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

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».