Free proline organ-depented distribution in winter wheat plants during early osmotic stresses
DOI:
https://doi.org/10.29038/2617-4723-2022-2-1Keywords:
winter wheat, osmotic stress, Agrobacterium-mediated transformation, T2-progeny, prolineAbstract
Winter wheat is crop cultivar of special importance in Ukraine. Traditional breeding efforts are not enough for providing agriculture with better forms. Various cereal biotechnological approaches are actively elaborated and widely extended. The Agrobacterium-mediated transformation in planta method is among them. This approach was used for obtaining winter wheat forms with higher level of free proline. It is known that the level of L-proline is regulated by cooperation of own systems of synthesis/degradation. Δ-1-pyrroline-5-carboxylate dehydrogenase (ProDH) is the enzyme of proline degradation. Transgenic plants of two genotypes UK 95/17 and UK 322/17 of winter wheat and their T1, T2 progeny with introduction of double-stranded RNA-suppressor of ProDH gene were obtained. 10 day T2-plants were exposed to 3 hours simulating osmotic stresses. Stress conditions were created by the addition of mannitol (0,8M) or sea water salts (25,0g/l). The levels of L-proline were measured separately in shoots and roots. There were genotype and organ-dependent differences between UK 95/17-T2 and UK 322/17-T2 forms. Under stress pressure levels of L-proline in UK 95/17-T2 line demonstrated the features of stabilization/increase, at the same time the levels of L-proline in UK 322.17-T2 showed the trends of stabilization/decrease. The obvious influence of transgene was not observe.
References
Терлецкая Н.В., Хайленко Н.А., Исакова А.Б. Особенности реакции проростков аллоплазматических линий мягкой пшеницы на действие осмотического и солевого стресса. // Вестник СамГУ – Естественно-научная серия. – 2011. - №2 (83). – С.244-249.
Терлецкая Н.В., Зобова В.Ю., Ступко А.Б. и др. Влияние абиотических стресс-факторов (засуха, засоление) на фотосинтез различных видов пшеницы in vivo и in vitro. Биотехнология как инструмент сохранения биоразнообразия растительного мира (физиолого-биохимичекие, эмбриологические, генетические и правовые аспекты) // Материалы VII Международной научно-практической конференции, посвященной 30-летию отдела биотехнологии растений Никитского ботанического сада. – 2016. – С.292-293.
Широкова Н.П. Физиологические особенности устойчивости яровой пшеницы и роль фитогормонов в ее регуляции у сортов Росинка и Омская 23. // Автореф. дисс. … к.б.н. Красноярск. – 2012. -18 с.
Смірнова І.В. Продуктивність сортів пшениці озимої залежно від фону живлення в умовах південного степу України // Автореф. дис. … к.б.н. – 2021 – Миколаїв. – 25 с.
Кулеш С.С. Agrobacterium-опосередкована трансформація м’якої пшениці з використанням дволанцюгового РНК-супресора гена проліндегідрогенази. // Автореф. дис. … к.б.н. Київ, 2018. – 23 с.
Моргун Б.В. Поліпшення культурних злаків методами генетичної інженерії та маркер допоміжної селекції. // Автореф. дис. … д.б.н. Київ. -2021. – 54 с.
Habib I., Rauf M., Qureshi J. et al. Optimization of somatic embriogenesis and Agrobacterium-mediated transformation of elite wheat (Triticum aestivum L.) cultivars of Pakistan // Int. J. Agric. Biol. 2014. Vol.16, №6, P.1098-1104.
Binca A., Orczyc W., Nadolska-Orczyc A. The Agrobacterium-mediated transformation of common wheat (Triticum aestivum L.) and triticale (× Triticosecale Wittmack): role of the binary vector system and selection cassettes // J. Appl. Genetics. 2012, 53, Р.1-8. DOI 10.1007/s13353-011-0064-y
Mitic N., Nicolic R., Ninkovic S. et al. Agrobacterium-mediated transformation of Triticum aestivum L. // Biol. Plantarum 2004. 48(2), P.179-184. doi.org/10.1023/B:BIOP.0000033442.15611.7d
Szabados L., Savoure A. Trends in Plant Sci. // 2010. №15. Р.89-97. DOI: 10.1016/j.tplants.2009.11.009
Сун С.К., Леи К.Р. Метаболизм пролина и перспективная устойчивость к засолению и тепловому стрессу у прорастающих семян пшеницы // Физ. растений. 2005. Т.52. №6. С.897-904.
Колупаев Ю.Е. Вайнер А.А., Ястреб Т.О. Пролин: физиологические функции и регуляция содержания в растениях в стрессовых условиях. // Вісн. Харк. Нац. Аграрного Університету. Серія: Біологія. – Вип.2(32), 2014, С.6-22.
