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
Localization of WRKY transcription factor genes in common pear and primer design in silico
In this study, WRKY57, WRKY32, WRKY3 transcription factor genes were identified in the genome of Pýrus commúnis. Primer sets for real-time PCR analysis were also designed. The analysis provided a basis for further functional analysis and molecular evolution of WRKY genes in pear. This is particularly relevant for improving drought tolerance in pear by manipulating WRKY genes.
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
