Гены фитоинсинтаз (StPSY1, StPSY2, StPSY3) Solanum tuberosum L. участвуют в ответе растений картофеля на холодовой стресс

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Охарактеризована структура и филогения генов StPSY1, StPSY2 и StPSY3, кодирующих фитоинсинтазы Solanum tuberosum L. Исследована экспрессия данных генов в проростках картофеля в ответ на воздействие холодового стресса в темновой фазе суточного цикла как имитации ночного похолодания. Выявлено, что все три гена активируются при снижении температуры, и наибольшая реакция наблюдается для StPSY1. Впервые показана реакция гена StPSY3 на холодовой стресс и фотопериод. Проведен поиск цис-регуляторных элементов в области промотора и 5´-UTR генов StPSY и показано, что регуляция всех трех генов связана с реакцией на свет. Высокий уровень низкотемпературной активации гена StPSY1 может быть связан с присутствием цис-элементов, ассоциированных с чувствительностью к холоду и АБК.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Кулакова

ФГУ “Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук”

Автор, ответственный за переписку.
Email: kulakova_97@mail.ru
Россия, Москва

А. В. Щенникова

ФГУ “Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук”

Email: kulakova_97@mail.ru
Россия, Москва

Е. З. Кочиева

ФГУ “Федеральный исследовательский центр “Фундаментальные основы биотехнологии” Российской академии наук”

Email: kulakova_97@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Stra A., Almarwaey L. O., Alagoz Y., et al. Carotenoid Metabolism: New Insights and Synthetic Approaches // Front. Plant Sci. 2023. V. 13. P. 1072061.
  2. Shumskaya M., Bradbury L. M.T., Monaco R. R., et al. Plastid Localization of the Key Carotenoid Enzyme Phytoene Synthase is Altered by Isozyme, Allelic Variation, and Activity[W] // Plant Cell. 2012. V. 24(9). P. 3725–3741.
  3. Stauder R., Welsch R., Camagna M., et al. Strigolactone Levels in Dicot Roots are Determined by an Ancestral Symbiosis-regulated Clade of the PHYTOENE SYNTHASE Gene Family // Front. Plant Sci. 2018. V. 9. P. 255.
  4. Bartley G.E., Viitanen P.V., Bacot K.O., et al. A Tomato Gene Expressed During Fruit Ripening Encodes an Enzyme of the Carotenoid Biosynthesis Pathway // J. Biol. Chem. 1992. V. 267(8). P. 5036–5039.
  5. Bartley G.E., Scolnik P.A. cDNA Cloning, Expression During Development, and Genome Mapping of PSY2, a Second Tomato Gene Encoding Phytoene Synthase // J. Biol. Chem. 1993. V. 268(34). P. 25718–25721.
  6. Li F.Q., Vallabhaneni R., Wurtzel E.T. PSY3, a New Member of the Phytoene Synthase Gene Family Conserved in the Poaceae and Regulator of Abiotic Stress-induced Root Carotenogenesis // Plant Physiol. 2008. V. 146(3). P. 1333–1345.
  7. Welsch R., Wust F., Bar C., et al. A Third Phytoene Synthase is Devoted to Abiotic Stress-induced Abscisic Acid Formation in Rice and Defines Functional Diversification of Phytoene Synthase Genes // Plant Physiol. 2008. V. 147(1). P. 367–380.
  8. Li F., Vallabhaneni R., Yu J., Rocheford T., et al. The Maize Phytoene Synthase Gene Family: Overlapping Roles for Carotenogenesis in Endosperm, Photomorphogenesis, and Thermal Stress Tolerance // Plant Physiol. 2008. V. 147(3). P. 1334–1346.
  9. Fantini E., Falcone G., Frusciante S., et al. Dissection of Tomato Lycopene Biosynthesis through Virus-induced Gene Silencing // Plant Physiol. 2013. V. 163(2). P. 986–998.
  10. Lisboa M.P., Canal D., Filgueiras J.P.C., et al. Molecular Evolution and Diversification of Phytoene Synthase (PSY) Gene Family // Genetics and Molecular Biology. 2022. V. 45(4). P. e20210411.
  11. Valcarcel J., Reilly K., Gaffney M., et al. Levels of Potential Bioactive Compounds Including Carotenoids, Vitamin C and Phenolic Compounds, and Expression of Their Cognate Biosynthetic Genes Vary Significantly in Different Varieties of Potato (Solanum tuberosum L.) Grown Under Uniform Cultural Conditions // J. Sci. Food Agric. 2016. V. 96(3). P. 1018–1026.
  12. Кулакова А.В., Щенникова А.В., Кочиева Е.З. Экспрессия генов биогенеза каротиноидов в процессе длительного холодового хранения клубней картофеля // Генетика. 2023. Т. 59(8). С. 914–928.
  13. Giorio G., Stigliani A.L., D'Ambrosio C. Phytoene Synthase Genes in Tomato (Solanum lycopersicum L.): New Data on the Structures, the Deduced Amino Acid Sequences and the Expression Patterns // FEBS Letters. 2008. V. 275. P. 527–535.
  14. Ryczek N., Łyś A., Makałowska I. The Functional Meaning of 5'UTR in Protein-coding Genes // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24(3). P. 2976.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. а – Сравнительное выравнивание аминокислотных последовательностей StPSY1, StPSY2 и StPSY3. Сплошной линией подчеркнут фитоинсинтазный домен PLN02632, прерывистой – начало домена у StPSY3 (NCBI_CDD, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/). В рамки взяты предположительные сайты отщепления транзитного пептида. Синим цветом выделены аминокислоты, вариабельные между тремя белками, красным – консервативные у двух белков из трех. б – Филогенетическая дендрограмма, построенная при сравнении 13 аминокислотных последовательностей с использованием метода максимального правдоподобия (Maximum Likelihood, модель JTT, бутстрэп 1000) в программе MEGA7 (https://www.megasoftware.net/). Длина ветвей измеряется количеством замен на сайт, в основании ветвей указан процент деревьев, на которых связанные таксоны сгруппированы вместе. Для анализа использованы последовательности гомологов фитоинсинтаз PSY1, PSY2 и PSY3 представителей Пасленовых – S. tuberosum (St), S. lycopersicum (Sl), Capsicum annuum (Ca), а также модельного вида Двудольных – A. thaliana (At). Номера доступа в NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/) или SolGenomics (https://www.solgenomics.net/) приведены рядом с названием анализируемых белков.

