Клонирование гена DREB1 и создание его ДНК-маркера, дифференцирующего DREB1 мягкой пшеницы и ее дикорастущих сородичей

Клонирование гена DREB1 и создание его ДНК-маркера, дифференцирующего DREB1 мягкой пшеницы и ее дикорастущих сородичей

Автор: Почтовый А.А., Крупин П.Ю., Дивашук М.Г., Кочешкова А.А., Соколов П.А., Карлов Г.И.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Молекулярные технологии

Статья в выпуске: 3 т.53, 2018 года.

Бесплатный доступ

Ген DREB кодирует транскрипционный фактор DREB (dehydration-responsive elementbinding), участвующий в ответе растения на засуху, засоление, высокую температуру. Транскрипционные факторы DREB при абиотическом стрессе индуцируют экспрессию множества генов, связанных с зависимой и не зависимой от абсцизовой кислоты передачей сигнала. Эволюционно многие дикорастущие виды формировались в экстремальных эколого-географических условиях, поэтому могут служить источниками новых генетических вариантов DREB для селекции пшеницы на устойчивость к стрессам. Изучение ортологов DREB у дикорастущих сородичей пшеницы позволит расширить арсенал генов, используемых для ее селекционного улучшения методами отдаленной гибридизации, а разработка и использование молекулярных маркеров дадут возможность направленно переносить эти гены в геном мягкой пшеницы. Среди всего разнообразия генов, кодирующих DREB белки, наибольший интерес представляет DREB1, который связан с устойчивостью растений к различным абиотическим факторам...

Еще

Мягкая пшеница, пырей, псевдорогнерия, дазипирум, гены устойчивости, гены-ортологи, засуха, засоление, полимеразная цепная реакция, молекулярные маркеры, секвенирование

Короткий адрес: https://sciup.org/142216552

IDR: 142216552   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2018.3.499rus

Список литературы Клонирование гена DREB1 и создание его ДНК-маркера, дифференцирующего DREB1 мягкой пшеницы и ее дикорастущих сородичей

