Генотипирование Gleditsia triacanthos L. по экспрессии гена RbcL и с использованием ISSR-маркеров в условиях аридного климата
Аннотация
Обоснование. Борьба с опустыниванием является одним из приоритетов в мире. Gleditsia triacanthos L. является перспективным видом для защитного лесоразведения так как обладает высокой засухоустойчивостью. Генотипирование G. Triacanthos на основе изучения фотосинтетической продуктивности путем оценки экспрессии гена большой субъединицы гена RuBisCo – RbcL и привязки к ISSR ранее не проводилось.
Цель. Провести генотипирование особей популяции G. Triacanthos по оценке количественной экспрессии большой субъединицы гена RuBisCo – RbcL и их привязки к ISSR-маркерам.
Материалы и методы. Исследование проводилось на базе питомника древесных растений ФНЦ агроэкологии РАН, где были отобраны 10 особей G. triacanthos с хорошим жизненным состоянием. Оценка экспрессии RbcL проводилась с помощью метода ОТ-ПЦР-РВ. Для изучения генетической структуры исследуемых особей G. Triacanthos использовался ISSR-анализ. Статистическая обработка экспериментальных данных осуществлялась с помощью пакета прикладных программ Statistica 12.0 (StatSoft, USA) и POPGENE версии 1.31.
Результаты. По результатам оценки экспрессии RbcL были выявлены особи с различной транскрипционной активности, а именно 20% особей G. Triacanthos имели высокую экспрессию, 40% умеренную и 40% низкую. В ходе проведения ISSR-анализа были выявлены эффективные праймеры из группы UBC: 836 и 873 у особей G. Triacanthos. Генотипирование по ISSR позволило выявить две группы особей G. Triacanthos с высокой и низкой экспрессией RbcL.
Заключение. Полученные данные могут быть в перспективе использованы в молекулярной селекции G. Triacanthos для получения не только устойчивых к засухе, но и с высокой фотосинтетической продуктивностью для решения задач агролесомелиорации.
Информация о спонсорстве. Исследования проведены в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации № FNFE-2022-0022 «Поиск и управление паттернами экспрессии генов лесных и культурных растений, отвечающих за адаптацию к неблагоприятным факторам внешней среды и продуктивность» и № FNFE-2022-0009 «Поиск селекционно-ценного генетического материала для создания новых генотипов древесно-кустарниковых пород методами молекулярной селекции».
EDN: WKRCPL
Скачивания
Литература
Балакина, А. А., Нефедьева, Е. Э., & Ларикова, Ю. С. (2021). Исследование строения и состава семенной оболочки гледичии и некоторых изменений в ее структуре при набухании. Аграрный вестник Урала, 206(3), 46-52. https://doi.org/10.32417/1997-4868-2021-206-03-46-52 EDN: https://elibrary.ru/BTTYJU
Беляев, А. И., Крылов, П. А., Пугачева, А. М., & Деревщикова, Л. В. (2023). Анализ наличия геномов древесно-кустарниковых растений, используемых в агролесомелиорации южных регионов России. Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование, 70(2), 30-42. https://doi.org/10.32786/2071-9485-2023-02-03 EDN: https://elibrary.ru/TTKJCA
Крючков, С. Н., Солонкин, А. В., & Соломенцева, А. С. (2024). Интенсивные приемы выращивания посадочного материала мелкосемянных древесных видов в условиях полупустыни. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture, 16(1), 144-163. https://doi.org/10.12731/2658-6649-2024-16-1-702 EDN: https://elibrary.ru/VWPTXX
Кулик, К. Н. (2022). Современное состояние защитных лесонасаждений в Российской Федерации и их роль в смягчении последствий засух и опустынивания земель. Научно-агрономический журнал, 188(3), 8-13. https://doi.org/10.34736/FNC.2022.118.3.001.08-13 EDN: https://elibrary.ru/LWWQFG
Кулик, К. Н., Беляев, А. И., & Пугачёва, А. М. (2023). Роль защитного лесоразведения в борьбе с засухой и опустыниванием агроландшафтов. Аридные экосистемы, 94(1), 4-14. https://doi.org/10.24412/1993-3916-2023-1-4-14 EDN: https://elibrary.ru/CSZXWA
