Хромосомная локализация некоторых генов, ассоциированных с засухоустойчивостью у груши обыкновенной

Бесплатный доступ

В ходе данного исследования в двенадцати из семнадцати хромосом груши обыкновенной было идентифицировано 11 генов, ассоциированных с засухоустойчивостью. Последовательности генов NADP-ME1, NADP-ME2, WRKY33, MYB46, MYB-124, NAC6 в анализируемом геноме встречались более одного раза. Проведённый анализ хромосомного расположения данных последовательностей позволит в дальнейшем изучить механизмы молекулярной эволюции генов, ассоциированных с засухоустойчивостью у плодовых растений.

Засухоустойчивость, транскрипционный фактор, груша обыкновенная, хромосомное расположение, абиотический стресс

Короткий адрес: https://sciup.org/170205439

IDR: 170205439   |   DOI: 10.24412/2500-1000-2024-6-2-9-11

Текст научной статьи Хромосомная локализация некоторых генов, ассоциированных с засухоустойчивостью у груши обыкновенной

Засуха является основным абиотическим стрессом растений, постоянное проявление засухи отрицательно влияет на роста и развитие растений и критичнее всего сказывается на урожайности сельскохозяйственных культур. Из-за засухи приходится большее количество потенциальных потерь урожая во всем мире. В связи с перспективой глобального изменения климата возможны более частые и суровые экстремальные погодные явления, сопровождающиеся общим повышение температуры. Следовательно, ожидается, что проблема дефицита воды будет ухудшаться, и его влияние на физиологический статус и продуктивность агрономически важных растений станет еще более актуальным в течение следующих нескольких десятилетий.

Молекулярная селекция растений и генная трансформация являются важными способами повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к абиотическому стрессу. В связи с этим присутствует необходимость в изучении механизмов регуляции стресса у высших растений на транскрипционном уровне путём функционального анализа многочисленных генов, связанных с толерантностью к абиотическому стрессу [1].

Груша (Pyrus communis) является одной из важнейших плодовых культур. Её пло- ды употребляют в пищу во всем мире как в свежем, так и в переработанном виде, например, в виде пюре, джемов, сухофруктов и т.д. Существует большое разнообразие сортов груши, поскольку она коммерчески выращивается в многих странах по всему миру. В России, в соответствии с указом Президента Российской Федерации от 21.01.2020 г. № 20, груша входит в перечень видов сельскохозяйственных культур, выращивание которых направлено на обеспечение продовольственной безопасности РФ.

Целью данного исследования являлась идентификация на хромосомном уровне одиннадцати генов, которые предположительно могут быть связаны с засухоустойчивостью у груши обыкновенной (Pyrus communis).

Материалы и методы

Для проведения исследования использовалась следующая стратегия поиска генов интереса: поиск уже аннотированных генов у груши в базе данных NCBI Gene – поиск остальных исследуемых генов у ближайших родственников и у модельного растения arabidopsis thaliana с последующим BLAST анализом к референсному геному Pyrus communis (GenBank assembly GCA_037177615.1).

Результаты BLAST удовлетворяющие параметрам Query Cover > 50% и E.Value < 2e-20 считались достоверно верными.

Отображение результатов исследования осуществлялось с помощью программного пакета для визуализации геномных данных Circos в среде Linux (Ubuntu).

Результаты и их обсуждение

В ходе исследования был составлен список генов, ассоциированных с засухоустойчивостью у высших растений по литературным источникам [2, 3]. В следующей таблице представлен перечень генов и их краткое описание.

Таблица. Гены засухоустойчивости.

Гены, ассоциированные с засухоустойчивостью

Краткое описание

1

ABF4

Повышает засухоустойчивость растений и улучшает урожайность

2

SlGRAS4

Повышает чувствительность устьиц к ABA, ограничивая потерю воды

3

AVP1

Влияет на рост корней вследствие влияния стресса от засухи

4

NADP-Me1

Влияет на проводимость устьиц и эффективность водопользования

5

NADP-Me2

Влияет на проводимость устьиц и эффективность водопользования

6

MYB46

Усиливает вторичный биосинтез клеточной стенки и отложение лигнина путем связывания с промоторами генов, связанных с лигнином. Это также повышает устойчивость к осмотическому стрессу за счет прямой активации сигналов реакции на стресс.

7

MYB124

MYB124 регулируют развитие корневой ксилемы и контролируют накопление целлюлозы и лигнина путем прямого связывания с промоторами DVND6 и MYB46

8

WRKY17

Модулирует сигнальный путь ABA и запускает выработку АФК в клетках растений

9

WRKY33

Модулирует сигнальный путь ABA и запускает выработку АФК в клетках растений

10

NAC6

Растения с повышенной экспрессией NAC6 демонстрируют повышенную устойчивость к засухе, но также проявляют негативные эффекты, такие как задержка роста и снижение урожайности

11

CBF

Фактор связывания С-повторов

Исследуемые гены были обнаружены в двенадцати из семнадцати хромосом, их предполагаемое расположение изображено на рисунке.

Рис. Хромосомное расположение генов, ассоциированных с засухоустойчивостью, в геноме груши обыкновенной

Последовательности всех генов, за исключением CBF1, повторяются более чем один раз. Дупликация этих генов в геноме груши может свидетельствовать об их исключительной важности для обеспечения нормальной жизнедеятельности растения Поэтому в процессе эволюции образовались копии с целью защиты от критических мутаций.

Список литературы Хромосомная локализация некоторых генов, ассоциированных с засухоустойчивостью у груши обыкновенной

  • De novo transcriptome sequencing and analysis of salt-, alkali-, and drought-responsive genes in Sophora alopecuroides / F. Yan, Y. Zhu, Y. Zhao // BMC genomics. - 2020. - Т. 21. - С. 1-15.
  • Drought stress tolerance in vegetables: the functional role of structural features, key gene pathways, and exogenous hormones / K. Abbas, J. Li, B. Gong, Y. Lu // International Journal of Molecular Sciences. - 2023. - Т. 24, № 18. - С. 13876.
  • Гены транскрипционных факторов, задействованных в ответе растений на абиотические стрессовые факторы / Е.А. Заикина, С.Д. Румянцев, Е.Р. Сарварова // Экологическая генетика. - 2019. - Т. 17, № 3. - С. 47-58.
Статья научная