Локализация генов транскрипционных факторов WRKY у груши обыкновенной и разработка праймеров in silico
Автор: Вишняков С.А.
Журнал: Международный журнал гуманитарных и естественных наук @intjournal
Рубрика: Биологические науки
Статья в выпуске: 4-4 (91), 2024 года.
Бесплатный доступ
В ходе данного исследования были идентифицированы гены транскрипционных факторов WRKY57, WRKY32, WRKY3 в геноме груши обыкновенной. Также были разработаны наборы праймеров для анализа ПЦР в реальном времени. Проведённый биоинформатический анализ обеспечил основу для дальнейшего функционального анализа и молекулярной эволюции генов WRKY у груши. Это особенно актуально для повышения засухоустойчивости груши путем манипулирования генами WRKY и молекулярной селекции.
Засухоустойчивость, транскрипционный фактор, груша обыкновенная, пцр in silico
Короткий адрес: https://sciup.org/170204960
IDR: 170204960 | DOI: 10.24412/2500-1000-2024-4-4-13-15
Текст научной статьи Локализация генов транскрипционных факторов WRKY у груши обыкновенной и разработка праймеров in silico
Транскрипционная регуляция экспрессии генов опосредуется факторами транскрипции, которые являются важнейшими регуляторными механизмами. Семейство WRKY является одним из ключевых семейств транскрипционных факторов у высших растений. Белки WRKY можно классифицировать по количеству доменов WRKY и особенностям их мотива цинковых пальцев. Белки WRKY связываются с ДНК мотивом T(T)TGAC(C/T), известным как W box, через консервативный мотив WRKYGQK на N-конце и мотив цинкового пальца C2H2 или C2HC на C-конце [1].
Экспрессия транскрипционных факторов WRKY индуцируется, когда растения подвергаются различным стрессовым воздействиям или защитным сигналам, таким как салициловая и жасмоновые кислоты. Кроме того, экспрессия WRKY является быстрой и обладает тканеспецифично-стью. Белки WRKY играют разнообразные функции в защите растений от различных стрессовых факторов, включая засуху, тепловой стресс, стресс от холода, повышенная засоленность почвы и различные инфекции. Изменение темпов роста и развития растений, метаболизм, трихомный и эмбриональный морфогенез, старение, биосинтез и регуляция гормональных сигналов не обходится без участия семейства белков WRKY [2, 3]. Растущие данные о секвенировании геномов различных видов растений предоставляют отличную плат- форму для общегеномного анализа генов семейства WRKY.
Груша (Pyrus communis.) – одна из важнейших плодовых культур, широко употребляемый в свежем и 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.
В полевых условиях груша часто испытывает абиотические стрессы, такие как засуха, засоленность почвы или повышенная температура воздуха, которые являются ключевым фактором, влияющим на рост, развитие и урожайность растения.
Целью данного исследования было идентифицировать хромосомное расположение генов транскрипционных факторов WRKY57, WRKY32, WRKY3 положительно регулирующих ответную реакцию на засуху у растений [4, 5, 6]. А также разработать наборы праймеров для ПЦР в реальном времени для возможности дальнейшей идентификации и оценки экспрессии генов у груши обыкновенной в экспериментальных условиях.
Материалы и методы
Для обнаружения последовательности генов в геноме груши, были поэтапно использованы сервисы HMMER, BLASTP и InterProScan. Первым этапом производился поиск предсказанных белков, содержащих домен WRKY Pfam PF03106. Далее был проведён бласт анализ, при помощи которого в дальнейшем удалось обнаружить хромосомное расположение искомых последовательностей.
В качестве референсного генома груши был взят Genome assembly ASM3717761v1 reference из базы данных NCBI Genome.
Результаты и их обсуждение
С помощью методов биоинформатиче-ского анализа было обнаружено хромосомное расположение трёх генов транскрипционных факторов, принимающих участие в ответе растения на стресс от засухи (табл. 1).
Таблица 1. Предсказанные гены WRKY
|
Probable Gene |
Gene ID |
Evalue |
Chromosome |
Start |
End |
Len |
|
WRKY 57 |
CM073990.1 |
0.0 |
16 |
3670088 |
3672696 |
2611 |
|
WRKY 32 |
CM073989.1 |
0.0 |
15 |
9673592 |
9675706 |
2115 |
|
WRKY 3 |
CM073983.1 |
4e-135 |
9 |
2895883 |
2898643 |
2760 |
Используя предсказанные последовательности были смоделированы 3 набора праймеров и зондов к участкам, которые предположительно являются кодирующими (табл. 2). Такой подход позволит в бу- дущем оценивать экспрессию транскрипционных факторов WRKY груши для изучения резистентности растения на влияние абиотических факторов.