Мартынюк, А. А., Турчин, Т. Я., Чеплянский, И. Я., & Кулик, А. К. (2023). Современное состояние государственных защитных лесных полос степной и полупустынной зон, основные направления их сохранения и реабилитации. Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование, 69(1), 78-81. https://doi.org/10.32786/2071-9485-2023-01-07 EDN: https://elibrary.ru/TLKSNA
Мельник, К. А., & Хужахметова, А. Ш. (2022). Особенности плодоношения интродуцированных представителей родового комплекса Gleditsia в возрастном аспекте. Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование, 68(4), 184-193. https://doi.org/10.32786/2071-9485-2022-04-21 EDN: https://elibrary.ru/YWSHZO
Якушина, Л. Г., & Шхалахова, Р. М. (2021). Эффективность SSR- и ISSR-маркеров для оценки генетического полиморфизма сортов и гибридов хризантемы садовой (Chrysanthemum × hortorum Bailey). Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии, 20-1, 520-525. https://doi.org/10.14258/pbssm.2021105
Abd-Dada, H., Bouda, S., Khachtib, Y., Bella, Y. A., & Haddioui, A. (2023). Use of ISSR markers to assess the genetic diversity of an endemic plant of Morocco (Euphorbia resinifera O. Berg). Journal of Genetic Engineering & Biotechnology, 21(1), 91. https://doi.org/10.1186/s43141-023-00543-4 EDN: https://elibrary.ru/FWMQAY
Andablo-Reyes, A. D. C., Moreno-Calles, A. I., Cancio-Coyac, B. A., Gutiérrez-Coatecatl, E., Rivero-Romero, A. D., et al. (2023). Agri-silvicultures of Mexican Arid America. Journal of Ethnobiology and Ethnomedicine, 19(1), 39. https://doi.org/10.1186/s13002-023-00612-5 EDN: https://elibrary.ru/YEMDHA
Dorogina, O. V., Nuzhdina, N. S., Zueva, G. A., Gismatulina, Y. A., & Vasilyeva, O. Y. (2022). Specific shoot formation in Miscanthus sacchariflorus (Poaceae) under different environmental factors and DNA passportization using ISSR markers. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii, 26(1), 22-29. https://doi.org/10.18699/VJGB-22-04 EDN: https://elibrary.ru/AAYMFL
Kader, A., Sinha, S. N., & Ghosh, P. (2022). Clonal fidelity investigation of micropropagated hardened plants of jackfruit tree (Artocarpus heterophyllus L.) with RAPD markers. Journal of Genetic Engineering & Biotechnology, 20(1), 145. https://doi.org/10.1186/s43141-022-00426-0 EDN: https://elibrary.ru/EJPWVA
Kalmykova, E., & Lazarev, S. (2023). Increasing the biodiversity of the dendroflora of sparsely wooded regions by adapted representatives of the genus Robinia L. Agriculture, 13(3), 695. https://doi.org/10.3390/agriculture13030695 EDN: https://elibrary.ru/FVQNPY
Martin-Avila, E., Lim, Y. L., Birch, R., Dirk, L. M. A., Buck, S., Rhodes, T., et al. (2020). Modifying plant photosynthesis and growth via simultaneous chloroplast transformation of rubisco large and small subunits. The Plant Cell, 32(9), 2898-2916. https://doi.org/10.1105/tpc.20.00288 EDN: https://elibrary.ru/FJTOLD
Müller, M., Kües, U., Budde, K. B., & Gailing, O. (2023). Applying molecular and genetic methods to trees and their fungal communities. Applied Microbiology and Biotechnology, 107(9), 2783-2830. https://doi.org/10.1007/s00253-023-12480-w EDN: https://elibrary.ru/VEICHK
Sharwood, R. E., Ghannoum, O., Kapralov, M. V., Gunn, L. H., & Whitney, S. M. (2016). Temperature responses of Rubisco from Paniceae grasses provide opportunities for improving C3 photosynthesis. Nature Plants, 2, 16186. https://doi.org/10.1038/nplants.2016.186 EDN: https://elibrary.ru/WVMHWA
Sheikina, O. V., & Romanov, E. M. (2024). Variability of Scots pine (Pinus sylvestris L.) plus trees in the Middle and Upper Volga Region with the use of ISSR markers. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii, 28(2), 148-154. https://doi.org/10.18699/vjgb-24-17 EDN: https://elibrary.ru/TVPFSO
Shestibratov, K. A., Baranov, O. Y., Mescherova, E. N., Kiryanov, P. S., Panteleev, S. V., Mozharovskaya, L. V., et al. (2021). Structure and phylogeny of the curly birch chloroplast genome. Frontiers in Genetics, 12, 625764. https://doi.org/10.3389/fgene.2021.625764 EDN: https://elibrary.ru/SLSAEC
