Влияние экспрессии гетерологичной Δ9-десатуразы на жирнокислотный состав растений томатов

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

В данной работе мы исследовали возможность модификации жирнокислотного (ЖК) состава листьев томата (Solanum lycopersicum L.) за счет введения в его геном гена Δ9 ацил-липидной десатуразы цианобактерии (Synechococcus vulcanus C.). Для получения трансгенных растений томата, экспрессирующих десатуразу цианобактерии (desC), и оценки влияния данной десатуразы на ЖК-состав суммарных липидов были сконструированы вектора, несущие ген desC. Последовательность гена была слита с лидерными последовательностями, обеспечивающими локализацию белкового продукта в хлоропластах, эндоплазматическом ретикулуме (ЭПР) или цитоплазматической мембране. Полученными векторами трансформировали штамм A. tumefaciens AGL0 для последующей агробактериальной трансформации растений томатов. ЖК анализ листьев показал, что для некоторых линий при локализации desC в цитоплазматической мембране или мембране ЭПР наблюдается увеличение содержания С16:1 и C16:2 жирных кислот. Для данных линий показано увеличение относительной представленности транскрипта desC по сравнению с трансгенными линиями, не показавшими изменения ЖК-состава. Полученные данные могут быть использованы для разработки стратегий направленной модификации жирнокислотного состава томатов.

Full Text

Restricted Access

About the authors

И. Г. Миловская

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук

Email: irengold58@gmail.com
Russian Federation, Москва

Н. В. Варламова

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии”

Email: irengold58@gmail.com
Russian Federation, Москва

А. Ю. Стариков

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук

Email: irengold58@gmail.com
Russian Federation, Москва

Д. В. Демиденко

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии”

Email: irengold58@gmail.com
Russian Federation, Москва

О. С. Павленко

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук; Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии”

Email: irengold58@gmail.com
Russian Federation, Москва; Москва

А. А. Тюрин

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук

Email: irengold58@gmail.com
Russian Federation, Москва

Д. С. Соболев

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук

Email: irengold58@gmail.com
Russian Federation, Москва

Л. В. Куренина

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии”

Email: irengold58@gmail.com
Russian Federation, Москва

И. В. Голденкова-Павлова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: irengold58@gmail.com
Russian Federation, Москва

М. Р. Халилуев

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии”; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Российский государственный аграрный университет – МСХА им. К.А.Тимирязева”