Таблица 2. Наборы праймеров для WRKY57, WRKY32 и WRKY3
|
Набор праймеров для WRKY57 |
||||||
|
№ |
Последовательность |
Tm, °C |
GC, % |
Самокомплиментарность |
Длина продукта, нк |
|
|
1 |
Forward |
TCGTAGACGCGGACTGATTG |
59.90 |
55.00 |
4.00 |
259 |
|
Reverse |
AGTACCACCCACGACAGAGA |
59.89 |
55.00 |
4.00 |
||
|
Internal oligo |
CGATGGGGTCGAGGCAGGGG |
61.02 |
75.00 |
|||
|
2 |
Forward |
ACTTCATCGGGTTTGGAGGC |
60.32 |
55.00 |
3.00 |
75 |
|
Reverse |
CCACGACAGAGACAGCAACA |
60.25 |
55.00 |
3.00 |
||
|
Internal oligo |
TCCGGGTTGAAGTTCCAGCCGA |
60.11 |
59.09 |
|||
|
3 |
Forward |
CAGCCGAAGTCGCTGAGTAT |
59.90 |
55.00 |
6.00 |
70 |
|
Reverse |
GCTCCGACAGCGTCTACTTC |
60.52 |
60.00 |
4.00 |
||
|
Internal oligo |
TGCTGTCTCTGTCGTGGGTGGT |
59.79 |
59.09 |
|||
|
Набор праймеров для WRKY32 |
||||||
|
1 |
Forward |
CTTCGAGAACCTTGAGGGCT |
59.39 |
55.00 |
4.00 |
238 |
|
Reverse |
TGGCAAGTGCAATGAACCAAG |
59.93 |
47.62 |
5.00 |
||
|
Internal oligo |
CCGCCAGTTGTAACCATCTGAAGCA |
59.50 |
52.00 |
|||
|
2 |
Forward |
TCCGCCAGTTGTAACCATCT |
59.02 |
50.00 |
4.00 |
196 |
|
Reverse |
TTGGCAAGTGCAATGAACCA |
58.88 |
45.00 |
5.00 |
||
|
Internal oligo |
TGGGCTTGGAGCAGATGAAATGGATTG |
59.59 |
48.15 |
|||
|
3 |
Forward |
TTTCCGCCAGTTGTAACCATCT |
60.22 |
45.45 |
4.00 |
196 |
|
Reverse |
GGCAAGTGCAATGAACCAAGATA |
59.81 |
43.48 |
5.00 |
||
|
Internal oligo |
TGGGCTTGGAGCAGATGAAATGGATTG |
59.59 |
48.15 |
|||
|
Набор праймеров для WRKY3 |
||||||
|
1 |
Forward |
GAGATGCCTCTGGGGATTGC |
60.54 |
60.00 |
6.00 |
202 |
|
Reverse |
CCTTGGCACAGGTTACTGCT |
60.25 |
55.00 |
5.00 |
||
|
Internal oligo |
GTGGCTCTGTCGGGGCTGCT |
61.16 |
70.00 |
|||
|
2 |
Forward |
TGCCCATATTTCCGCCAGTT |
60.03 |
50.00 |
4.00 |
95 |
|
Reverse |
CAATCCCCAGAGGCATCTCA |
59.16 |
55.00 |
6.00 |
||
|
Internal oligo |
TGCAGGCCTATCAGTGGATGAAGGT |
59.48 |
52.00 |
|||
|
3 |
Forward |
GGTTGGGGGACTTCATGGTT |
59.89 |
55.00 |
4.00 |
241 |
|
Reverse |
CCCCAGAGGCATCTCATTCT |
58.86 |
55.00 |
6.00 |
||
|
Internal oligo |
CCAGCTTCTGCCCATATTTCCGCC |
60.17 |
58.33 |
|||
Список литературы Локализация генов транскрипционных факторов WRKY у груши обыкновенной и разработка праймеров in silico
- Eulgem T., Rushton P. J., Robatzek S., Somssich I. E. The WRKY superfamily of plant transcription factors // Trends in plant science. - 2000. - Т. 5, № 5. - С. 199-206. EDN: AFJMCV
- Chen X., Li, C., Wang H., Guo Z. WRKY transcription factors: evolution, binding, and action // Phytopathology Research. - 2019. - Т. 1, № 1. - С. 1-15. EDN: NQKNYI
- Phukan U. J., Jeena G. S., Shukla R. K. WRKY transcription factors: molecular regulation and stress responses in plants // Frontiers in plant science. - 2016. - Т. 7. - С. 760.
- Jiang Y., Qiu Y., Hu Y., Yu D. Heterologous expression of AtWRKY57 confers drought tolerance in Oryza sativa // Frontiers in Plant Science. - 2016. - Т. 7. - С. 145.
- Zhang J., Huang D., Zhao X. et al. Drought-responsive WRKY transcription factor genes IgWRKY50 and IgWRKY32 from Iris germanica enhance drought resistance in transgenic Arabidopsis // Frontiers in Plant Science. - 2022. - Т. 13. - С. 983600. EDN: NKHRKE
- Khoso M. A., Hussain A., Ritonga F. N. et al. WRKY transcription factors (TFs): Molecular switches to regulate drought, temperature, and salinity stresses in plants // Frontiers in plant science. - 2022. - Т. 13. - С. 1039329. EDN: KBHEWJ