Tao, Y., Chiu, L.-W., Hoyle, J. W., Dewhirst, R. A., Richey, C., Rasmussen, K., et al. (2023). Enhanced photosynthetic efficiency for increased carbon assimilation and woody biomass production in engineered hybrid poplar. Forests, 14(4), 827. https://doi.org/10.3390/f14040827 EDN: https://elibrary.ru/WVJMEF
Xiao, F., Zhao, Y., Wang, X., & Jian, X. (2023). Full-length transcriptome characterization and comparative analysis of Gleditsia sinensis. BMC Genomics, 24(1), 757. https://doi.org/10.1186/s12864-023-09843-y EDN: https://elibrary.ru/FLFRPG
Zhao, Z., Zhang, H., Wang, P., Yang, Y., Sun, H., et al. (2023). Development of SSR molecular markers and genetic diversity analysis of Clematis acerifolia from Taihang Mountains. PLOS ONE, 18(5), e0285754. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0285754 EDN: https://elibrary.ru/EOIASA
Zoschke, R., & Bock, R. (2018). Chloroplast translation: structural and functional organization, operational control, and regulation. Plant Cell, 30(4), 745-770. https://doi.org/10.1105/tpc.18.00016 EDN: https://elibrary.ru/YIIWHJ
References
Balakina, A. A., Nefedieva, E. E., & Larikova, Yu. S. (2021). Study of the structure and composition of the seed coat of Gleditsia and some changes in its structure during swelling. Agrarian Bulletin of the Urals, 206(3), 46-52. https://doi.org/10.32417/1997-4868-2021-206-03-46-52 EDN: https://elibrary.ru/BTTYJU
Belyaev, A. I., Krylov, P. A., Pugacheva, A. M., & Derevshchikova, L. V. (2023). Analysis of the presence of genomes of woody shrub plants used in agroforestry of the southern regions of Russia. Izvestiya Nizhnevolzhskogo Agrouniversitetskogo Kompleksa: Nauka i Vysshee Professionalnoe Obrazovanie, 70(2), 30-42. https://doi.org/10.32786/2071-9485-2023-02-03 EDN: https://elibrary.ru/TTKJCA
Kryuchkov, S. N., Solonkin, A. V., & Solomentseva, A. S. (2024). Intensive methods for growing seedlings of small-seeded woody species in semi-desert conditions. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture, 16(1), 144-163. https://doi.org/10.12731/2658-6649-2024-16-1-702 EDN: https://elibrary.ru/VWPTXX
Kulik, K. N. (2022). Current state of protective plantations in the Russian Federation and their role in mitigating the consequences of droughts and desertification of lands. Scientific and Agricultural Journal, 188(3), 8-13. https://doi.org/10.34736/FNC.2022.118.3.001.08-13 EDN: https://elibrary.ru/LWWQFG
Kulik, K. N., Belyaev, A. I., & Pugacheva, A. M. (2023). The role of protective afforestation in combating drought and desertification of agricultural landscapes. Arid Ecosystems, 94(1), 4-14. https://doi.org/10.24412/1993-3916-2023-1-4-14 EDN: https://elibrary.ru/CSZXWA
Martynyuk, A. A., Turchin, T. Ya., Cheplyansky, I. Ya., & Kulik, A. K. (2023). Current state of state protective forest belts of the steppe and semi-desert zones, main directions of their preservation and rehabilitation. Izvestiya Nizhnevolzhskogo Agrouniversitetskogo Kompleksa: Nauka i Vysshee Professionalnoe Obrazovanie, 69(1), 78-81. https://doi.org/10.32786/2071-9485-2023-01-07 EDN: https://elibrary.ru/TLKSNA
Melnik, K. A., & Khuzakhmetova, A. Sh. (2022). Features of fruiting of introduced representatives of the Gleditsia genus complex in terms of age. Izvestiya Nizhnevolzhskogo Agrouniversitetskogo Kompleksa: Nauka i Vysshee Professionalnoe Obrazovanie, 68(4), 184-193. https://doi.org/10.32786/2071-9485-2022-04-21 EDN: https://elibrary.ru/YWSHZO
Yakushina, L. G., & Shkhalakhova, R. M. (2021). Efficiency of SSR and ISSR markers for assessing genetic polymorphism of varieties and hybrids of garden chrysanthemum (Chrysanthemum × hortorum Bailey). Problems of Botany of Southern Siberia and Mongolia, 20-1, 520-525. https://doi.org/10.14258/pbssm.2021105
Abd-Dada, H., Bouda, S., Khachtib, Y., Bella, Y. A., & Haddioui, A. (2023). Use of ISSR markers to assess the genetic diversity of an endemic plant of Morocco (Euphorbia resinifera O. Berg). Journal of Genetic Engineering & Biotechnology, 21(1), 91. https://doi.org/10.1186/s43141-023-00543-4 EDN: https://elibrary.ru/FWMQAY