  • Chen W.J., Zhu T. Networks of transcription factors with roles in environmental stress response. Trends Plant Sci., 2004, 9(12): 591-596 ( ) DOI: 10.1016/j.tplants.2004.10.007
  • Xu Z.S., Chen M., Li L.C., Ma Y.Z. Functions of the ERF transcription factor family in plants. Botany, 2008, 86(9): 969-977 ( ) DOI: 10.1139/B08-041
  • Wang J.W., Yang F.P., Chen X.Q., Liang R.Q., Zhang L.Q., Geng D.M., Zhang X.D., Song Y.Z., Zhang G.S. Induced expression of DREB transcriptional factor and study on its physiological effects of drought tolerance in transgenic wheat. ActaGeneticaSinica, 2006, 33(5): 468-476() DOI: 10.1016/S0379-4172(06)60074-7
  • Agarwal P.K., Agarwal P., Reddy M.K., Sopory S.K. Role of DREB transcription factors in abiotic and biotic stress tolerance in plants. Plant Cell Rep., 2006, 25(12): 1263-1274 () DOI: 10.1007/s00299-006-0204-8
  • Xu Z.S., Ni Z.Y., Li Z.Y., Li L.C., Chen M., Gao D.Y., Yu X.D., Liu P., Ma Y.Z. Isolation and functional characterization of HvDREB1-a gene encoding a dehydration-responsive element binding protein in Hordeum vulgare. J. Plant Res., 2009, 122(1): 121-130 () DOI: 10.1007/s10265-008-0195-3
  • Yamaguchi-Shinozaki K., Shinozaki K. A novel cis-acting element in an Arabidopsis gene is involved in responsiveness to drought, low-temperature, or high-salt stress. The Plant Cell Online, 1994, 6(2): 251-264 () DOI: 10.1105/tpc.6.2.251
  • Magnani E., Sjölander K., Hake S. From endonucleases to transcription factors: evolution of the AP2 DNA binding domain in plants. Plant Cell, 2004, 16(9): 2265-2277 ( ) DOI: 10.1105/tpc.104.023135
  • Liu Y.,Zhao T.J.,Liu J.M.,Liu W.Q.,Liu Q.,Yan Y.B.,Zhou H.M. The conserved Ala37 in the ERF/AP2 domain is essential for binding with the DRE element and the GCC box. FEBS Lett., 2006, 580(5): 1303-1308 () DOI: 10.1016/j.febslet.2006.01.048
  • Lata C.,Prasad M. Role of DREBs in regulation of abiotic stress responses in plants. J. Exp.Bot., 2011, 62(14): 4731-4748 () DOI: 10.1093/jxb/err210
  • Stockinger E.J.,Gilmour S.J.,Thomashow M.F.Arabidopsis thaliana CBF1 encodes an AP2 domain-containing transcriptional activator that binds to the C-repeat/DRE, a cis-acting DNA regulatory element that stimulates transcription in response to low temperature and water deficit. PNASUSA, 1997, 94(3): 1035-1040 () DOI: 10.1073/pnas.94.3.1035
  • Wang S.X.,Wang Z.Y.,Peng Y.K. Dehydration responsive element binding (DREB) transcription activator and its function in plant tolerance to environmental stresses. Plant Physiology Communications, 2004, 40(1): 7-13.
  • Liu Q.,Kasuga M.,Sakuma Y.,Abe H.,Miura S.,Yamaguchi-Shinozaki K.,Shinozaki K.Two transcription factors, DREB1 and DREB2, with an EREBP/AP2 DNA binding domain separate two cellular signal transduction pathways in drought-and low-temperature-responsive gene expression, respectively, in Arabidopsis. The Plant Cell Online, 1998, 10(8): 1391-1406 () DOI: 10.1105/tpc.10.8.1391
  • Akhtar M.,Jaiswal A.,Taj G.,Jaiswal J.P.,Qureshi M.I.,Singh N.K. DREB1/CBF transcription factors: their structure, function and role in abiotic stress tolerance in plants. J.Genet., 2012, 91(3): 385-395 () DOI: 10.1007/s12041-012-0201-3
  • Kidokoro S.,Watanabe K.,Ohori T.,Moriwaki T.,Maruyama K.,Mizoi J.,Myint P.S.H.N.,Fujita Y.,Sekita S.,Shinozaki K,Yamaguchi-Shinozaki K. Soybean DREB1/CBF-type transcription factors function in heat and drought as well as cold stress-responsive gene expression. Plant J., 2015, 81(3): 505-518 () DOI: 10.1111/tpj.12746