Kavi Kishor P.B., Sangam S., Amrutha R.N. et al. Regulation of proline biosynthesis, degradation, uptake and transport in higher plants: its implication in plant growth and abiotic stress tolerance // Curr. Sci. 2005. 88. P.424-428.
Miller G., Stein H., Honig A. et al. Responsive modes of Medicago sativa proline dehydrogenase genes during salt stress and recovery dictate free proline accumulation // Planta. 2005. 222. P.70-79. DOI: 10.1007/s00425-005-1518-4
Kaur D., Grewal S.K., Kaur J., Singh S. Differential proline metabolism in vegetative and reproductive tissues determine drought tolerance in chickpea. // Biol. Plant. (2017) 61(2). Р.359–366. https://doi.org/10.1007/s10535-016-0695-2
Титов С.Е. Получение генетически модифицированых растений табака (Nicotiana tabacum L.), экспрессирующих антисмысловой супрессор гена пролиндегидрогеназы. // Автореф. дисс. … к.б.н. Новосибирск, 2008. 18 с.
Сергеева Л.Е., Михальская С.И., Комисаренко А.Г. Современные биотехнологии повышения устойчивости растений к осмотическим стрессам. Киев. Кондор. 2019. 160 с.
Андрющенко В.К., Саянова В.В., Жученко А.А., и др.. Модификация метода определения пролина для выявления засухоустойчивых форм рода Lycopersicon Tourn // Изв.АН Молдавской ССР 1981, №4 С.55-60.
Zheng X., Chen B., Lu G., Han B. Overexpression of a NAC tsanscription factor enhances rice drought and salt tolerance // Bioch. Bioph. Res. Comm. 2009. 2 N4. P.832-837. DOI: 10.1016/j.bbrc.2008.12.163
Nakashima K., Tran L.-S., Van Nguen et al. Functional analysis of a NAC-type transcription factor OsNAC6 involved in abiotic and biotic stress-responsive gene expression in rice // Plant J. 2007. 51. P.617-630. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2007.03168.x
Моргун Б.В., Тищенко Е.Н. // Молекулярные биотехнологии по повышению устойчивости культурных злаков к осмотическим стрессам. Киев. Логос. 2014. 221 с.
Satoh R., Fujita Y., Nakashima K., Shinozaki K., Yamaguchi-Shinozaki K. A novel subgroup of bZIP11 proteins functions as transcriptional activators in hypoosmolarity-responsive expression of the ProDH gene in Arabidopsis. Plant Cell Phys. 2004. 45, № 4, P. 309 – 317.
Hanson J., Hanssen M., Wiese A., Hendriks V.V.W.B., Smeekens S. The sucrose regulated transcription factor bZIP11 affects amino acid metabolism by regulating the expression of Asparagine synthetase1 and Proline dehydrogenase2. Plant J. 2008. 53, № 6, P. 935 – 949. DOI: 10.1111/j.1365-313X.2007.03385.x
Nanjo T., Kobayashi M., Yoshida Y. et al. Antisense suppression of proline degradation improves tolerance to freezing and salinity in Arabidopsis thaliana // FEBS Lett. 1999. 461. P.205-210. DOI: 10.1093/pcp/pch036
Nakashima K., Satoh R., Kiyosue T. et al. A gene encoding proline dehydrogenase is not only induced by proline and hypoosmolarity, but is also developmentally regulated in the reproductive organs in Arabidopsis // Plant Physiol. 1998. 18. P.1233-1241. DOI: 10.1104/pp.118.4.1233
Гершензон С.М. Основы современной генетики. Киев. Наук. думка. 1983. 560 с.
Комісаренко А.Г., Михальська С.І., Курчій В.Д. Дослідження функціональності трансгена в Т2 біотехнологічних рослинах озимої пшениці за ознакою осмостійкості // Фактори експериментальної еволюції організмів. – 2021, Т.28. – С. 88-93 DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v28.1381
Комісаренко А.Г., Михальська С.І., Курчій В.М., Христан О.О. Генетичний та фізіологічний аналіз Т1 біотехнологічних рослин пшениці озимої (Triticum aestivum L.) // Фактори експериментальної еволюції організмів. – 2020. - Т.26. С.222-227 DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v26.1270
Дубровна О.В., Кулеш С.С., Сливка Л.В.Оптимізація умов Agrobacterium - опосередкованої трансформації м’якої пшениці методом in planta // Фізіологія рослин ш генетика. – 2019, Т.51, № 4. С.283 – 294 , doi: https://doi.org/10.15407/frg2019.04.283
Михальська С.І., Комісаренко А.Г., Курчій В.М., Тищенко О.М. Генетична трансформація in planta пшениці озимої (Triticum aestivum L.) // Фактори експериментальної еволюції організмів. – 2018. – Т.22. – С.293-298 DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v22.964
Downloads
Published
Issue
Section
License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
