Изучение влияния транскрипционного фактора OsGATA риса на толерантность пшеницы к солевому стрессу

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.

1. An 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/erz564

2. Daniel-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/BF00280388

3. Гапоненко 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.

4. 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.2017.01944

5. Liu 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/erz409

6. Lu 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-x

7. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Методы генетической инженерии. Молекулярное клонирование. Москва: Мир; 1984.

8. 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/erz368

9. Ravindran 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.2017.09.004

10. Reyes 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.103.037788

11. Seki 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)00030-2

12. Verbitskaya 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: 10.1088/1755-1315/843/1/012042

13. Zhang 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