  • Shen Y.G.,Zhang W.K.,He S.J.,Zhang J.S.,Liu Q.,Chen S.Y. An EREBP/AP2-type protein in Triticumaestivum was a DRE-binding transcription factor induced by cold, dehydration and ABA stress. Theor. Appl. Genet., 2003, 106(5): 923-930 () DOI: 10.1007/s00122-002-1131-x
  • Khan M.S. The role of DREB transcription factors in abiotic stress tolerance of plants. Biotechnol. Biotec. Eq., 2011, 25(3): 2433-2442 () DOI: 10.5504/BBEQ.2011.0072
  • Wei B.,Jing R.,Wang C.,Chen J.,Mao X.,Chang X.,Jia J. Dreb1 genes in wheat (TriticumaestivumL.): development of functional markers and gene mapping based on SNPs. Mol.Breeding, 2009, 23(1): 13-22 () DOI: 10.1007/s11032-008-9209-z
  • Chen J.,Jing R.,Yuan H.,Wei B.,Chang X. Single nucleotide polymorphism of TaDREB1gene in wheat germplasm. Scientia AgriculturaSinica, 2005, 38(12): 2387-2394.
  • Mondini L.,Nachit M.,Porceddu E.,Pagnotta M.A. Identification of SNP mutations in DREB1, HKT1, and WRKY1 genes involved in drought and salt stress tolerance in durum wheat (Triticumturgidum L. vardurum). OMICS: A Journal of Integrative Biology, 2012, 16(4): 178-187 () DOI: 10.1089/omi.2011.0081
  • Suneja Y. Physio-biochemical responses and allelic diversity for water deficit tolerance related traits in Aegilopstauschii and Triticumdicoccoides. Ph.D. Thesis. Ludhiana, India, 2014.
  • Xianjun P., Xingyong M., Weihong F., Man S., Liqin C., Alam I., Lee B.H., Dongmei Q., Shihua S., Gongshe L. Improved drought and salt tolerance of Arabidopsis thaliana by transgenic expression of a novel DREB gene from Leymuschinensis. Plant Cell Rep., 2011, 30(8):1493-502 ( ) DOI: 10.1007/s00299-011-1058-2
  • Почтовый А.А., Дивашук М.Г., Карлов Г.И. Секвенированиеианализгеновdreb1уThinopyrum, DasypyrumиElymusspicatus. Мат. XVМолодежной науч. конф. «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии». М., 2015: 35-36.
  • James V.A.,Neibaur I.,Altpeter F. Stress inducible expression of the DREB1A transcription factor from xeric, Hordeumspontaneum L. in turf and forage grass (PaspalumnotatumFlugge) enhances abiotic stress tolerance. Transgenic Res., 2008, 17(1): 93-104( ) DOI: 10.1007/s11248-007-9086-y
  • Dubouzet J.G.,Sakuma Y.,Ito Y.,Kasuga M.,Dubouzet E.G.,Miura S.,Seki M.,Shinozaki K.,Yamaguchi-Shinozaki K. OsDREB genes in rice, Oryza sativa L., encode transcription activators that function in drought-, high-salt-and cold-responsive gene expression. Plant J., 2003, 33(4): 751-763( ) DOI: 10.1046/j.1365-313X.2003.01661.x
  • Bhatnagar-Mathur P.,Devi M.J.,Reddy D.S.,Lavanya M.,Vadez V.,Serraj R.,Yamaguchi-Shinozaki K.,Sharma K.K. Stress inducible expression of At DREB1A in transgenic peanut (Arachishypogaea L.) increases transpiration efficiency under water-limiting conditions. Plant Cell, 2007, 26: 2071-2082( ) DOI: 10.1007/s00299-007-0406-8
  • Gao S.Q.,Chen M.,Xia L.Q.,Xiu H.J.,Xu Z.S.,Li L.C.,Zhao C.P.,Cheng X.G.,Ma Y.Z. A cotton (Gossypiumhirsutum)DREB-binding transcription factor gene, GhDREB, confers enhanced tolerance to drought, high salt, and freezing stresses in transgenic wheat. Plant Cell Rep., 2009, 28(2): 301-311 ( ) DOI: 10.1007/s00299-008-0623-9
  • Wang X.,Chen X.,Liu Y.,Gao H.,Wang Z.,Sun G. CkDREB gene in Caraganakorshinskii is involved in the regulation of stress response to multiple abiotic stresses as an AP2/EREBP transcription factor. Mol. Biol. Rep., 2011, 38(4): 2801-2811( ) DOI: 10.1007/s11033-010-0425-3
  • Wang R.R.-C., Jensen K.B. Wheatgrass and wildrye grasses (Triticeae). Genetic Resources, Chromosome Engineering, and Crop Improvement, 2009, 5: 48-49.
