vir-nwТруды по прикладной ботанике, генетике и селекцииProceedings on applied botany, genetics and breeding2227-88342619-0982N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources10.30901/2227-8834-2022-3-9-16vir-nw-1336Research ArticleИЗУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ РАСТЕНИЙSTUDYING AND UTILIZATION OF PLANT GENETIC RESOURCESИзучение влияния транскрипционного фактора OsGATA риса на толерантность пшеницы к солевому стрессуStudying the effect of the OsGATA rice transcription factor on salt stress tolerance in wheathttps://orcid.org/0000-0003-1459-5845ВербицкаяА. А.VerbitskaiaA. A.

Вербицкая Анастасия Алексеевна - младший научный сотрудник.

119334, Москва, ул. Вавилова, 26.

Anastasiia A. Verbitskaia - Associate Researcher, Koltzov Institute of Developmental Biology, Russian Academy of Sciences.

26 Vavilova St., Moscow 119334.

timoshenko.alekseevna@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-8805-5281ЕгороваА. С.EgorovaA. S.

Егорова Анна Сергеевна - младший научный сотрудник.

119991, Москва, ул. Губкина, 3.

Anna S. Egorova - Associate Researcher, Vavilov Institute of General Genetics, Russian Academy of Sciences.

3 Gubkina St., Moscow 119991.

anna.ivanova1995@gmail.comЦарьковаЕ. А.TsarkovaE. A.

Царькова Елена Александровна - младший научный сотрудник.

119991, Москва, ул. Губкина, 3.

Elena  A. Tsarkova - Associate Researcher, Vavilov Institute of General Genetics, Russian Academy of Sciences.

3 Gubkina St., Moscow 119991.

ts.el@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5699-1339ГапоненкоА. К.GaponenkoA. K.

Гапоненко Александр Константинович - доктор биологических наук, главный научный сотрудник.

119991, Москва, ул. Губкина, 3.

Alexander K. Gaponenko - Dr. Sci. (Biology), Chief Researcher, Vavilov Institute of General Genetics, Russian Academy of Sciences.

3 Gubkina St., Moscow 119991.

akgaponenko@gmail.comИнститут биологии развития им. Н.К. Кольцова Российской академии наукРоссияKoltzov Institute of Developmental Biology, Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наукРоссияVavilov Institute of General Genetics, Russian Academy of SciencesRussian Federation2022021020221833916Copyright © Вербицкая А.А., Егорова А.С., Царькова Е.А., Гапоненко А.К., 20222022Вербицкая А.А., Егорова А.С., Царькова Е.А., Гапоненко А.К.Verbitskaia A.A., Egorova A.S., Tsarkova E.A., Gaponenko A.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://elpub.vir.nw.ru/jour/article/view/1336

В данном исследовании показана возможность использования транскрипционного фактора риса OsGATA в трансгенных линиях продуктивных сортов пшеницы для повышения их толерантности к засолению, что подтверждено физиологическими и биохимическими методами по стандартным протоколам. Растения пшеницы выращивались в условиях искусственного климата при оптимальных условиях вегетации. Для введения гена GATA в геном используемых генотипов пшеницы были использованы методы генетической трансформации. Отбор трансгенных линий проводился на селективных средах в условиях in vitro.

Результаты экспериментальной работы показали, что экспрессия гена GATA при солевом стрессе, возможно, ответственна за повышенную компартментализацию Na+ в вакуоли, что обеспечивает улучшенную солевую толерантность. В результате исследований были изучены на солеустойчивость коллекции трансгенных линий T1 Zl.01, Zl.02, Zl.03 и Ag.02 мягкой яровой пшеницы сортов ‘Злата’, ‘Эмир’ и ‘Агата’. Коллекции трансгенных линий T1, экспрессирующих ген GATA, были отобраны методом ПЦР. В условиях NaCl-засоления часть трансгенных линий показала статистически достоверное повышение устойчивости к засолению. Полученные результаты исследования заложили основу для изучения генов GATA в пшенице, для создания устойчивых к засолению линии без дефектов роста и снижения продуктивности.

