CC BY
2
ВОЗМОЖНОЕ ПРИСУТСТВИЕ САЙТА СВЯЗЫВАНИЯ СЕМЕЙСТВА ФАКТОРОВ ТРАНСКРИПЦИИ WRKY ГЕНА CAR11 У PRUNUS AVIUM
С.А. Вишняков, студент
Волгоградский государственный университет (Россия, г. Волгоград)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-5-5-80-83
Аннотация. В ходе данного исследования была идентифицирована предполагаемая последовательность участка (W-бокс) в промоторной области гена CAR11 черешни (Prunus avium). Данная область способна связываться с консервативными доменами и цинковыми пальцами белков семейства транскрипционных факторов WRKY, которые в свою очередь регулируют транскрипционную активность генов в определённых условиях. Полученные результаты позволяют предположить, что транскрипционные факторы WRKY участвуют в регуляции чувствительности клеточных мембран растений к абсцизовой кислоте путём стимуляции экспрессии генов семейства C2-domain ABA-related (CAR).
Ключевые слова: WRKY, W-бокс, засухоустойчивость, абсцизовая кислота, CAR..
Засуха - один из главных факторов, который ограничивает сельскохозяйственное производство. В условиях тенденции к изменению климата данная проблема является актуальной не только в России, но и во всём мире. Для борьбы с абиотическими стрессами растения выработали множество адаптивных стратегий, которые позволяют им реагировать на различные негативные условия окружающей среды.
Одним из механизмов адаптации растений к засухе является путь передачи сигнала абсцизовой кислоты (ABA). Абсцизовая кислота - фитогормон, который имеет первостепенное значение из-за ее реакции на стресс и участия в различных процессах роста растений, что позволяет адаптироваться к негативным условиям внешней среды. Во время засухи ABA запускает различные физиологические процессы такие как закрытие устьиц, модуляция корневой системы, организация почвенных микробных сообществ, активация транскрипционной и посттранскрипционной экспрессии генов. Кроме того, ABA постепенно увеличивает гидропроводность и стимулирует удлинение клеток корней, позволяя растениям восстанавливаться после условий с ограниченным количеством воды [1].
Понимание механизмов, с помощью которых растения реагируют на засуху через сигнальный путь абсцизовой кислоты име-
ет решающее значение для обеспечения высокой урожайности сельскохозяйственных культур и глобальной продовольственной безопасности.
Воздействие засухи на растение опосредует интенсивную выработку ABA, что приводит к изменению экспрессии генов и активации ферментов, участвующих в синтезе ABA, что, в свою очередь, способствует большему накоплению этого гормона в растении. Содержание транскрип-тов нескольких генов, участвующих в биосинтезе ABA (таких как ZEP/ABA1, AAO3, NCED3 и MCSU/LOS5/ABA3), увеличивается под воздействием ABA-зависимого или ABA-независимого пути. Этот процесс стимулируется различными факторами транскрипции, такими как MYB, NAC, ERF, bZIP, DREB/CBF и WRKY [2].
Являясь одним из крупнейших семейств транскрипционных факторов у растений, WRKY характеризуются своими консервативными доменами WRKYGQK и играют важную роль в транскрипции и регуляции генов, участвуют в росте, развитии, метаболизме растений, реакциях на стрессы окружающей среды и старении [3]. Для выполнения своей регуляторной функции по модуляции экспрессии генов WRKY специфически распознают и связываются последовательностью TTGACC/T (W-box) в промоторе его генов-мишеней.
Предполагается, что одними из генов мишеней транскрипционного фактора WRKY являются гены, кодирующие белки, связанные с синтезом и транспортировкой абсцизовой кислоты. Исходя из этого, целью данного исследования была идентификация последовательностей W-box гена, кодирующего белок, который содержит С2-домены связанные с ABA у черешни (Prunus avium). Такие белки участвуют в регуляции устойчивости растений к абиотическому стрессу, такому как стресс от высокого содержания соли и засухи по-
средством взаимодействия с абсцизовой кислотой [4].
В исследовании [5] были выявлены обязательные участки нуклеотидов W-бокса без которых WRKY не взаимодействует с промоторной областью генов мишеней. Этим участком считается последовательность из четырех нуклеотидов: TGAC. Также в этой работе были обнаружены варианты нуклеотидных замен, которые незначительно влияют на связывание белка и варианты, при которых белок не связывается вовсе (рис. 1).
Groups ID Sequence
Fully Binding ЮЗА—L GAT ATTTGACC GGA
DNA- 6 GAC TGGTGACT GACTG
DNA-7 GTC TTTTGACT CTT
MUT11T GAT ATTTGACT GGA
2LEX CGC CTTTGACC AGCGC
Partially Binding MUT6A GAT A TGACC GGA
MUT6G GAT ATGTGACC GGA
MUT6C GAT ATCTGACC GGA
MUTllG GAT ATTTGACG GGA
No Binding DNA-2 TTT CTGACG GCG
DNA-3 AGT ATGTGACA GCC
DNA-4 ACA GCCTGACA GGG
DNA-5 TCC AATTGACA GGC
MUTUA GAT ATTTGACA GGA
Рис. 1. Сравнение W-боксов [5]. Последовательности ДНК сгруппированы в зависимости от их способности связываться с белками WRKY. W-поле подчеркнуто, цветом выделены
возможные нуклеотидные замены
Материалы и методы
Поиск предполагаемых W-боксов осуществлялся с помощью программного обеспечения Unipro UGENE 50.0. Последовательность промоторного участка гена C2-DOMAIN ABA-RELATED 11 (CAR 11) Черешни (Prunus avium) была взята из открытой базы данных NCBI Gene. В качестве промоторной области, в которой производился поиск участков W-box счита-
лась последовательность от +1 до -930 нуклеотида в сторону 5" конца от исследуемого гена.
