Информация о достижении

Роль природных трансгенов в формировании стрессоустойчивости и регуляции вторичного метаболизма растений

Впервые раскрыты механизмы действия генов природно-трансгенного, растения Ipomoea batatas. Показано, что ген rolB/C и новый, идентифицированный rolD-подобный ген не только способствуют активации вторичного метаболизма, но и стимулируют каскады защитных реакций, обеспечивающих устойчивость растений к стрессам. Эксперименты на модельных системах продемонстрировали, что ген rolB/C регулирует кальций-зависимые сигнальные пути, усиливая синтез антрахинонов. Его экспрессия приводит к снижению внутриклеточного уровня ионов Ca²⁺ и повышает транскрипцию специфических кальций-зависимых протеинкиназ. Новый rolD-подобный ген участвует в метаболизме пролина и ответе на неблагоприятные факторы внешней среды. Хотя rolD-подобный белок функционально близок своему агробактериальному гомологу, его экспрессия регулируется иначе, с участием стрессовых гормонов, таких как жасмоновая и салициловая кислоты.
Фенотипическая характеристика линий Arabidopsis, экспрессирующих rolD-подобный ген. (A) Фенотипы роста линий Arabidopsis дикого типа (WT) и линий, экспрессирующих rolD-подобный ген, в различные временные точки (19, 29, 36 и 43 дня после посадки). (Б) Морфологические различия в цветковых органах и стручках растений WT и трансгенных растений, подчеркивающие снижение семенной продуктивности и наличие трихом у At-rolD-подобных линий. (В) Анализ роста корней растений WT и At-rolD-подобных растений, выращенных вертикально на среде MS половинной концентрации в течение 10 дней.
Фенотипическая характеристика линий Arabidopsis, экспрессирующих rolD-подобный ген. (A) Фенотипы роста линий Arabidopsis дикого типа (WT) и линий, экспрессирующих rolD-подобный ген, в различные временные точки (19, 29, 36 и 43 дня после посадки). (Б) Морфологические различия в цветковых органах и стручках растений WT и трансгенных растений, подчеркивающие снижение семенной продуктивности и наличие трихом у At-rolD-подобных линий. (В) Анализ роста корней растений WT и At-rolD-подобных растений, выращенных вертикально на среде MS половинной концентрации в течение 10 дней.
Ферментативная активность RolD-подобного белка. (A) SDS-PAGE-анализ экспрессии рекомбинантного DsbC-RolD и DsbC-RolD-подобного белка в штамме E. coli BL21 (DE3) pLysS. Экспрессию белка индуцировали 0,2 мМ IPTG и проводили в течение 18 ч при 16 ◦C. Каждая дорожка содержит 20 мкг общего клеточного лизата. Дорожка M представляет собой маркеры молекулярной массы (в кДа). Стрелки указывают на интересующие белки с их прогнозируемой молекулярной массой. (Б) Накопление НАДН в процессе ферментативного превращения орнитина в пролин, катализируемого орнитинциклодеаминазой (OCD). Продукцию НАДН контролировали спектрофотометрически при 340 нм.
Ферментативная активность RolD-подобного белка. (A) SDS-PAGE-анализ экспрессии рекомбинантного DsbC-RolD и DsbC-RolD-подобного белка в штамме E. coli BL21 (DE3) pLysS. Экспрессию белка индуцировали 0,2 мМ IPTG и проводили в течение 18 ч при 16 ◦C. Каждая дорожка содержит 20 мкг общего клеточного лизата. Дорожка M представляет собой маркеры молекулярной массы (в кДа). Стрелки указывают на интересующие белки с их прогнозируемой молекулярной массой. (Б) Накопление НАДН в процессе ферментативного превращения орнитина в пролин, катализируемого орнитинциклодеаминазой (OCD). Продукцию НАДН контролировали спектрофотометрически при 340 нм.
Уровни экспрессии генов кальций-зависимой протеинкиназы (CDPK) в контрольных и экспрессирующих Ib-rolB/C каллусных культурах R. cordifolia. Представленные данные представляют собой средние значения ± стандартная ошибка среднего. Разные буквы над столбиками обозначают статистически значимые различия средних значений для каждой изоформы CDPK (p < 0,05), наименьшее критерий (LSD) Фишера.
Уровни экспрессии генов кальций-зависимой протеинкиназы (CDPK) в контрольных и экспрессирующих Ib-rolB/C каллусных культурах R. cordifolia. Представленные данные представляют собой средние значения ± стандартная ошибка среднего. Разные буквы над столбиками обозначают статистически значимые различия средних значений для каждой изоформы CDPK (p < 0,05), наименьшее критерий (LSD) Фишера.