This study shows the possibility of using the OsGATA rice transcription factor in transgenic lines of high-yielding wheat cultivars to increase their tolerance to salinity, which was confirmed using physiological and biochemical methods according to standard protocols. Wheat plants were grown in an artificial climate under optimal growing conditions. Genetic transformation methods were used to introduce the GATA gene into the genome of the used wheat genotypes. Transgenic lines were selected on selective media under in vitro conditions.

The results of the experimental work showed that the expression of the GATA gene under salt stress may be responsible for the increased compartmentalization of Na+ in the vacuole, which provides improved salt tolerance. As a result of the experiment, collections of T1 transgenic wheat lines from cvs. ‘Zlata’, ‘Emir’ and ‘Agata’ expressing the GATA gene were obtained and studied for salt tolerance. Lines Zl.01, Zl.02, Zl.03 and Ag.02 were selected with PCR. Under NaCl salinity conditions, some of the transgenic lines showed a statistically significant increase in salinity resistance. The results of the study laid the foundation for studying GATA genes in wheat and for producing salinity-tolerant lines without growth defects or reduced productivity.

солеустойчивостьгенная инженериятрансгенные линииGATAsalt tolerancegenetic engineeringtransgenic linesGATAИсследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 19-316-90063. Авторы благодарят рецензентов за их вклад в экспертную оценку этой работы.The study was funded by the Russian Foundation for Basic Research in the framework of Research Project No. 19-316-90063. The authors thank the reviewers for their contribution to the peer review of this work.ReferencesAn Y., Zhou Y., Han X., Shen C., Wang S., Liu C. et al. The GATA transcription factor GNC plays an important role in photosynthesis and growth in poplar. Journal of Experimental Botany. 2020;71(6):1969-1984. DOI: 10.1093/jxb/erz564An Y., Zhou Y., Han X., Shen C., Wang S., Liu C. et al. The GATA transcription factor GNC plays an important role in photosynthesis and growth in poplar. Journal of Experimental Botany. 2020;71(6):1969-1984. DOI: 10.1093/jxb/erz564Daniel-Vedele F., Caboche M. A tobacco cDNA clone encoding a GATA-1 zinc finger protein homologous to regulators of nitrogen metabolism in fungi. Molecular and General Gene­ tics. 1993;240(3):365-373. DOI: 10.1007/BF00280388Daniel-Vedele F., Caboche M. A tobacco cDNA clone encoding a GATA-1 zinc finger protein homologous to regulators of nitrogen metabolism in fungi. Molecular and General Gene­ tics. 1993;240(3):365-373. DOI: 10.1007/BF00280388Гапоненко А.К., Мишуткина Я.В., Шульга О.А., Тимошенко А.А., Спеченкова Н.А. Способ получения трансгенных растений пшеницы с использованием биобаллистики. Российская Федерация; патент № 2646108; 2018.Gaponenko A.K., Mishutkina Ya.V., Shulga O.A., Timoshenko A.A., Spechenkova N.A. Method for obtaining transgenic wheat plants using bioballistics. Russian Federation; patent number: 2646108; 2018. [in Russian]Gupta P., Nutan K.K., Sinha-Pareek S.L., Pareek A. Abiotic stresses cause differential regulation of alternative splice forms of GATA transcription factor in rice. Frontiers in Plant Science. 2017;8:1944. DOI: 10.3389/fpls.2017.01944Gupta P., Nutan K.K., Sinha-Pareek S.L., Pareek A. Abiotic stresses cause differential regulation of alternative splice forms of GATA transcription factor in rice. Frontiers in Plant Science. 2017;8:1944. DOI: 10.3389/fpls.2017.01944Liu X., Zhu X., Wei X., Lu C., Shen F., Zhang X. et al. The wheat LLM-domain-containing transcription factor TaGATA1 positively modulates host immune response to Rhizoctonia cerealis. Journal of Experimental Botany. 2020;71(1):344-355. DOI: 10.1093/jxb/erz409Liu X., Zhu X., Wei X., Lu C., Shen F., Zhang X. et al. The wheat LLM-domain-containing transcription factor TaGATA1 positively modulates host immune response to Rhizoctonia cerealis. Journal of Experimental Botany. 2020;71(1):344-355. DOI: 10.1093/jxb/erz409Lu G., Casaretto J.A., Ying S., Mahmood K., Liu F., Bi Y.M. et al. Overexpression of OsGATA12 regulates chlorophyll content, delays plant senescence and improves rice yield under high density planting. Plant Molecular Biology. 2017;94(1):215-227. DOI: 10.1007/s11103-017-0604-xLu G., Casaretto J.A., Ying S., Mahmood K., Liu F., Bi Y.M. et al. Overexpression of OsGATA12 regulates chlorophyll content, delays plant senescence and improves rice yield under high density planting. Plant Molecular Biology. 2017;94(1):215-227. DOI: 10.1007/s11103-017-0604-xМаниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Методы генетической инженерии. Молекулярное клонирование. Москва: Мир; 1984.Maniatis T. Fritsch E.F., Sambrook J. Methods of genetic engineering. Molecular cloning. Moscow: Mir; 1984. [in Russian]Nutan K.K., Singla-Pareek S.L., Pareek A. The Saltol QTL-localized transcription factor OsGATA8 plays an important role in stress tolerance and seed development in Arabidopsis and rice. Journal of Experimental Botany. 2020;71(2):684-698. DOI: 10.1093/jxb/erz368Nutan K.K., Singla-Pareek S.L., Pareek A. The Saltol QTL-localized transcription factor OsGATA8 plays an important role in stress tolerance and seed development in Arabidopsis and rice. Journal of Experimental Botany. 2020;71(2):684-698. DOI: 10.1093/jxb/erz368Ravindran P., Verma V., Stamm P., Kumar P.P. A novel RGL2– DOF6 complex contributes to primary seed dormancy in Arabidopsis thaliana by regulating a GATA transcription factor. Molecular Plant. 2017;10(10):1307-1320. DOI: 10.1016/j.molp.2017.09.004Ravindran P., Verma V., Stamm P., Kumar P.P. A novel RGL2– DOF6 complex contributes to primary seed dormancy in Arabidopsis thaliana by regulating a GATA transcription factor. Molecular Plant. 2017;10(10):1307-1320. DOI: 10.1016/j.molp.2017.09.004Reyes J.C., Muro-Pastor M.I., Florencio F.J. The GATA family of transcription factors in Arabidopsis and rice. Plant Physiology. 2004;134(4):1718-1732. DOI: 10.1104/pp.103.037788Reyes J.C., Muro-Pastor M.I., Florencio F.J. The GATA family of transcription factors in Arabidopsis and rice. Plant Physiology. 2004;134(4):1718-1732. DOI: 10.1104/pp.103.037788Seki M., Kamei A., Yamaguchi-Shinozaki K., Shinozaki K. Molecular responses to drought, salinity and frost: common and different paths for plant protection. Current Opinion in Biotechnology. 2003;14(2):194-199. DOI: 10.1016/S0958-1669(03)00030-2Seki M., Kamei A., Yamaguchi-Shinozaki K., Shinozaki K. Molecular responses to drought, salinity and frost: common and different paths for plant protection. Current Opinion in Biotechnology. 2003;14(2):194-199. DOI: 10.1016/S0958-1669(03)00030-2Verbitskaya A.A., Ivanova A.I., Shulga O.A., Schuklina O.A., Gaponenko A.K. Transformation of immature wheat germ (Triticum aestivum L.) by particle bombardment. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021;843(1):012042. DOI: 10.1088/1755-1315/843/1/012042Verbitskaya A.A., Ivanova A.I., Shulga O.A., Schuklina O.A., Gaponenko A.K. Transformation of immature wheat germ (Triticum aestivum L.) by particle bombardment. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2021;843(1):012042. DOI: 10.1088/1755-1315/843/1/012042Zhang H., Wu T., Li Z., Huang K., Kim N.E., Ma Z. et al. OsGATA16, a GATA transcription factor, confers cold tolerance by repressing OsWRKY45–1 at the seedling stage in rice. Rice. 2021;14(1):42. DOI: 10.1186/s12284-021-00485-wZhang H., Wu T., Li Z., Huang K., Kim N.E., Ma Z. et al. OsGATA16, a GATA transcription factor, confers cold tolerance by repressing OsWRKY45–1 at the seedling stage in rice. Rice. 2021;14(1):42. DOI: 10.1186/s12284-021-00485-w

The authors declare that there are no conflicts of interest present.