  • Wang R.R.C. Agropyron andpsathyrostachys. In: Wild crop relatives: genomic and breeding resources. Springer, Berlin, Heidelberg, 2011: 77-108 ( ) DOI: 10.1007/978-3-642-14228-4_2
  • Chen Q. Detection of alien chromatin introgression from Thinopyruminto wheat using S genomic DNA as a probe-a landmark approach for Thinopyrum genome research. Cytogenet. Genome Res., 2005, 109(1-3): 350-359 ( ) DOI: 10.1159/000082419
  • Tabaei-Aghdaei S.R.,Harrison P.,Pearce R.S. Expression of dehydration-stress-related genes in the crowns of wheatgrass species having contrasting acclimation to salt, cold and drought. Plant Cell Environ., 2000, 23(6): 561-571 ( ) DOI: 10.1046/j.1365-3040.2000.00572.x
  • Крупин П.Ю., Дивашук М.Г., Баженов М.С., Гриценко Л.А., Тараканов И.Г., Упелниек В.П., Белов В.И., Почтовый А.А., Старикова Е.В., КхуатТхиМайЛ., Климуши-наМ.В.,Давыдова А.Н., Карлов Г.И. Полиморфизмреакциипроростковпшенично-пырейныхгибридовназасоление. Сельскохозяйственнаябиология, 2013, 5: 44-53 ( ) DOI: 10.15389/agrobiology.2013.5.44rus
  • Kocheshkova A.A., Kroupin P.Yu., Bazhenov M.S., Karlov G.I., Pochtovyy A.A., Upelniek V.P.,Belov V.I., Divashuk M.G. Pre-harvest sprouting resistance and haplotype variation of ThVp-1 gene in the collection of wheat-wheatgrass hybrids. PLoS ONE, 2017, 12(11): e0188049( ) DOI: 10.1371/journal.pone.0188049
  • Крупин П.Ю., Дивашук М.Г., Белов В.И., Жемчужина А.И., Коваленко Е.Д., Упелниек В.П., Карлов Г.И. Исследование промежуточных пшенично-пырейных гибридов на устойчивость к листовой ржавчине. Сельскохозяйственная биология, 2013, 1: 68-73 ( ) DOI: 10.15389/agrobiology.2013.1.68rus
  • Salina E.A., Adonina I.G., Badaeva E.D., Kroupin P.Yu., Stasyuk A.I., Leonova I.N., Shishkina A.A., Divashuk M.G., Starikova E.V., Khuat T.M.L., Syukov V.V., Karlov G.I. AThinopyrum intermedium chromosome in bread wheat cultivars as a source of genes conferring resistance to fungal diseases.Euphytica, 2015, 204(1): 91-101( ) DOI: 10.1007/s10681-014-1344-5
  • Сибикеев С.Н., Бадаева Е.Д., Гультяева Е.И., Дружин А.Е., Шишкина А.А., Драгович А.Ю.,Крупин П.Ю., Карлов Г.И., Кхуат Т.М., Дивашук М.Г. Сравнительныйанализ 6Agi и 6Agi2 хромосомAgropyron intermedium (host) Beauvусортовилиниймягкойпшеницыспшенично-пырейнымизамещениями. Генетика, 2017, 53(3): 298-309.
  • Liu W., Danilova T.V., Rouse M.N., Bowden R.L., Friebe B., Gill B.S., Pumphrey M.O. Development and characterization of a compensating wheat -Thinopyrum intermediumRobertsonian translocation with Sr44 resistance to stem rust (Ug99). Theor. Appl. Genet., 2013, 126(5): 1167-1177( ) DOI: 10.1007/s00122-013-2044-6
  • Shen X.,Ohm H. Fusarium head blight resistance derived from Lophopyrumelongatum chromosome 7E and its augmentation with Fhb1 in wheat. Plant Breeding, 2006, 125(5): 424-429 ( ) DOI: 10.1111/j.1439-0523.2006.01274.x
  • Friebe B.,Qi L.L.,Wilson D.L.,Chang Z.J.,Seifers D.L.,Martin T.J.,Fritz A.K.,Gill B.S Wheat-Thinopyrum intermedium recombinants resistant to wheat streak mosaic virus and Triticum mosaic virus. Crop Sci., 2009, 49(4): 1221-1226 () DOI: 10.2135/cropsci2008.09.0513
  • Chen Q., Conner R.L., Laroche A., Ahmad F. Molecular cytogenetic evidence for a high level of chromosome pairing among different genomes in Triticumaestivum-Thinopyrum intermedium hybrids. Theor. Appl. Genet., 2001, 102(6): 847-852 ( ) DOI: 10.1007/s001220000496
