CC BY
0
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ТРАНСКРИПЦИОННОГО ФАКТОРА ПОДОБНОГО
WRKY41 У ГРЕЧИХИ ПОСЕВНОЙ
С.А. Вишняков, студент
Волгоградский государственный университет (Россия, г. Волгоград)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-8-2-6-8
Аннотация. В ходе данного исследования в трёх хромосомах гречихи посевной (Fagopyrum esculentum) были идентифицированы гены, которые предположительно могут кодировать белок транскрипционного фактора WRKY41 или его гомологов, например такого как WRKY53. Многие исследования зарубежных авторов доказывают, что данный транскрипционный фактор ассоциирован с засухоустойчивостью, холодоустойчивостью, устойчивостью к паразитам у растений, а также связан с механизмом начала цветения. Изучение данных транскрипционных факторов позволит больше узнать о возможностях для селекции урожайных и устойчивых к стрессам культурных растений.
Ключевые слова: абиотический стресс, засухоустойчивость, морозоустойчивость, транскрипционный фактор, гречиха посевная, хромосомное расположение.
Fagopyrum - небольшой род, включающий два культурных вида и более 25 видов дикой гречихи. Два вида, обыкновенная (посевная) гречиха (К esculentum) и татарская гречиха (К tataricum) активно культивируются и распространены по всему миру. Оба вида используются в пищу человеком и являются полезными для здоровья, подходят для людей с непереносимостью глютена, так как не содержат его. Из всех зерновых продуктов эти виды имеют наиболее сбалансированное содержание аминокислот, необходимых человеку, они содержат больше пищевых волокон, чем другие злаки, а также богаты флавоноида-ми. Гречневая крупа может быть питательным источником жирных кислот и минеральных элементов, включая селен и йод. Флавоноиды, другие фенольные вещества и селен участвуют в защите растений гречихи от ультрафиолетового излучения. Дикий вид F. Cymosum (Ме1вп.) широко распространен в Южной Азии и используется в качестве корма и источника фармацевтических препаратов. Другие дикорастущие виды рода Fagopyrum не важны для сельскохозяйственного производства, но они могут быть важным источником генов для селекции. Поэтому их обнаружение в природе и систематические исследования очень важны [1].
Одной из главных задач селекции является создание сортов сельскохозяйственных растений, устойчивых к внешним неблагоприятным факторам среды. Самые распространенные и к тому же наиболее сильно влияющие на урожайность растений абиотические факторы, такие как, стресс от засухи, заморозки и засоленность почвы ограничивают посадку культурных растений в областях с неблагоприятным климатом и качеством почв.
Использование транскриптомики, гено-мики и генного редактирования может значительно увеличить устойчивость растений к стрессам окружающей среды, что в свою очередь позволит засеивать культуры в регионах, ранее не подходящих для выращивания некоторых культурных растений из-за погодных условий, таких как, температура окружающей среды или среднегодовое количество осадков. Такой подход увеличит урожайность и площади посевов сельскохозяйственных растений на пустующих территориях, что является экономически выгодным решением.
WRKY представляют собой большое семейство факторов транскрипции, которые, по-видимому, возникли у ранних эу-кариот. В качестве факторов транскрипции WRKY участвуют в реакциях растений на биотические и абиотические стрессы путем изменения экспрессии генов мишеней.
Обычно белки WRKY содержат консервативный домен WRKY, который представляет собой ДНК-связывающую область длиной примерно в 60 аминокислот и включает консервативный мотив последовательности WRKYGQK, примыкающий к новому мотиву цинкового пальца. На сегодняшний день множество генов WRKY идентифицировано у арабидопсиса, томата, риса, пшеницы, табака и других важных для селекционеров растений. WRKY разделены на три группы в зависимости от количества доменов WRKY и типов цинк-пальцевидных мотивов [2].
Q. Lian и др. выяснили, что ShWRKY41 предположительно взаимодействовал с патоген-родственным белком, белком PR1 и MLO-подобным белком, что указывает на то, что ShWRKY41 участвует в устойчивости к болезням у дикого томата LA1777. Также уровни экспрессии у дикого томата ShWRKY41 повышались после термической (40°C), холодовой (8°C) обработки SA и ACC, но снижались после обработки JA.
J. Sun и др. в своём исследовании сообщают, что белки WRKY участвуют в индуцируемой ABA переносимости холода. Экзогенное применение ABA усиливает экспрессию четырех WRKY в плодах банана при хранении в холодильнике. Кроме того, холодовой стресс индуцирует экспрессию WRKY41 и WRKY46 в огурцах, перце (Capsicum annuum) и Пак-чое (Brassica campestris ssp. chinensis), что указывает на то, что эти два WRKY могут способствовать устойчивости к холоду. Также они обнаружили, что ABA индуцировала экспрессию WRKY41 у огурца,
оказалось, что такое взаимодействие повышает устойчивость к холодовому стрессу, что связано с увеличением содержания ABA в корнях и листьях [3].
Целью данного исследования было обнаружение WRKY41-подобных генов и определение их локализации в геноме F. esculentum.
Материалы и методы. Для проведения исследования использовалась следующая стратегия поиска генов интереса: поиск белков WRKY41 и его гомолога WRKY53 у ближайших родственников и у модельного растения arabidopsis thaliana в базах данных «NCBI protein» и «Uniprot» с последующим BLAST анализом (tblastn) к референсному геному Fagopyrum esculentum (GenBank assembly GCA_033239045.1). Для подтверждения достоверности локализации, а также для поиска наиболее полной нуклеотидной последовательности с присутствием интро-нов был проведён анализ BLAST (blastn) по нуклеотидным последовательностям генов WRKY41 других организмов к тому же референсному геному гречихи.
Результаты BLAST удовлетворяющие параметрам Query Cover > 60% и E value < 1e-29 считались достоверными.
Результаты и их обсуждение
С помощью методов биоинформатиче-ского анализа удалось обнаружить три области в геноме гречихи посевной, предположительно являющиеся генами транскрипционного фактора WRKY41 или его гомологами. На рисунке 1 визуализировано расположение этих участков в геноме гречихи посевной.
Рис. 1. Предполагаемая структура генов подобных транскрипционному фактору WRKY41 в геноме гречихи посевной. Визуализация с помощью NCBI Genome Data Viewer (GDV). А - расположение в первой хромосоме, Б - расположение во второй хромосоме, В - неполная часть гена, расположенная в шестой хромосоме. На линии последовательности синим выделены предполагаемые вставки, красным выделено отличающиеся нуклеотиды от гена организма, против которого проводился BLAST анализ
Библиографический список
1. Luthar Z. Biotechnological Methods for Buckwheat Breeding / Z. Luthar, P. Fabjan, K. Mlinaric // Plants. - 2021. - Т. 10, № 8. - С. 1547.
2. Identification and characterization of WRKY41, a gene conferring resistance to powdery mildew in wild tomato (Solanum habrochaites) LA1777 / Q. Lian, X. He, B. Zhang // International Journal of Molecular Sciences. - 2022. - Т. 23, № 3. - С. 1267.
3. WRKY41/WRKY46-miR396b-5p-TPR module mediates abscisic acid-induced cold tolerance of grafted cucumber seedlings / J. Sun, J. Chen, X. Si // Frontiers in Plant Science. - 2022. - Т. 13. - С. 1012439.
IDENTIFICATION OF A WRKY41-LIKE TRANSCRIPTION FACTOR IN BUCKWHEAT CULTIVAR
S.A. Vishnyakov, Student Volgograd State University (Russia, Volgograd)
Abstract. In this study, genes were identified in three chromosomes of buckwheat (Fagopyrum esculentum) that presumably may encode a protein of the transcription factor WRKY41 or its homologs, such as WRKY53. Many studies by foreign authors prove that this transcription factor is associated with drought tolerance, cold tolerance, parasite resistance in plants, and is also related to the mechanism of flowering initiation. The study of these transcription factors will allow us to learn more about the possibilities for breeding yield and stress-resistant cultivated plants.
Keywords: abiotic stress, drought tolerance, frost tolerance, transcription factor, buckwheat, chromosomal location.
