-2027
SPIN-код: 8966-4290
ResearcherId: P-2298-2017

Младший научный сотрудник лаборатории геномики растений

Россия, 450054, Уфа, пр. Октября, д. 71

Альфира Буребаевна Якупова

Институт биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Башкирский государственный университет»

Email: alfiram@yandex.ru
SPIN-код: 1480-4353
Scopus Author ID: 36344236800

канд. биол. наук

Россия, 450054, Уфа, пр. Октября, д. 71; Уфа

Список литературы

  1. Cosgrove D.J. Plant expansins: diversity and interactions with plant cell walls // Current Opinion Plant Biology. 2015. Vol. 25. P. 162–172. doi: 10.1016/j.pbi.2015.05.014
  2. Lin C., Choi H.S., Cho H.T. Root hair-specific EXPANSIN A7 is required for root hair elongation in Arabidopsis // Mole Cell. 2011. Vol. 31. P. 393–397. doi: 10.1007/s10059-011-0046-2
  3. Kuluev B.R., Berezhneva Z.A., Mikhaylova E.V., et al. Growth of transgenic tobacco plants with changed expression of genes encoding expansins under the action of stress factors // Russian Journal of Plant Physiology. 2018. Vol. 65. No. 2. P. 211–221. doi: 10.1134/S1021443718020036
  4. Zhao M.R., Li F., Fang Y., et al. Expansin-regulated cell elongation is involved in the drought tolerance in wheat // Protoplasma. 2011. Vol. 248. P. 313–323. doi: 10.1007/s00709-010-0172-2
  5. Xu Q., Xu X., Shi Y., et al. Transgenic tobacco plants overexpressing a grass PpEXP1 gene exhibit enhanced tolerance to heat stress // PLOS One. 2014. Vol. 8. e100792. doi: 10.1371/journal.pone.0100792
  6. Kuluev B.R., Avalbaev A.M., Mikhaylova E.V., et al. Expression profiles and hormonal regulation of tobacco expansin genes and their involvement in abiotic stress response // Journal of Plant Physiology. 2016. Vol. 206. P. 1–12. doi: 10.1016/j.jplph.2016.09.001
  7. Kuluev B.R., Safiullina M.G., Knyazev A.V., et al. Effect of ectopic expression of NtEXPA5 gene on cell size and growth of organs of transgenic tobacco plants // Russ J of Dev Biol. 2013. Vol. 44. P. 28–34. doi: 10.1134/S1062360413010049
  8. Gumerova G.R., Chemeris A.V., Nikonorov Yu.M., et al. Morphological and molecular analysis of isolated cultures of tobacco adventitious roots obtained by the methods of biolistic bombardment and Agrobacterium-mediated transformation // Russian Journal of Plant Physiology. 2018. Vol. 65. No. 5. P. 740–749. doi: 10.1134/S1021443718050072
  9. Rogers S.O., Bendich A.J. Extraction of DNA from milligram amounts of fresh, herbarium and mummified plant tissues // Plant Mol Biol. 1985. Vol. 5. No. 2. P. 69–76. doi: 10.1007/BF00020088.
  10. Duncan D.B. Multiple range and multiple F-test // Biometrics. 1955. Vol. 11. P. 1–5. doi: 10.2307/3001478
  11. Чевари С., Чаба И., Секей И. Роль супероксиддисмутазы в окислительных процессах клетки и метод определения ее в биологических материалах // Лабораторное дело. 1985. № 11. С. 678–681.
  12. Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.Р., и др. Методы биохимического исследования растений / под ред. А.И. Ермакова. 3 изд., перераб. и доп. Л.: Агропромиздат, 1987. 430 с.
  13. Panchuck I.I., Volkov R.A., Schoff F. Heat stress and heat shock transcription factor-depend expression and activity of ascorbate peroxidase in Arabidopsis // Plant Physology. 2002. Vol. 129. P. 838–853. doi: 10.1104/pp.001362