Результаты и их обсуждение
В промоторной области гена CAR 11 была обнаружена последовательность W-бокса (рис. 2), являющаяся типичной для связывания с доменами семейства транскрипционных факторов WRKY.
ТСАСTTAGGGТААСТТТСТСДТТСТТCGGTTTACATGТДАТТТССTCCATGТТААССTATGCTGAATGСТ GATCGGTTTGGTTTTTCTTTCTTGCC Т TGGGGAAC TCTGGATДАТ CTCGTGTTTGCCC TTGCAAAATGTG ТТС С AATAATGAAAAATG GATTATAGGACTAAGGGCTTTACGGTGGGTAAAAC AAG С Т CAG ATATTGGTC ATAG ТС С Т С АТАС TTG G GC TG G G Т С AG С СAG С С AG С CGAGGG CMG AG AG TTGAC TG TG TCC AAG С CAAT
GGATTTGC
СTTCTGAGACTAATAAGATAAGATTACATTGAAATTTGAAAGTССATGTCСAGСT
TTTGG G T С AAAG TATT С TATTC TAT T T TAG TAAG AC TAG TAAGACCAATAAC С T T CATAAC TTATG GAAA GAC TAGAAT GAGGAG GTTGAGTGAGGAGGTTATTTGAGGAGG TGAAATC TTAC CAT CAACAAC AAAAAAT AAAG С AC AT GGGGGG G TG С ATT G GGGGG ТССAC AC С С С T T T TGATG G TG AG ATGGG С С T СС ТС AAATAAA СТС С ТСAAATAG САТСС ТС ATTATAGAAGC T CCC С ATAAC T TAAT CCC AAAAG TAAT CATTTTACTTTCT
TTTTTTTCAT С T T TTC TGGTGCACGTGCAACGG TGCAATTGTGGATCGTTC AC AT GGAAATCTCCGTTGA TTG G G СAG G CAC С CAAG AAAAAAT TAAG ТТТACATTTACС СAC TCACCG AC CATG TG CAGCACC AC AG T T TTAATTTG T T TTG TTTTTTAAAGAAAAAGAATTAG AAT TAT TAAAG AAAG AAGAAAGAAAAAG AATTAT T AAAG ATAG G G TAAGGCAAACATTCCACGATGTGGGCAGTC AGAGTCAGC TC G GAC С С CACTACT
Рис. 2. Промоторная область C2-DOMAIN ABA-RELATED 11 в направлении от 5" к 3". Оранжевым цветом выделена типичная последовательность W-бокса. Синим цветом выделена последовательность, схожая с W-боксом
транскрипционных факторов WRKY. Это означает, что белки WRKY регулируют чувствительность клеток растений к ABA при абиотических стрессах.
Обнаруженная последовательность W-box у гена CAR 11 может свидетельствовать о том, что гены, кодирующие белки семейства C2-domain ABA-related (CAR) являются генами-мишенями для семейства
Библиографический список
1. Muhammad A.M., Waseem M., Jakada B.H. Mechanisms of abscisic acid-mediated drought stress responses in plants // International journal of molecular sciences. - 2022. - Т. 23, № 3. - С. 1084.
2. Liu X., Li X., Yang H. Genome-wide characterization and expression profiling of ABA biosynthesis genes in a desert moss Syntrichia caninervis // Plants. - 2023. - Т. 12, № 5. -С. 1114.
3. Wang C.T., Ru J.N., Liu Y.W. The maize WRKY transcription factor ZmWRKY40 confers drought resistance in transgenic Arabidopsis // International journal of molecular sciences. -2018. - Т. 19, № 9. - С. 2580.
4. You C., Li C., Ma M. A C2-domain abscisic acid-related gene, IbCAR1, positively enhances salt tolerance in sweet potato (Ipomoea batatas (L.) lam.) // International Journal of Molecular Sciences. - 2022. - Т. 23, № 17. - С. 9680.
5. Cheng X., Zhao Y., Jiang Q. Structural basis of dimerization and dual W-box DNA recognition by rice WRKY domain //Nucleic Acids Research. - 2019. - Т. 47, № 8. - С. 4308-4318.
POSSIBLE PRESENCE OF THE WRKY TRANSCRIPTION FACTOR FAMILY BINDING SITE IN THE CAR11 GENE OF PRUNUS AVIUM
S.A Vishnyakov, Student Volgograd State University (Russia, Volgograd)
Abstract. In this study, the putative sequence of the site (W-box) in the promoter region of the cherry CAR11 gene (Prunus avium) was identified. This region is able to bind to conservative domains and zinc fingers ofproteins of the WRKY family of transcription factors, which in turn regulate the transcriptional activity of genes under certain conditions. The obtained results suggest that WRKY transcription factors are involved in regulating the sensitivity ofplant cell membranes to abscisic acid by stimulating the expression of genes of the C2-domain ABA-related (CAR) family.
Keywords: WRKY, W-box, drought tolerance, Abscisic acid, CAR.