Andablo-Reyes, A. D. C., Moreno-Calles, A. I., Cancio-Coyac, B. A., Gutiérrez-Coatecatl, E., Rivero-Romero, A. D., et al. (2023). Agri-silvicultures of Mexican Arid America. Journal of Ethnobiology and Ethnomedicine, 19(1), 39. https://doi.org/10.1186/s13002-023-00612-5 EDN: https://elibrary.ru/YEMDHA
Dorogina, O. V., Nuzhdina, N. S., Zueva, G. A., Gismatulina, Y. A., & Vasilyeva, O. Y. (2022). Specific shoot formation in Miscanthus sacchariflorus (Poaceae) under different environmental factors and DNA passportization using ISSR markers. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii, 26(1), 22-29. https://doi.org/10.18699/VJGB-22-04 EDN: https://elibrary.ru/AAYMFL
Kader, A., Sinha, S. N., & Ghosh, P. (2022). Clonal fidelity investigation of micropropagated hardened plants of jackfruit tree (Artocarpus heterophyllus L.) with RAPD markers. Journal of Genetic Engineering & Biotechnology, 20(1), 145. https://doi.org/10.1186/s43141-022-00426-0 EDN: https://elibrary.ru/EJPWVA
Kalmykova, E., & Lazarev, S. (2023). Increasing the biodiversity of the dendroflora of sparsely wooded regions by adapted representatives of the genus Robinia L. Agriculture, 13(3), 695. https://doi.org/10.3390/agriculture13030695 EDN: https://elibrary.ru/FVQNPY
Martin-Avila, E., Lim, Y. L., Birch, R., Dirk, L. M. A., Buck, S., Rhodes, T., et al. (2020). Modifying plant photosynthesis and growth via simultaneous chloroplast transformation of rubisco large and small subunits. The Plant Cell, 32(9), 2898-2916. https://doi.org/10.1105/tpc.20.00288 EDN: https://elibrary.ru/FJTOLD
Müller, M., Kües, U., Budde, K. B., & Gailing, O. (2023). Applying molecular and genetic methods to trees and their fungal communities. Applied Microbiology and Biotechnology, 107(9), 2783-2830. https://doi.org/10.1007/s00253-023-12480-w EDN: https://elibrary.ru/VEICHK
Sharwood, R. E., Ghannoum, O., Kapralov, M. V., Gunn, L. H., & Whitney, S. M. (2016). Temperature responses of Rubisco from Paniceae grasses provide opportunities for improving C3 photosynthesis. Nature Plants, 2, 16186. https://doi.org/10.1038/nplants.2016.186 EDN: https://elibrary.ru/WVMHWA
Sheikina, O. V., & Romanov, E. M. (2024). Variability of Scots pine (Pinus sylvestris L.) plus trees in the Middle and Upper Volga Region with the use of ISSR markers. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii, 28(2), 148-154. https://doi.org/10.18699/vjgb-24-17 EDN: https://elibrary.ru/TVPFSO
Shestibratov, K. A., Baranov, O. Y., Mescherova, E. N., Kiryanov, P. S., Panteleev, S. V., Mozharovskaya, L. V., et al. (2021). Structure and phylogeny of the curly birch chloroplast genome. Frontiers in Genetics, 12, 625764. https://doi.org/10.3389/fgene.2021.625764 EDN: https://elibrary.ru/SLSAEC
Tao, Y., Chiu, L.-W., Hoyle, J. W., Dewhirst, R. A., Richey, C., Rasmussen, K., et al. (2023). Enhanced photosynthetic efficiency for increased carbon assimilation and woody biomass production in engineered hybrid poplar. Forests, 14(4), 827. https://doi.org/10.3390/f14040827 EDN: https://elibrary.ru/WVJMEF
Xiao, F., Zhao, Y., Wang, X., & Jian, X. (2023). Full-length transcriptome characterization and comparative analysis of Gleditsia sinensis. BMC Genomics, 24(1), 757. https://doi.org/10.1186/s12864-023-09843-y EDN: https://elibrary.ru/FLFRPG
Zhao, Z., Zhang, H., Wang, P., Yang, Y., Sun, H., et al. (2023). Development of SSR molecular markers and genetic diversity analysis of Clematis acerifolia from Taihang Mountains. PLOS ONE, 18(5), e0285754. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0285754 EDN: https://elibrary.ru/EOIASA
Zoschke, R., & Bock, R. (2018). Chloroplast translation: structural and functional organization, operational control, and regulation. Plant Cell, 30(4), 745-770. https://doi.org/10.1105/tpc.18.00016 EDN: https://elibrary.ru/YIIWHJ
Copyright (c) 2025 Pavel A. Krylov, Petr A. Kuzmin
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