Email: irengold58@gmail.com
Russian Federation, Москва; Москва

References

  1. Лось Д.А. Структура, регуляция экспрессии и функционирование десатураз жирных кислот // Успехи биологической химии. 2001. Т. 41. С. 163.
  2. He M., Qin C.-X., Wang X., Ding N.-Z. Plant unsaturated fatty acids: biosynthesisand regulation. // Front. Plant Sci. 2020. V. 11. P. 390. https:doi: 10.3389/fpls.2020.00390
  3. Li N., Xu C., Li-Beisson Y., Philippar K. Fatty acid and lipid transport in plant cells // Trends Plant Sci. 2016. V. 21. P. 145. https:doi: 10.1016/j.tplants.2015.10.011
  4. Murata N., Wada H. Acyl-lipid desaturases and their importance in the tolerance and acclimatization to cold of cyanobacteria // J. Biochem. 1995. V. 308 P. 1. https:doi: 10.1042/bj3080001
  5. Kachroo P., Shanklin J., Shah J., Whittle E., Klessig D. A fatty acid desaturase modulates the activation of defense signaling pathways in plants // Proc. Natl. Acad. Sci. 2001. V. 98. P. 9448. https:doi: 10.1073/pnas.151258398
  6. Song N., Hu Z., Li Y. Overexpression of a wheat stearoyl-ACP desaturase (SACPD) gene TaSSI2 in Arabidopsis ssi2 mutant compromise its resistance to powdery mildew // Gene. 2013. V. 524. P. 222. https:doi: 10.1016/j.gene.2013.04.019
  7. Tsypurskaya E., Nikolaeva T., Lapshin P., Nechaeva T., Yuorieva N., Baranova E., Derevyagina M., Nazarenko L. Goldenkova-Pavlova I. Zagoskina N. Response of transgenic potato plants expressing heterologous genes of ∆9- or ∆12-Acyl-lipid desaturases to Phytophthora infestans infection // Plants. 2022. V. 11. P. 288. https:doi: 10.3390/ plants11030288
  8. Ishizaki-Nishizawa O., Fujii T., Azuma M. Low-temperature resistance of higher plants is significantly enhanced by a nonspecific cyanobacterial desaturase // Nat. Biotech. 1996. V. 14. P. 1003. https:doi: 10.1038/nbt0896-1003
  9. Yu C., Wang H., Yang S., Tang X., Duan M., Meng Q. Overexpression of endoplasmic reticulum omega-3 fatty acid desaturase gene improves chilling tolerance in tomato // Plant Physiol. Biochem. 2009. V. 47. P. 1102.https:doi: 10.1016/j.plaphy.2009.07.008
  10. Zhou Z., Wang M., Hu J. Improve freezing tolerance in transgenic poplar by overexpressing a ω-3 fatty acid desaturase gene // Mol. Breeding. 2010. V. 25. P. 571. https:doi.org/10.1007/s11032-009-9352-1
  11. Peng D., Zhou B., Jiang Y. Enhancing freezing tolerance of Brassica napus L. by overexpression of a stearoyl-acyl carrier protein desaturase gene (SAD) from Sapium sebiferum (L.) Roxb // Plant Sci. 2018. V. 272. P. 32. https:doi: 10.1016/j.plantsci.2018.03.028
  12. Liu X., Teng Y., Li B. Enhancement of low-temperature tolerance in transgenic tomato plants overexpressing Lefad7 through regulation of trienoic fatty acids // Photosynth. 2013. V. 51. P. 238. https:doi: 10.1007/s11099-013-0014-5
  13. Dominguez T., Hernandez L., Pennycooke J., Jimenez P., Martınez-Rivas J., Sanz C., Stockinger E., Sanchez-Serrano J., Sanmartin M. Increasing v-3 desaturase expression in tomato results in altered aroma profile and enhanced resistance to cold stress // Plant Physiol. 2010. V. 153. P. 655. https:doi: 10.1104/pp.110.154815
  14. Berestovoy M., Pavlenko O., Tyurin A., Gorshkova E., Goldenkova-Pavlova I. Altered fatty acid composition of Nicotiana benthamiana and Nicotiana excelsior leaves under transient overexpression of the cyanobacterial desC gene // Biol. Plant. 2020. V. 64. P. 167. https:doi: 10.32615/bp.2019.144
  15. Kiseleva L., Serebriiskaya T., Horváth I., Vigh L., Lyukevich A., Los D. Expression of the gene for the delta9 acyl-lipid desaturase in the thermophilic cyanobacterium. // J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 2000. V. 2. P. 331.
  16. Orlova I., Serebriiskaya T., Popov V., Merkulova N., Nosov A., Trunova T., Tsydendambaev V., Los D. Transformation of tobacco with a gene for the thermophilic acyl-lipid desaturase enhances the chilling tolerance of plants // Plant Cell Physiol. 2003. V. 44. P. 447. https:doi: 10.1093/pcp/pcg047
  17. Vyacheslavova A., Berdichevets I., Tyurin A., Shimshilashvili K., Mustafaev O., Goldenkova-Pavlova I. Expression of heterologous genes in plant systems: new possibilities // Russ. J. Gen. 2012. V. 48. P. 1067. https:doi: 10.1134/S1022795412110130
  18. Höfgen R., Willmitzer L. Storage of competent cells for Agrobacterium transformation // Nucleic Acids Res. 1988. V. 16. P. 9877. https:doi: 10.1093/nar/16.20.9877
  19. Reza M., Goldenkova-Pavlova I., Pchelkin V., Tsydendambaev V., Los D., Nosov A. Acyl-lipid Δ12-desaturase of the cyanobacterium increases the unsaturation degree in transgenic potato (Solanum tuberosum L.) // Biologia. 2007. V. 53. P. 4.
  20. Герасименко И., Сахно Л., Кирпа Т., Остапчук А., Хаджиев Т В., Голденкова-Павлова И.В., Шелудько Ю. Характеристика растений Nicotiana tabacum, экспрессирующих гибридные гены Δ9- или Δ12-ацил-липидных десатураз цианобактерий и термостабильной лихеназы // Физиология растений. 2015. Т. 62. С. 307.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic representation of the T-DNA site in the plasmids pVIG-DesC (a), pVIG-Lch-DesC (b) and pVIG-LE4-DesC-ER (c) used for the agrobacterial transformation of tomatoes. LB – left border; RB – right border; 35S – constitutive promoter of 35S cauliflower mosaic virus RNA; pNOS – nopalin synthase promoter; nptII – neomycin phosphotransferase II gene; TNOs – sequence of nopalin synthase terminator; desC – gene encoding Δ9-desaturase Synechococcus vulcanus; Lch – leader sequence of the gene encoding a small the ribulose subunit-1,5-bisphosphate carboxylase Arabidopsis thaliana, which provides delivery of the encoded protein to chloroplasts; LeB4 – the leader sequence of the pea LeB4 gene (Vicia faba), encoding the promoter of legumin B4, which ensures the compartmentalization of the protein product into the endoplasmic reticulum (EPR); the sequence ER, SKRDEL in the 3’ region of the target gene, encoding C-terminal amino acids to retain the target protein in the EPR; poly-A, signaling

Download (467KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. PCR amplification of the Tom52 (a), nptII (b), VirB (c) and desC (d) genes on genomic DNA samples of suspected transformants and nontransgenic tomato plants. M – molecular weight marker (GeneRuler 100 bp DNA Ladder, Fermentas, Lithuania); 2 – negative control (YALF line); 3-18 – independent transformed tomato lines; 19 – positive control (pVIG-DesC plasmid).

Download (557KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Phenotype of control plants and primary plant transformants. (a) – YALF control plant (agarized MS medium), (b) – transgenic plant (94Cyt line) (agarized MS medium + kanamycin), (c) – transgenic plant (line 8ER) an “unusual” phenotype (agarized MS medium + kanamycin).

Download (353KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Relative representation of desC gene transcripts in different lines of transformed tomatoes. The expression of the 94Cyt line is taken as a unit.

Download (131KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences