Preview

Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции

Расширенный поиск

Влияние солевого стресса на растения Nicotiana tabacum L. дикого типа и трансформированных геном холиноксидазы (codA)

https://doi.org/10.30901/2227-8834-2022-1-86-94

Полный текст:

Аннотация

Актуальность. Засоление почв является одним из факторов, ограничивающих рост и продуктивность растений. Площади засоленных территорий ежегодно увеличиваются, поэтому актуально исследование механизмов устойчивости растений к солевому стрессу.
Материал и методы. Для повышения устойчивости к засолению почвы в геном табака (Nicotiana tabacum L.) был введен бактериальный ген холиноксидазы codА из Arthrobacter globiformis (Conn) Conn & Dimmick. Растения дикого типа (сорт ‘Самсун’) и трансгенной линии Сod 38 выращивали в условиях солевого стресса, вызванного хлоридом натрия в концентрации 150 мМ. О солеустойчивости сравниваемых генотипов судили по ростовым показателям и способности сохранять пул фотосинтетических пигментов. Для оценки чувствительности растений к солевому стрессу проведены биохимические тесты, отражающие интенсивность перекисных процессов и активность антиоксидантных ферментов.
Результаты. У трансформантов на фоне солевого стресса показатели выживаемости и биометрические характеристики были существенно выше, чем у растений дикого типа, что, очевидно, обеспечивалось экспрессией гетерологичной вставки и функционированием глицинбетаина. Особенностями подвергнутых солевому стрессу трансгенных растений также являлись способность к эффективному поддержанию уровня фотосинтетических пигментов и уменьшенное содержание в листьях малонового диальдегида, что свидетельствует о низкой интенсивности перекисного окисления липидов при засолении и может объясняться функционированием эндогенного глицинбетаина, как соединения с полифункциональным действием.
Заключение. Показано, что трансформация растений бактериальным геном холиноксидазы с последующим накоплением белкового продукта гена codА – глицинбетаина, даже в минимальном количестве, сопровождалась положительными эффектами на растения табака в условиях солевого стресса.

Об авторах

И. Г. Широких
Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого; Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН
Россия

Ирина Геннадьевна Широких, доктор биологических наук, зав. лабораторией

610007, Киров, ул. Ленина, 166а

167982, Республика Коми, Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28



С. Ю. Огородникова
Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого
Россия

Светлана Юрьевна Огородникова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

167982, Республика Коми, Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28



Я. И. Назарова
Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого
Россия

Янина Иордановна Назарова, кандидат биологических наук, научный сотрудник

610007, Киров, ул. Ленина, 166а



О. Н. Шуплецова
Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого
Россия

Ольга Наумовна Шуплецова, доктор биологических наук, старший научный сотрудник

610007, Киров, ул. Ленина, 166а



Список литературы

1. Beauchamp C., Fridovich I. Superoxide dismutase: Improved assays and an assay applicable to acrylamide gels. Analytical Biochemistry. 1971;44(1):276-287. DOI: 10.1016/0003-2697(71)90370-8

2. Blokhina O., Virolainen E., Fagerstedt K.V. Antioxidants, oxidative damage and oxygen deprivation stress: a review. Annals of Botany. 2003;91(2):179-194. DOI: 10.1093/aob/mcf118

3. Butcher K., Wick A.F., DeSutter T., Chatterjee A., Harmon J. Soil salinity: a threat to global food security. Agronomy Journal. 2016;108(6):2189-2200. DOI: 10.2134/agronj2016.06.0368

4. Chen T.H.H., Murata N. Glycinebetaine protects plants against abiotic stress: mechanisms and biotechnological applications. Plant Cell and Environment. 2011;34(1):1-20. DOI: 10.1111/j.1365-3040.2010.02232.x

5. Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.П. Методы биохимического исследования растений / под. ред. А.И. Ермакова. Ленинград: Агропромиздат; 1987.

6. Goel D., Singh A.K., Yadav V., Babbar S.B., Murata N., Bansal K.C. Transformation of tomato with a bacterial codA gene enhances tolerance to salt and water stresses. Journal of Plant Physiology. 2011;168(11):1286-1294. DOI: 10.1016/j.jplph.2011.01.010

7. Kathuria H., Giri J., Nataraja K.N., Murata N., Udayakumar M., Tyagi A.K. Glycinebetaine-induced water-stress tole rance in codA-expressing transgenic indica rice is associated with up-regulation of several stress responsive genes. Plant Biotechnology Journal. 2009;7(6):512-526. DOI: 10.1111/j.1467-7652.2009.00420.x

8. Kolupaev Y.E., Karpets Y.V., Kabashnikova L.F. Antioxidative system of plants: cellular compartmentalization, protective and signaling functions, mechanisms of regulation (review). Applied Biochemistry and Microbiology. 2019;55(5):441-459. DOI: 10.1134/S0003683819050089

9. Лян К., Чжан С.Я., Ло И., Ван Г.П., Цзо Ц., Ван В. Сверхнакопление глицинбетаина у пшеницы ослабляет вредное действие солевого стресса. Физиология растений. 2009;56(3):410-417.

10. Лукаткин А.С., Голованова В.С. Интенсивность перекисного окисления липидов в охлажденных листьях теплолюбивых растений. Физиология растений. 1988;35(4):773-780.

11. Mansour M.M.F., Ali E.F. Glycinebetaine in saline conditions: an assessment of the current state of knowledge. Acta Physiologiae Plantarum. 2017;39(2):56. DOI: 10.1007/s11738-017-2357-1

12. Маслова Т.Г., Попова И.А., Попова О.Ф. Критическая оценка спектрофотометрического метода количественного определения каротиноидов. Физиология растений. 1986;33(6):615-619.

13. Munns R. Comparative physiology of salt and water stress. Plant Cell and Environment. 2002;25(2):239-250. DOI: 10.1046/j.0016-8025.2001.00808.x

14. Munns R., Tester M. Mechanisms of salinity tolerance. Annual Review of Plant Biology. 2008;59(1):651-681. DOI: 10.1146/annurev.arplant.59.032607.092911

15. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473-497. DOI: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x

16. Negrão S., Schmöckel S.M., Tester M. Evaluating physiological responses of plants to salinity stress. Annals of Botany. 2017;119(1):1-11. DOI: 10.1093/aob/mcw191

17. Р 4.1.1672-03. Руководство по методам контроля качества и безопасности биологически активных добавок к пище. Москва: Министерство здравоохранения РФ; 2003. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200034795?section=text [дата обращения: 14.09.2021].

18. Rajasekaran L.R., Kriedemann P.E., Aspinall D., Paleg L.G. Physiological significance of proline and glycinebetaine: Maintaining photosynthesis during NaCl stress in wheat. Photosynthetica. 1997;33(13):357-366. DOI: 10.1023/A:1006855816437

19. Robinson S.P., Jones G.P. Accumulation of glycinebetaine in chloroplasts provides osmotic adjustments during salt stress. Australian Journal of Plant Physiology. 1986;13(5):659-668. DOI: 10.1071/PP9860659

20. Shahid S.A., Zaman M., Heng L. Soil salinity: Historical perspectives and a world overview of the problem. In: Guideline for salinity assessment, mitigation and adaptation using nuclear and related techniques. Cham: Springer; 2018. р.43-53. DOI: 10.1007/978-3-319-96190-3_2

21. Шлык А.А. Определение хлорофиллов и каротиноидов в экстрактах зеленых листьев. В кн. Биохимические методы в физиологии растений. Москва: Наука; 1971. C.154-170.

22. Wang W., Vinocur B., Altman A. Plant responses to drought, salinity and extreme temperatures: towards genetic engineering for stress tolerance. Planta. 2003;218(1):1-14. DOI: 10.1007/s00425-003-1105-5

23. Wei D., Zhang W., Wang C., Meng Q., Li G., Chen T.H.H. et al. Genetic engineering of the biosynthesis of glycinebetaine leads to alleviate salt-induced potassium efflux and enhances salt tolerance in tomato plants. Plant Science. 2017;257:74-83. DOI: 10.1016/j.plantsci.2017.01.012

24. Wicke B., Smeets E., Dornburg V., Vashev B., Gaiser T., Turkenburg W. et al. The global technical and economic potential of bioenergy from salt-affected soils. Energy and Environmental Science. 2011;4(8):2669-2681. DOI: 10.1039/C1EE01029H

25. Young A.J. The photoprotective role of carotenoids in higher plants. Physiologia Plantarum. 1991;83(4):702-708. DOI: 10.1111/j.1399-3054.1991.tb02490.x


Рецензия

Для цитирования:


Широких И.Г., Огородникова С.Ю., Назарова Я.И., Шуплецова О.Н. Влияние солевого стресса на растения Nicotiana tabacum L. дикого типа и трансформированных геном холиноксидазы (codA). Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2022;183(1):86-94. https://doi.org/10.30901/2227-8834-2022-1-86-94

For citation:


Shirokikh I.G., Ogorodnikova S.Yu., Nazarova Y.I., Shupletsova O.N. Effect of salt stress on plants of wild-type Nicotiana tabacum L. and transformants with a choline oxidase (codA) gene. Proceedings on applied botany, genetics and breeding. 2022;183(1):86-94. (In Russ.) https://doi.org/10.30901/2227-8834-2022-1-86-94

Просмотров: 86


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-8834 (Print)
ISSN 2619-0982 (Online)