Скачать (701KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Уровень экспрессии генов StPSY1 (NCBI Gene ID 102593756), StPSY2 (102589336) и StPSY3 (102603193) в листовой ткани контрольных (1) и опытных (2) проростков [0 ч 23°С (‘0’); 6 ч темновой фазы, 23°С/3°С (‘6’); 4 ч световой фазы 23°С (‘12’)] образцов картофеля сорта Леди Клэр. Дневной и ночной периоды обозначены под графиками белым и серым боксами соответственно. Праймеры: PSY1 (5´-catgctcgatggtgctttgtc-3´ и 5´-gacttcctcaagtccatacgca-3´); PSY2 (5´-aactgagctctgctagtagatg-3´ и 5´-gcactagagatcttgcataagca-3´); PSY3 (5´-gcctagtttagccattcaatagac-3´ и 5´-gcctagagttgatcgaacgattc-3´). Данные нормализованы по двум референсным генам: ef11 (LOC102600998; 5´-attggaaacggatatgctcca-3´ и 5´-tccttacctgaacgcctgtca-3´) и SEC3A (LOC102599118; 5´-gcttgcacacgccatatcaat-3´ и 5´-tggattttaccaccttccgca-3´). Статистическая обработка (one-way ANOVA; “multiple comparisons, corrected with Bonferroni test”) проведена с помощью GraphPad Prism v. 8 (GraphPad Software Inc., США) на основе двух биологических и трех технических повторов (p < 0.05 для значимых различий); в таблице (справа) красным выделены p-value для незначимых различий.

Скачать (409KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024