Влияние экспрессии rolD-подобного гена на продукцию пролина и ферментативную активность трансгенного Arabidopsis. (A) Целевой анализ пролина в растительных экстрактах методом ЖХ-МС, показывающий хроматограммы выделенных ионов при m/z 116 &plusmn; 1 для пролина ([M+H]+). (Б) Спектры МС/МС стандартного раствора пролина.
Влияние экспрессии rolD-подобного гена на продукцию пролина и ферментативную активность трансгенного Arabidopsis. (A) Целевой анализ пролина в растительных экстрактах методом ЖХ-МС, показывающий хроматограммы выделенных ионов при m/z 116 ± 1 для пролина ([M+H]+). (Б) Спектры МС/МС стандартного раствора пролина.
Предсказанные трехмерные структуры OCD из A. tumefaciens, RolD из A. rhizogenes и RolD-подобного белка из I. batatas, иллюстрирующие структурное сходство.
Предсказанные трехмерные структуры OCD из A. tumefaciens, RolD из A. rhizogenes и RolD-подобного белка из I. batatas, иллюстрирующие структурное сходство.
ВЭЖХ-разделение экстрактов пигмента AQ, полученных из каллусов R, RB/C и RBH. Колонка Discovery HS C18, бинарный градиент элюирования 0,1% уксусной кислотой/ацетонитрилом, скорость потока 0,2 мл/мин, детектирование при 254 нм. Производные AQ: псевдопурпурин примверозид (1), мунжистин глюкозид (2), руберитриновая кислота (3), рубиадин гентиобиозид (4), рубиадин примверозид (5), ализарин (6), пурпурин (7), псевдопурпурин (8), мунжистин (9) и рубиадин (10).
ВЭЖХ-разделение экстрактов пигмента AQ, полученных из каллусов R, RB/C и RBH. Колонка Discovery HS C18, бинарный градиент элюирования 0,1% уксусной кислотой/ацетонитрилом, скорость потока 0,2 мл/мин, детектирование при 254 нм. Производные AQ: псевдопурпурин примверозид (1), мунжистин глюкозид (2), руберитриновая кислота (3), рубиадин гентиобиозид (4), рубиадин примверозид (5), ализарин (6), пурпурин (7), псевдопурпурин (8), мунжистин (9) и рубиадин (10).
Относительные уровни экспрессии генов биосинтеза антрахинона (RcICS, RcOSBS, RcOSBL и RcIPPi) в нетрансформированных (R) и экспрессирующих Ib-rolB/C каллусных линиях R. cordifolia (RB/C5 и RB/C13). Представленные данные представляют собой средние значения &plusmn; стандартная ошибка среднего. Разные буквы над полосами обозначают статистически значимые различия средних значений (p &lt; 0,05), LSD Фишера.
Относительные уровни экспрессии генов биосинтеза антрахинона (RcICS, RcOSBS, RcOSBL и RcIPPi) в нетрансформированных (R) и экспрессирующих Ib-rolB/C каллусных линиях R. cordifolia (RB/C5 и RB/C13). Представленные данные представляют собой средние значения ± стандартная ошибка среднего. Разные буквы над полосами обозначают статистически значимые различия средних значений (p < 0,05), LSD Фишера.
Влияние дефицита и избытка кальция на рост и накопление антрахинона в контрольных и экспрессирующих Ib-rolB/C каллусных культурах R. cordifolia, выращенных на безкальциевых средах (А), а также на средах с избытком кальция (Б). Представленные данные представляют собой средние значения &plusmn; стандартная ошибка среднего. Звездочки (*) или разные буквы указывают на статистически значимые различия средних значений (p &lt; 0,05), t-критерий Стьюдента.
Влияние дефицита и избытка кальция на рост и накопление антрахинона в контрольных и экспрессирующих Ib-rolB/C каллусных культурах R. cordifolia, выращенных на безкальциевых средах (А), а также на средах с избытком кальция (Б). Представленные данные представляют собой средние значения ± стандартная ошибка среднего. Звездочки (*) или разные буквы указывают на статистически значимые различия средних значений (p < 0,05), t-критерий Стьюдента.
Публикации

2025 - Calcium-dependent regulation of anthraquinone biosynthesis by the sweet potato Ib-rolb/C gene in Rubia cordifolia callus cultures

Shkryl Yu., Grishchenko O., Vasileva E., Mishchenko N., Vasyutkina E., Alaverdov E., Kudinova O., Tchernoded G., Fialko A., Tsydeneshieva Zh., Sorokina M., Yaroshenko Yu., Degtyarenko A., Fedoreyev S., Bulgakov V., Yugay Yu.

Phytochemistry     2025; 242: 114710

DOI: 10.1016/j.phytochem.2025.114710

2025 - A naturally integrated RolD-like gene in sweet potato mediates stress-responsive pathways

Yugay Y., Rusapetova T., Vasyutkina E., Sorokina M., Grigorchuk V., Degtyareva V., Rudenko D., Alaverdov E., Bulgakov V., Shkryl Y.

Plant Physiology and Biochemistry     2025; 223: 109875

DOI: 10.1016/j.plaphy.2025.109875