АНАЛИЗ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ СТРЕССОУСТОЙЧИВОСТИ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЗАСУХИ НА РАСТЕНИЯ БЕРЕЗЫ В ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНОМ РЕГИОНЕ

Т.А. Гродецкая, П.М. Евлаков, И.Ю. Исаков

Скачать

№ 2 (38)

Природопользование

Сведения об авторах

Гродецкая Татьяна Александровна – младший научный сотрудник лаборатории биотехнологии

ФГБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лесной генетики, селекции и биотехнологии», г. Воронеж, Российская Федерация

e-mail: tatyana.pokusina@yandex.ru

Евлаков Петр Михайлович – кандидат биологических наук, заведующий лабораторией

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», г. Воронеж, Российская Федерация

e-mail: peter.evlakov@yandex.ru

Исаков Игорь Юрьевич – кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры лесных культур, селекции и лесомелиорации

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», г. Воронеж, Российская Федерация

e-mail:isakov@vmail.ru

 

Аннотация: 

Береза является одной из основных лиственных лесообразующих пород в европейской части России, однако воздействие стресса (в частности, засухи) сильно ограничивает ее распространение. В связи с этим актуальным представляется выявление механизмов устойчивости с целью отбора перспективных генотипов для их дальнейшего размножения. Целью данной работы было выявление засухоустойчивых генотипов березы повислой (B. pendula Roth.), пушистой (B. pubescens Ehrh.) и их гибридов. Для исследования были взяты образцы березы в возрасте 26 лет, сохранившие жизнеспособность после засух 2010 и 2013 годов. Для анализа устойчивости к засухе листья березы были отобраны в третьей декаде июня 2019 года. Листья растений березы, отобранные в период с оптимальными условиями температуры воздуха и осадков, были использованы в качестве контроля. Предложен модифицированный CTAB метод для выделения РНК. Изучена экспрессия генов, кодирующих белки, участвующие в активации защитных путей клетки под воздействием абиотического стресса (pal, PR-1, PR-10, lea8, DREB2) в период засухи (июнь 2019 г.). Проведено исследование экспрессии генов, кодирующих белки метаболических путей, активирующихся в ответ на абиотический стресс (фенилпропаноидный путь), связанных с патогенезом белков (PR1 и PR10), факторов транскрипции (DREB2) и белков позднего эмбриогенеза (LEA). В результате воздействия засухи было обнаружено значительное увеличение экспрессии генов pal, PR-1, PR-10 и DREB2 в анализируемых образцах; в то же время были выявлены изменения экспрессии гена lea8 для двух из десяти генотипов. Наибольшее увеличение экспрессии для всех пяти генов показано для образцов березы 29-58 и 233, что указывает на развитие адаптивных механизмов у этих генотипов и может характеризовать их как наиболее стабильные. Изученные гены могут быть рекомендованы в качестве маркеров для анализа стрессоустойчивости у различных видов древесных растений.

 

Ключевые слова: 

засуха, стрессоустойчивость, экспрессия гена, береза

 

Для цитирования: 

Гродецкая, Т. А. Анализ экспрессии генов стрессоустойчивости в условиях воздействия засухи на растения березы в Центрально-Черноземном регионе / Т. А. Гродецкая, П. М. Евлаков, И. Ю. Исаков // Лесотехнический журнал. – 2020. – Т. 10. – № 2 (38). – С. 23–34. – Библиогр.: с. 31–34 (21 назв.). – DOI: 10.34220/issn.2222-7962/2020.2/3.

 

Литература: 
  1. Larcher, W. Physiological Plant Ecology / W. Larcher. – 4th ed. – Springer Science & Business Media, 2003. – 254 p. – doi: 10.1007/978-3-642-96545-6.
  2. Krasensky, J. Drought, salt, and temperature stress-induced metabolic rearrangements and regulatory networks / J. Krasensky, C. Jonak // Journal of experimental botany. – 2012. – Vol. 63. – №. 4. – P. 1593–1608. – doi: 10.1093/jxb/err460.
  3. Bartels, D. Drought and salt tolerance in plants / D. Bartels, R. Sunkar // Critical reviews in plant sciences. – 2005 – Vol. 24. – №. 1. – P. 23–58. – doi: 10.1080/07352680590910410.
  4. Valliyodan, B. Understanding regulatory networks and engineering for enhanced drought tolerance in plants / B. Valliyodan, H. T. Nguyen // Current opinion in plant biology – 2006. – Vol. 9. – №. 2. – P. 189–195. – doi: 10.1016/j.pbi.2006.01.019.
  5. Janská A. Cold stress and acclimation – what is important for metabolic adjustment? / A. Janská, P. Maršík, S. Zelenková // Plant Biology. – 2010. – Vol. 12. – №. 3. – P. 395–405. – doi: 10.1111/j.1438-8677.2009.00299.x.
  6. Shinozaki, K. Gene networks involved in drought stress response and tolerance / K. Shinozaki, K. Yamaguchi-Shinozaki // Journal of experimental botany. – 2007. – Vol. 58. – №. 2. – P. 221–227. – doi: 10.1093/jxb/erl164.
  7. Kumar, S. G. NaCl effects on proline metabolism in two high yielding genotypes of mulberry (Morus alba L.) with contrasting salt tolerance / S. G. Kumar, A. M. Reddy, C. Sudhakar // Plant Science. – 2003. – Vol. 165. – №. 6. – P. 1245–1251. – doi: 10.1016/s0168-9452(03)00332-7.
  8. Differential response of NADP-dehydrogenases and carbon metabolism in leaves and roots of two durum wheat (Triticum durum Desf.) cultivars (Karim and Azizi) with different sensitivities to salt stress / D. Bouthour, T. Kalai, H. Chaffei [et al.] // Journal of plant physiology. – 2015. – Vol. 179. – P. 56–63. – doi: 10.1016/j.jplph.2015.02.009.
  9. Chinnusamy, V. Cold stress regulation of gene expression in plants / V. Chinnusamy, J. Zhu, J. K. Zhu // Trends in plant science. – 2007. – Vol. 12. – №. 10. – P. 444–451. – doi: 10.1016/j.tplants.2007.07.002.
  10. Transgenerational epigenetic inheritance in plants / H. Hauser, W. Aufsatz, C. Jonak, C. Luschnig // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Gene Regulatory Mechanisms. – 2011. – Vol. 1809. – №. 8. – P. 459–468.
  11. Khraiwesh, B. Role of miRNAs and siRNAs in biotic and abiotic stress responses of plants / B. Khraiwesh, J. K. Zhu, J. Zhu // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Gene Regulatory Mechanisms. – 2012. – Vol. 1819. – №. 2. – P. 137–148. – doi: 10.1016/j.bbagrm.2011.05.001.
  12. Jan, A. T. Plant abiotic stress: deciphering remedial strategies for emerging problem / A. T. Jan, P. Singhal, Q. M. R. Haq // Journal of Plant Interactions. – 2013. – Vol. 8. – №. 2. – P. 97–108. – doi: 10.1080/17429145.2012.702226.
  13. Rini, D. W. I. S. Sequence variation of DREB2 gene as a potential molecular marker for identifying resistant plants toward drought stress / D. W. I. S. Rini // Nusantara Bioscience. – 2019. – Vol. 11. – №. 1. – P. 35–43. – doi: 10.13057/nusbiosci/n110107.
  14. Shinozaki, K. Regulatory network of gene expression in the drought and cold stress responses / K. Shinozaki, K. Yamaguchi-Shinozaki, M. Seki // Current opinion in plant biology. – 2003. – Vol. 6. – №. 5. – P. 410–417. – doi: 10.1016/s1369-5266(03)00092-x.
  15. Edreva, A. Pathogenesis-related proteins: research progress in the last 15 years / A. Edreva // Gen. Appl. Plant Physiol. – 2005. – Vol. 31. – №. 1-2. – P. 105–124. – doi: 10.1093/jxb/41.6.701.
  16. Van Loon, L. C. Significance of inducible defense-related proteins in infected plants / L. C. Van Loon, M. Rep, C. M. J. Pieterse // Annu. Rev. Phytopathol. – 2006. – Vol. 44. – P. 135–162. – doi: 10.1146/annurev.phyto.44.070505.143425.
  17. Veluthakkal, R. Pathogenesis-related genes and proteins in forest tree species / R. Veluthakkal, M. G. Dasgupta // Trees. – 2010. – Vol. 24. – №. 6. – P. 993–1006. – doi: 10.1007/s00468-010-0489-7.
  18. Characterization of PR-10 genes from eight Betula species and detection of Bet v 1 isoforms in birch pollen / M. Schenk, J. Cordewener, A. America [et al.] // BMC plant biology. – 2009. – Vol. 9. – №. 1. – P. 24. – doi: 10.1186/1471-2229-9-24.
  19. The transcriptional response of hybrid poplar (Populus trichocarpa x P. deltoids) to infection by Melampsora medusae leaf rust involves induction of flavonoid pathway genes leading to the accumulation of proanthocyanidins / M. Miranda, S. Ralph, R. Mellway [et al.] // Molecular Plant-Microbe Interactions. – 2007. – Vol. 20. – №. 7. – P. 816–831. – doi: 10.1094/mpmi-20-7-0816.
  20. Poplar and pathogen interactions: insights from Populus genome-wide analyses of resistance and defense gene families and gene expression profiling / S. Duplessis, I. Major, F. Martin, A. Séguin // Critical Reviews in Plant Science. – 2009. – Vol. 28. – №. 5. – P. 309–334. – doi: 10.1080/07352680903241063.
  21. Chang, S. A simple and efficient method for isolating RNA from pine trees / S. Chang, J. Puryear, J. Cairney // Plant molecular biology reporter. – 1993. – Vol. 11. – №. 2. – P. 113–116. – doi: 10.1007/bf02670468.