  • De Pace C.,Vaccino P.,Cionini P.G.,Pasquini M.,Bizzarri M.,Qualset C.O.Dasypyrum. In: Wild crop relatives: genomic and breeding resources. Springer, Berlin, Heidelberg, 2011: 185-292 ( ) DOI: 10.1007/978-3-642-14228-4_4
  • Ceoloni C.,Kuzmanović L.,Gennaro A.,Forte P.,Giorgi D.,Grossi M.R.,Bitti A.Genomes, chromosomes and genes of the wheatgrass genus Thinopyrum: the value of their transfer into wheat for gains in cytogenomic knowledge and sustainable breeding. In: Genomics of Plant Genetic Resources/R. Tuberosa, A. Graner, E. Frison (eds.). Springer, Dordrecht, 2014: 333-358 ( ) DOI: 10.1007/978-94-007-7575-6_14
  • Divashuk M.G.,Khuat T.M.,Kroupin P.Y.,Kirov I.V.,Romanov D.V.,Kiseleva A.V.,Khrustaleva L.I.,Alexeev D.G.,Zelenin A.S.,Klimushina M.V.,Razumova O.V.,Karlov G.I.Variation in copy number of Ty3/gypsy centromeric retrotransposons in the genomes of Thinopyrum intermedium and its diploid progenitors. PLoS ONE, 2016, 11(4): e0154241( ) DOI: 10.1371/journal.pone.0154241
  • Bernatzky R.,Tanksley S.D. Toward a saturated linkage map in tomato based on isozyme and random cDNA sequences. Genetics, 1986, 112(1): 887-898.
  • Goujon M., McWilliam H., Li W., Valentin F., Squizzato S., Paern J., Lopez R. A new bioinformatics analysis tools framework at EMBL-EBI. Nucleic Acids Res., 2010, 38(Web Server issue):W695-W699 ( ) DOI: 10.1093/nar/gkq313
  • Artimo P.,Jonnalagedda M.,Arnold K.,Baratin D.,Csardi G.,Castro E.,Duvaud S.,Flegel V.,Fortier A.,Gasteiger E.,Grosdidier A.,Hernandez C.,Ioannidis V.,Kuznetsov D.,Liechti R.,Moretti S.,Mostaguir K.,Redaschi N.,Rossier G.,Xenarios I.,Stockinger H. ExPASy: SIB bioinformatics resource portal. Nucleic Acids Res., 2012, 40(1): W597-W603 ( ) DOI: 10.1093/nar/gks400
  • Kosugi S.,Hasebe M.,Tomita M.,Yanagawa H.Systematic identification of cell cycle-dependent yeast nucleocytoplasmic shuttling proteins by prediction of composite motifs. PNASUSA, 2009, 106(25):10171-10176 ( ) DOI: 10.1073/pnas.0900604106
  • Marchler-Bauer A.,Bo Y.,Han L.,He J.,Lanczycki C.J.,Lu S.,Gwadz M. CDD/SPARCLE: functional classification of proteins via subfamily domain architectures. Nucleic Acids Res., 2017, 45(D1): D200-D203 ( ) DOI: 10.1093/nar/gkw1129
  • Luo P.G.,Luo H.Y.,Chang Z.J.,Zhang H.Y.,Zhang M.,Ren Z.L. Characterization and chromosomal location of Pm40 in common wheat: a new gene for resistance to powdery mildew derived from Elytrigiaintermedium. Theor. Appl. Genet., 2009, 118(6): 1059-1064 ( ) DOI: 10.1007/s00122-009-0962-0
  • Filiz E., Tombuloğlu H. In silico analysis of DREB transcription factor genes and proteins in grasses. Appl.Biochem.Biotechnol., 2014, 174(4):1272-1285 ( ) DOI: 10.1007/s12010-014-1093-x
  • Allen M.D.,Yamasaki K.,Ohme-Takagi M.,Tateno M.,Suzuki M.A novel mode of DNA recognition by a b-sheet revealed by the solution structure of the GCC-box binding domain in complex with DNA. The EMBO Journal, 1998, 17(18): 5484-5496 ( ) DOI: 10.1093/emboj/17.18.5484
  • Цицин Н.В. Многолетняя пшеница. М., 1978.
  • The PLANTS Database.Режимдоступа:https://plants.usda.gov/java/.Дата обращения:01.12.2017.
  • KhuatThi Mai L.,Divashuk M.G.,Kroupin P.Y.,Nguyen A.P.,Kiseleva A.V.,Karlov G.I.Differences in ploidy level and genome constitution revealed by cytogenetic analysis of Pseudoroegneria germplasm accessions: case study. ИзвестияТСХА, 2015, 2(4): 29-35.
  • Collard B.C.Y.,Mackill D.J.Marker-assisted selection: an approach for precision plant breeding in the twenty-first century. Philos. T. Roy. Soc. B, 2008, 363(1491): 557-572 ( ) DOI: 10.1098/rstb.2007.2170
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp