Возможное присутствие сайта связывания семейства факторов транскрипции WRKY гена CAR11 у Prunus avium

Засуха – один из главных факторов, который ограничивает сельскохозяйственное производство. В условиях тенденции к изменению климата данная проблема является актуальной не только в России, но и во всём мире. Для борьбы с абиотическими стрессами растения выработали множество адаптивных стратегий, которые позволяют им реагировать на различные негативные условия окружающей среды.

Одним из механизмов адаптации растений к засухе является путь передачи сигнала абсцизовой кислоты (ABA). Абсцизовая кислота – фитогормон, который имеет первостепенное значение из-за ее реакции на стресс и участия в различных процессах роста растений, что позволяет адаптироваться к негативным условиям внешней среды. Во время засухи ABA запускает различные физиологические процессы такие как закрытие устьиц, модуляция корневой системы, организация почвенных микробных сообществ, активация транскрипционной и посттранскрипционной экспрессии генов. Кроме того, ABA постепенно увеличивает гидропроводность и стимулирует удлинение клеток корней, позволяя растениям восстанавливаться после условий с ограниченным количеством воды [1].

Понимание механизмов, с помощью которых растения реагируют на засуху через сигнальный путь абсцизовой кислоты име- ет решающее значение для обеспечения высокой урожайности сельскохозяйственных культур и глобальной продовольственной безопасности.

Воздействие засухи на растение опосредует интенсивную выработку ABA, что приводит к изменению экспрессии генов и активации ферментов, участвующих в синтезе ABA, что, в свою очередь, способствует большему накоплению этого гормона в растении. Cодержание транскриптов нескольких генов, участвующих в биосинтезе ABA (таких как ZEP/ABA1, AAO3, NCED3 и MCSU/LOS5/ABA3), увеличивается под воздействием ABA-зависимого или ABA-независимого пути. Этот процесс стимулируется различными факторами транскрипции, такими как MYB, NAC, ERF, bZIP, DREB/CBF и WRKY [2].

Являясь одним из крупнейших семейств транскрипционных факторов у растений, WRKY характеризуются своими консервативными доменами WRKYGQK и играют важную роль в транскрипции и регуляции генов, участвуют в росте, развитии, метаболизме растений, реакциях на стрессы окружающей среды и старении [3]. Для выполнения своей регуляторной функции по модуляции экспрессии генов WRKY специфически распознают и связываются последовательностью TTGACC/T (W-box) в промоторе его генов-мишеней.

Предполагается, что одними из генов мишеней транскрипционного фактора WRKY являются гены, кодирующие белки, связанные с синтезом и транспортировкой абсцизовой кислоты. Исходя из этого, целью данного исследования была идентификация последовательностей W-box гена, кодирующего белок, который содержит C2-домены связанные с ABA у черешни (Prunus avium). Такие белки участвуют в регуляции устойчивости растений к абиотическому стрессу, такому как стресс от высокого содержания соли и засухи по- средством взаимодействия с абсцизовой кислотой [4].

В исследовании [5] были выявлены обязательные участки нуклеотидов W-бокса без которых WRKY не взаимодействует с промоторной областью генов мишеней. Этим участком считается последовательность из четырех нуклеотидов: TGAC. Также в этой работе были обнаружены варианты нуклеотидных замен, которые незначительно влияют на связывание белка и варианты, при которых белок не связывается вовсе (рис. 1).

Groups	ID	Sequence
Fully Binding	DNA-1	GAT AT TTGACC GGA
	DNA-6	GAC TG GTGACT GACTG
	DNA-7	GTC TT TTGACT CTT
	MUT11T	GAT AT TTGACT GGA
	2LEX	CGC CT TTGACC AGCGC
Partially Binding	MUT6A	GAT A TGACC GGA
	MUT6G	GAT AT GTGACC GGA
	MUT6C	GAT АТ СTGACC GGA
	MUT11G	GAT AT TTGACG GGA
No Binding	DNA-2	TTT T? CTGACG GCG
	DNA-3	AGT AT GTGACA GCC
	DNA-4	АСА GC CTGACA GGG
	DNA-5	TCC AA TTGACA GGC
	MUT11A	GAT AT TTGACA GGA

Рис. 1. Сравнение W-боксов [5]. Последовательности ДНК сгруппированы в зависимости от их способности связываться с белками WRKY. W-поле подчеркнуто, цветом выделены возможные нуклеотидные замены

Материалы и методы

Поиск предполагаемых W-боксов осуществлялся с помощью программного обеспечения Unipro UGENE 50.0. Последовательность промоторного участка гена C2-DOMAIN ABA-RELATED 11 (CAR 11) Черешни (Prunus avium) была взята из открытой базы данных NCBI Gene. В качестве промоторной области, в которой производился поиск участков W-box счита- лась последовательность от +1 до -930 нуклеотида в сторону 5` конца от исследуемого гена.

Результаты и их обсуждение

В промоторной области гена CAR 11 была обнаружена последовательность W-бокса (рис. 2), являющаяся типичной для связывания с доменами семейства транскрипционных факторов WRKY.

TCACTTAGGGTAACTTTCTCATTCTTCGGTTTACATGTAATTTCCTCCATGTTAACCTATGCTGAATGCT GATCGGTTTGGTTTTTCTTTCTTGCCTTGGGGAACTCTGGATAATCTCGTGTTTGCCCTTGCAAAATGTG TTCCAATAATGAAAAATGGATTATAGGACTAAGGGCTTTAGGGTGGGTAAAACAAGCTCAGATATTGGTC

ATAGTCCTCATACTTGGGCTGGGTCAGCCAGCCAGCCGAGGGCAAGAGAGTTGACTGTGTCCAAGCCAAT

GGATTTGC

TTGAG

0GCTTCTGAGACTAATAAGATAAGATTACATTGAAATTTGAAAGTCCATGTCCAGCT

TTTGGGTCAAAGTATTCTATTCTATTTTAGTAAGACTAGTAAGACCAATAACCTTCATAACTTATGGAAA

GACTAGAATGAGGAGGTTGAGTGAGGAGGTTATTTGAGGAGGTGAAATCTTACCATCAACAACAAAAAAT AAAGCACATGGGGGGGTGCATTGGGGGGTCCACACCCCTTTTGATGGTGAGATGGGCCTCCTCAAATAAA CTCCTCAAATAGCATCCTCATTATAGAAGCTCCCCATAACTTAATCCCAAAAGTAATCATTTTACTTTCT TTTTTTTCATCTTTTCTGGTGCACGTGCAACGGTGCAATTGTGGATCGTTCACATGGAAATCTCCGTTGA

TTGGGCAGGCACCCAAGAAAAAATTAAGTTTACATTTACCCACTCACCGACCATGTGCAGCACCACAGTT

TTAATTTGTTTTGTTTTTTAAAGAAAAAGAATTAGAATTATTAAAGAAAGAAGAAAGAAAAAGAATTATT AAAGATAGGGTAAGGCAAACATTCCACGATGTGGGCAGTCAGAGTCAGCTCGGACCCCACTACT

Рис. 2. Промоторная область C2-DOMAIN ABA-RELATED 11 в направлении от 5` к 3`. Оранжевым цветом выделена типичная последовательность W-бокса. Синим цветом выделена последовательность, схожая с W-боксом

Обнаруженная последовательность W-box у гена CAR 11 может свидетельствовать о том, что гены, кодирующие белки семейства C2-domain ABA-related (CAR) являются генами-мишенями для семейства транскрипционных факторов WRKY. Это означает, что белки WRKY регулируют чувствительность клеток растений к ABA при абиотических стрессах.