Выявлены новые пути адаптации растений к стрессам

Информация о достижении

Выявлены новые пути адаптации растений к стрессам

Выявлены новые пути адаптации растений к стрессам. Они заключаются в ограничении развития окислительного взрыва, индукции системной приобретенной устойчивости и выработке полифенолов флавоноидной группы. Показано, что поддержание гомеостаза активных форм кислорода является важным фактором стрессоустойчивости растений. Регуляция выработки активных форм кислорода осуществляется посредством Е3 убиквитин-лигазы HOS1, а также с помощью кальцийзависимых протеинкиназ и некоторых бактериальных генов. В работе использованы технологии геномного редактирования, протеомного анализа и конфокальной микроскопии. Эти исследования важны для понимания принципов получения сельскохозяйственных растений, устойчивых к неблагоприятным условиям внешней среды.

Рис. 2. Растения <em>Arabidopsis thaliana</em>, HOS1- редактированные с помощью технологии CRISPR/Cas9 (справа), легче адаптируются к холоду по сравнению с растениями дикого типа (слева). На фото: 10-дневные растения дикого типа (контроль) и HOS1- редактированные (Hos1/CRISPR) в режиме холодового прайминга: верхняя панель - контрольные условия выращивания 25<sup>0</sup> С; средняя панель - холод 4<sup>0</sup> С в течение 7 суток + 5 суток при 25<sup>0</sup> С; нижняя панель - холод 4<sup>0</sup> С в течение 7 суток.

Рис. 2. Растения Arabidopsis thaliana, HOS1- редактированные с помощью технологии CRISPR/Cas9 (справа), легче адаптируются к холоду по сравнению с растениями дикого типа (слева). На фото: 10-дневные растения дикого типа (контроль) и HOS1- редактированные (Hos1/CRISPR) в режиме холодового прайминга: верхняя панель - контрольные условия выращивания 25⁰ С; средняя панель - холод 4⁰ С в течение 7 суток + 5 суток при 25⁰ С; нижняя панель - холод 4⁰ С в течение 7 суток.

Рис. 1. Растения<em> Arabidopsis thaliana</em>, HOS1- редактированные с помощью технологии CRISPR/Cas9 (справа), характеризуются более ранним цветением по сравнению с растениями дикого типа (слева).

Рис. 1. Растения Arabidopsis thaliana, HOS1- редактированные с помощью технологии CRISPR/Cas9 (справа), характеризуются более ранним цветением по сравнению с растениями дикого типа (слева).

Рис. 4. Общая схема поддержания гомеостаза активных форм кислорода (АФК), показывающая предполагаемую передачу сигнала, опосредованную белком HOS1, при воздействии холода и сильного освещения: при воздействии холода и сильного света HOS1 стабилизирует содержание АФК, блокируя их генерацию посредством НАДФН-оксидаз (RbohD/F). В результате не происходит повышенного образования АФК и активации АФК-регулируемой экспрессии аскорбатпероксидаз Apx1 и Apx2. Инактивация HOS1 удаляет (X) этот регуляторный блок. Экспрессия RbohD/F активирует путь АФК-регулируемой экспрессии Apx1 и Apx2, что приводит к снижению содержания АФК за счет активного разложения АФК.

Рис. 3. Конфокальная визуализация внутриклеточных активных форм кислорода (АФК) в эпидермальных клетках Arabidopsis thaliana дикого типа (WT) и HOS1-редактированных (hos1), у которых ген hos1 был подавлен путем разрушения открытой рамки считывания с помощью технологии CRISPR/Cas9. Хлоропласты выглядят как красные органеллы с зелеными включениями, отражающими локализацию АФК. Белые стрелки указывают локализацию АФК в ядре (зеленый цвет), розовые стрелки указывают на хлоропласты (красный цвет), синие стрелки указывают на везикулы с АФК (зеленый цвет). Нижняя панель показывает изображения эпидермальных клеток hos1 в одном канале обнаружения АФК (слева) и тех же клеток в объединенных каналах АФК и хлоропластов (справа). Масштабные линейки - 50 мкм.

Публикации


2023 - Auxin-dependent regulation of growth via rolB-induced modulation of the ROS metabolism in the long-term cultivated pRiA4-transformed Rubia cordifolia L. calli Veremeichik G.N., Gorpenchenko T.Y., Rusapetova T.V., Brodovskaya E.V., Tchernoded G.K., Bulgakov D.V., Shkryl Y.N., Bulgakov V.P. Plant Physiology and Biochemistry 2023; 202: 107932 DOI: 10.1016/j.plaphy.2023.107932
2023 - Proteomic Analysis of ProteinsRelated to Defense Responses in Arabidopsis Plants Transformed with the rolB Oncogene Vereshchagina Y.V., Mironova A.A., Bulgakov D.V., Bulgakov V.P. International Journal of Molecular Sciences 2023; 24(3): 1880 DOI: 10.3390/ijms24031880
2023 - Proteome-Level Investigation of Vitis amurensis Calli Transformed with a Constitutively Active, Ca2+-Independent Form of the Arabidopsis AtCPK1 Gene Veremeichik G.N., Bulgakov D.V., Konnova Yu.A., Brodovskaya E.V., Grigorchuk V.P., Bulgakov V.P. International Journal of Molecular Sciences 2023; 24(17): 13184 DOI: 10.3390/ijms241713184
2023 - In the interkingdom horizontal gene transfer, the small rolA gene is a big mystery Veremeichik G.N., Bulgakov D.V., Solomatina T.O., Makhazen D.S. Applied Microbiology and Biotechnology 2023; 107: 2097–2109 DOI: 10.1007/s00253-023-12454-y
2023 - Suppression of the HOS1 Gene Affects the Level of ROS Depending on Light and Cold Gorpenchenko T.Y., Veremeichik G.N., Shkryl Y.N., Yugay Y.A., Grigorchuk V.P., Bulgakov D.V., Rusapetova T.V., Vereshchagina Y.V., Mironova A.A., Subbotin E.P., Kulchin Y.N., Bulgakov V.P. Life 2023; 13(2): 524 DOI: 10.3390/life13020524
2023 - High production of flavonols and anthocyanins in Eruca sativa (Mill) Thell plants at high artificial LED light intensities Veremeichik G.N., Grigorchuk V.P., Makhazen D.S., Subbotin E.P., Kholin A.S., Subbotina N.I., Bulgakov D.V., Kulchin Y.N., Bulgakov V.P. Food Chemistry 2023; 408: 135216 DOI: 10.1016/j.foodchem.2022.135216