Функциональные свойства и биологическая роль онкогена rolB/C из природно-трансгенного сельскохозяйственного растения сладкого картофеля

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-24-00082

НазваниеФункциональные свойства и биологическая роль онкогена rolB/C из природно-трансгенного сельскохозяйственного растения сладкого картофеля

Руководитель Шкрыль Юрий Николаевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный научный центр Биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии» Дальневосточного отделения Российской академии наук , Приморский край

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-206 - Физиология и биохимия растений

Ключевые слова природно-трансгенные растения, геномное редактирование, растительные онкогены

Код ГРНТИ34.15.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Agrobacterium rhizogenes и Agrobacterium tumefaciens являются растительными патогенными бактериями, способными переносить фрагменты своей плазмидной ДНК (Т-ДНК), несущие функциональные гены, в геном растения-хозяина. Этот естественный механизм широко используется в биотехнологии в первую очередь для получения генетически-модифицированных (ГМ) сортов растений, а также для трансформации клеток грибов, насекомых и микроводорослей. Несмотря на то, что технология агробактериальной трансформации известна уже более 30 лет, в мире не утихает дискуссия по поводу токсикологической, этической и экологической безопасности использования ГМ продуктов питания. Удивительно, что практически сразу после выявления способности агробактерий к переносу Т-ДНК, ее функциональные участки были выявлены у нетрансформированных растений рода Nicotiana. Фрагменты T-ДНК агробактерий, обнаруженные в нетрансформированных организмах получили название клеточных Т-ДНК (клТ-ДНК). В настоящее время известно уже более 10 видов табака, несущих в своем геноме участки клТ-ДНК, как относящихся к онкогенам семейства plast (напр. rolB и rolC), так и нет. Позже российские ученые выявили наличие клТ-ДНК в растениях рода Linaria, который стал вторым описанным в литературе случаем горизонтального переноса генов между бактерий и растением. Наиболее значимым открытием в данной области стала идентификация той же группой исследователей сразу 41 вида растений в аннотированных геномах которых были обнаружены функциональные участки клТ-ДНК агробактерий. В 2015 году фрагменты клТ-ДНК были обнаружены в геноме культивируемого сладкого картофеля (Ipomoea batatas [L.] Lam.). Выявление клТ-ДНК в батате представляет особую значимость, как для исследований горизонтального переноса генов, так и биотехнологии ГМ-сортов, поскольку это природно-трансгенное растение является традиционной пищевой культурой в Африке, Центральной и Южной Америке, Китае, употребляемой в пищу миллионами людей ежегодно. Мы предполагаем, что всестороннее изучение молекулярно-биологических и функциональных свойств онкоген клТ-ДНК сладкого картофеля имеет не только важнейшее значение для понимания фундаментальных принципов горизонтального переноса генов, но и может повлиять на нынешнее недоверие потребителей к безопасности трансгенных пищевых растений. Проект направлен на исследование обнаруженного в сладком картофеле нового представителя семейства plast – гена rolB/С. Уже известно, что такие онкогены как tmr, tms, 6a, 6b, rolB и rolC вызывают плейотропные эффекты в трансформированных ими клетках растений. Изменения включают модуляцию первичного и вторичного метаболизма, клеточного цикла и другие. Несмотря на довольно длительную историю изучения функции plast генов в настоящее время достаточно хорошо изученными можно считать только гены tmr и tms, регулирующие синтез растительных гормонов. Долгое время "гормональная" теория главенствовала и в отношении генов rolB, rolC, 6a и 6b. Однако данные последних лет указывают, что молекулярный механизм действия этих онкогенов более сложный и затрагивает разные уровни функционирования растительных клеток. Одним из обнаруженных нами эффектов генов rol является изменение в процессах генерации и детоксификации активных форм кислорода (АФК). Однако сведения о похожем механизме функционирования других генов семейства plast, в т.ч. rolB/C в литературе отсутствуют. Известно, что АФК в растительных клетках выполняют не только роль защитных молекул, но и служат вторичными мессенджерами, влияющими на многие клеточные процессы посредством регуляции транскрипции. Мы предполагаем, что множественность вызываемых онкогенами агробактерий эффектов может быть в значительной степени обусловлена именно воздействием на метаболизм АФК, которые в свою очередь модулируют другие сигнальные пути. Исследование механизма индуцированного новым онкогеном rolB/C изменения метаболизма АФК представляется весьма важной и актуальной задачей. С одной стороны этот вопрос имеет фундаментальный смысл для понимания функции plast генов (в т.ч. возможную общность в регуляции сигнальных механизмов с онкогенами животных) и взаимодействия растений с патогенами. Результаты работы могут так же иметь и прикладное значение в качестве базы для получения растений устойчивых к патогенам или неблагоприятным факторам внешней среды.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Шкрыль Ю.Н., Югай Ю.А., Васюткина Е.А., Чухломина Е.Н., Русапетова Т.В., Булгаков В.П. The RolB/RolC homolog from sweet potato promotes early flowering and triggers premature leaf senescence in transgenic Arabidopsis thaliana plants Plant Physiology and Biochemistry, Vol.193, P. 50–60 (год публикации - 2022)
10.1016/j.plaphy.2022.10.018

2. Васюткина Е.А., Югай Ю.А., Григорчук В.П., Грищенко О.В., Сорокина М.Р., Ярошенко Ю.Л., Кудинова О.Д., Стёпочкина В.Д., Булгаков В.П., Шкрыль Ю.Н. Effect of Stress Signals and Ib-rolB/C Overexpression on Secondary Metabolite Biosynthesis in Cell Cultures of Ipomoea batatas International Journal of Molecular Sciences, Vol. 23, Article No. 15100 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms232315100

3. Югай Ю.А., Грищенко О.В., Васюткина Е.А., Григорчук В.П., Чухломина Е.Н., Цыденешиева Ж.Л., Кудинова О.Д., Ярошенко Ю.Л., Дегтяренко А.И., Субботин Е.П., Булгаков В.П., Кульчин Ю.Н., Шкрыль Ю.Н. Влияние регуляторов роста и различных спектров монохроматического излучения на ростовые и биосинтетические характеристики каллусной культуры Ipomoea batatas (L.) Lam. Физиология растений, Т. 70 (год публикации - 2023)
10.31857/S0015330323600808

4. Веремейчик Г.Н., Шкрыль Ю.Н., Русапетова Т.В., Силантьева С.А., Григорчук В.П., Веланский П.В., Бродовская Е.В., Коннова Ю.А., Хопта А.А., Булгаков Д.В., Булгаков В.П. Overexpression of the A4‑rolB gene from the pRiA4 of Rhizobium rhizogenes modulates hormones homeostasis and leads to an increase of flavonoid accumulation and drought tolerance in Arabidopsis thaliana transgenic plants Planta, Vol. 256, Article No. 8 (год публикации - 2022)
10.1007/s00425-022-03927-x

Публикации