  14. Boestfleisch C., Wagenseil N.B., Buhmann A.K., et al. Manipulating the antioxidant capacity of halophytes to increase their cultural and economic value through saline cultivation // AoB Plants. 2014. No. 13. P. 6–12. doi: 10.1093/aobpla/plu046
  15. Bradford M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Anal Biochem. 1976. Vol. 72. P. 248–254. doi: 10.1006/abio.1976.9999
  16. Guimaraes L.A., Pereira B.M., Araujo A.C.G., et al. Ex vitro hairy root induction in detached peanut leaves for plant-nematode interaction studies // Plant Methods. 2017. Vol. 13. P. 25. doi: 10.1186/s13007-017-0176-4
  17. Sosa A.L.G., Agostini E., Medina M.I. Antioxidant response of tobacco (Nicotiana tabacum) hairy roots after phenol treatment // Plant Physiol Biochem. 2011. Vol. 49. No. 9. P. 1020–1028. doi: 10.1016/j.plaphy.2011.07.009
  18. Wang L., Chen Q., Xin D., et al. Overexpression of GmBIN2, a soybean glycogen synthase kinase 3 gene, enhances tolerance to salt and drought in transgenic Arabidopsis and soybean hairy roots // J Integr Agric. 2018. Vol. 17. No. 9. P. 1959–1971. doi: 10.1016/S2095-3119(17)61863-X
  19. Han Y., Chen Y., Yin S., et al. Over-expression of TaEXPB23, a wheat expansin gene, improves oxidative stress tolerance in transgenic tobacco plants // J Plant Physiol. 2015. Vol. 173. P. 62–71. doi: 10.1016/j.jplph.2014.09.007
  20. Li A.X., Han Y.Y., Wang X., et al. Root-specific expression of wheat expansin gene TaEXPB23 enhances root growth and water stress tolerance in tobacco // Environ Exp Bot. 2015. Vol. 110. P. 73–84. doi: 10.1016/j.envexpbot.2014.10.002
  21. Jadamba C., Kang K., Paek N.C., et al. Overexpression of rice expansin 7 (Osexpa 7) confers enhanced tolerance to salt stress in rice // Int J Moc Sci. 2020. Vol. 21. No. 2. P. 454. doi: 10.3390/ijms21020454
  22. Chen Y., Han Y., Zhang M., et al. Overexpression of the wheat expansin gene TaEXPA2 improved seed production and drought tolerance in transgenic tobacco plants // PLoS One. 2016. Vol. 11. No. 4. e0153494. doi: 10.1371/journal.pone.0153494
  23. Yang J., Zhang G., An J., et al. Expansin gene TaEXPA2 positively regulates drought tolerance in transgenic wheat (Triticum aestivum L.) // Plant Science. 2020. Vol. 298. P. 110596. doi: 10.1016/j.plantsci.2020.110596
  24. Passardi F., Penel C., Dunand C. Performing the paradoxical: how plant peroxidases modify the cell wall // Trends in Plant Sci. 2004. Vol. 9. No. 11. P. 534–540. doi: 10.1016/j.tplants. 2004.09.002

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Морфометрический анализ волосовидных корней с конститутивной экспрессией гена NtEXPA5: а — прирост корней в длину за 30 дней культивации; b — сухой вес корней через 30 дней культивации. WT — дикий тип (контроль), Е1–Е-6 — линии HRs. Звездочками обозначены достоверные различия от контроля согласно критерию Дункана (p < 0,05)

Скачать (263KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Анализ антиоксидантной системы культур волосовидных корней с конститутивной экспрессией гена NtEXPA5: а — активность супероксиддисмутазы; b — каталазная активность; c — пероксидазная активность; d — общая антиоксидантная активность. Звездочками обозначены достоверные различия от контроля согласно критерию Дункана (p < 0,05)

Скачать (216KB)
Метаданные

© ООО "Эко-Вектор", 2021


 


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах