Клонування та біоінформатичний аналіз кадмій-стійкого гену TASFT2 пшениці
Анотація
Кадмій не належить до основних елементів живлення і є токсичним для рослин. Через його високу мобільність і токсичність актуальним питанням стало вивчення молекулярного механізму поглинання та транспорту кадмію рослинами, а також створення нових сортів сільськогосподарських культур, стійких до кадмію та здатністю до його низького накопичення. Cd потрапляє в організм рослини, поглинається кореневою системою і поступово переноситься в надземну частину. Рослини зменшують токсичну дію кадмію на власний оганізм, поглинаючи і транспортуючи важкі метали в різних хімічних формах і зберігаючи їх в різних органах і тканинах. Під впливом кадмієвого стресу рослини виробляють різні фізіологічні та біохімічні механізми, які обмежують абсорбцію і перенесення кадмію, для зниження його токсично дії. Кадмієвий стрес викликає рівень експресії гена металлотіоніна в злакових культур (пшениця і рис), що позитивно впливає на підвищення стійкості рослин до кадмію і зниження токсичності металу. Неясно, як саме ген обумовлює толерантність до важких металів. В цьому експерименті було клоновано ген і проаналізовано біологічну інформація, щодо пошуків механізму стійкості рослин до кадмію. Повну довжину гена TaSFT2 клонували за допомогою ОТ-ПЛР. Аналіз послідовності показав, що розмір гена ORF становить 684 пар основ, він кодує 228 амінокислот, з молекулярною масою 58,542 кДа і ізоелектричної точкою 9,16. Результати аналізу еволюційного дерева показали, що TaSFT2 пшениці був тісно пов'язаний з геном ZmGot1 / Sft2 кукурудзи і білком OsGot1 / Sft2 рису.
Основну інформацію про ген TaSFT2 можна отримати за допомогою аналізу місця розташування хромосом, аналізу интронов / екзонів, аналізу ORF та аналізу профілю експресії тощо. Шляхом аналізу основних властивостей білка TaSFT2, аналізу гідрофобності, прогнозування трансмембранної області, сигнального пептиду і прогнозування подібності. можна попередньо визначитий й передбачити властивості кодованого геном білку. Зокрема, аналіз гідрофобності й прогноз трансмембранної області можна використовувати для прогнозування, що має важливе значення для визначення напрямку експериментальних досліджень.
Посилання
2. Meixiu, X., Wenxiong, L., Xiangxu, C. & Yiyuan, L. (2006). Relationship between cadmium distribution and cadmium tolerance in rice. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2, 379‒381.
3. Li, H., Luo, N., Li, Y.W., Cai, Q. Y., Li, H. Y., Mo, C. H. & Wong, M. H. (2017). Cadmium in rice: transport mecha-nisms, influencing factors, and minimizing measures. Environmental Pollution, 224, 622‒630. doi: 10.1016/j.envpol.2017.01.087
4. Tanaka, K., Fujimaki, S., Fujiwara, T. & Yoneyama, T. (2003). Cadmium concentrations in the phloem sap of rice plants (Oryza saliva L.) treated with a nutrient solution containing cadmium (environment). Soil Science and Plant Nutrition, 49(2), 311‒313. doI: 10.1080/00380768.2003.10410014
5. Zhang, Y. X., Yu, F., Zhang, Y. Y. & Song, X. Q. (2008). Uptake, translocation and accumulation of cadmium in plant. Chinese Journal of Ecological Agriculture, 16(5), 1317‒1321. doi: 10.3724/SP.J.1011.2008.01317
6. Herren, T. & Feller, URS. (1997) Transport of cadmium via xylem and phloem in maturing wheat shoots: comparison with the translocation of zinc, strontium and rubidium. Annals of Botany, 80(5), 623‒628.
7. Jian, M., Zhang, D., Wang, X., Wei, S., Zhao, Y., Ding, Q., Han, Y. & Ma, L. (2020). Differential expression pattern of the proteome in response to cadmium stress based on proteomics analysis of wheat roots. BMC Genomics , 21, 343. doi: 10.1186/s12864-020-6716-8
8. Song, Y., Jin, L. & Wang, X. (2017). Cadmium absorption and transportation pathways in plants. Int. J. Phytoremedi-at, 19, 133–141. doi: 10.1080/15226514.2016.1207598
Ma, H., Jiao X., Xu, X., Li, J., Ni, D., Xu, R., Wang, Y. & Wang, X. (2020). Advances in Physiological and Molecular Mechanisms of 9. Cadmium Metabolism in Rice. J. Crops, 36(1), 1‒8. doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2020.01.001
10. Ghori, N., Ghori, T., Hayat, M. Q., Imadi, S. R., Gul, A., Altay, V. & Ozturk, M. (2019). Heavy metal stress and re-sponses in plants. Int. J. Environ. Sci. Technol. 16, 1807–1828. doi: 10.1007/s13762-019-02215-8
11. Choppala, G., Ullah, S., Bolan, N., Saif, S., Iqbal, M., Rengel, Z., Kunhikrishnan, A., Ashwath, N. & Ok, Y. S. (2014). Cellular Mechanisms in Higher Plants Governing Tolerance to Cadmium Toxicity. Critical Reviews in Plant Sciences, 33(5), 374‒391. doi: 10.1080/07352689.2014.903747
12. Abedi, T. & Mojiri, A. (2020). Cadmium uptake by wheat (Triticum aestivum L.). An Overview. Plants, 9, 500. doi: 10.3390/plants9040500
13. Chen, J., Zou, W., Meng, L., Fan, X., Xu, G. & Ye, G. (2019). Advances in the uptake and transport mechanisms and qtls mapping of cadmium in rice. Int J. Mol Sci., 20(14), 3417. doi: 10.3390/ijms20143417.
14. S Yali, X. & Qingguo, J. Wei. (2017). Research progress on the effects of cadmium stress on rice and its regulation techniques. Chinese Agricultural Science Bulletin, 33.10. doi: CNKI:SUN:ZNTB.0.2017-10-002.
15. Ali, M. & Nas, F. (2018). The effect of lead on plants in terms of growing and biochemical parameters: a review. MOJ Ecology & Environmental Sciences, 3(4), 265‒268. doi: 10.15406/mojes.2018.03.00098
16. Huang, X., Duan, S., Wu, Q, Yu, M. & Shabala, S. (2020). Cadmium accumulation in plants: structure-function rela-tions and tissue-specific operation of transporters in the spotlight. Plants (Basel), 9(2), 223. doi: 10.3390/plants9020223
17. Liu, X.S., Feng, S.J., Zhang, B.Q., Wang, M., Cao, H., Rono, J., Chen, X. & Yang, Z. (2019). OsZIP1 functions as a metal efflux transporter limiting excess zinc, copper and cadmium accumulation in rice. BMC Plant Biol., 19, 283. doi: 10.1186/s12870-019-1899-3
18. Sasaki, A., Yamaji, N. & Ma, J. F. (2014). Overexpression of OsHMA3 enhances Cd tolerance and expression of Zn transporter genes in rice. J. Exp Bot, 65(20), 6013‒6021. doi: 10.1093/jxb/eru340
19. Russell, D. & Soulimane, T. (2012). Evidence for zinc and cadmium binding in a CDF transporter lacking the cyto-plasmic domain. J. FEBS Lett, 586(24), 4332‒4338. doi: 10.1016/j.febslet.2012.10.043
20. Takahashi, R., Ishimaru, Y., Shimo, H., Bashir, K., Senora, T., Sugimoto, K., Ono, K., Suzui, N., Kawachi, N., Ishii, S., Yin, Y.G., Fujimaki, S., Yano, M., Nishizawa, N. K. & Nakanishi, H. (2014). From laboratory to field: OsNRAMP5-knockdown rice is a promising candidate for Cd phytoremediation in paddy fields. PLoS One., 9(6), 98816. doi: 10.1371/journal.pone.0098816.
21. Chiang, H. C., Lo, J. C. & Yeh, K. C. (2006). Genes associated with heavy metal tolerance and accumulation in Zn/Cd hyperaccumulator Arabidopsis halleri: a genomic survey with cDNA microarray. Environ Sci Technol., 40(21), 6792‒6798. doi: 10.1021/es061432y.
22. Feeney, G. P., Zheng, D. & Kille, P. (2005). The phylogeny of teleost ZIP and ZnT zinc transporters and their tissue specific expression and response to zinc in zebrafish. Biochimica Et Biophysica Acta, 1732 (1‒3), 88‒95. doi: 10.1016/j.bbaexp.2005.12.002
23. Huai, J., Wang M., He, J., Zheng, J., Dong, Z., Lee, H., Zhao, J. & Wang, G. (2008). Cloning and characterization of the SnRK2 gene family from Zea mays. Plant Cell, 27(12), 1861‒1868. doi: 10.1007/s00299-008-0608-8.
24. Zhu, Y. X. & Li, Y. (2007). Modern molecular biology higher education. Eleventh Five-Year national planning mate-rials, Zheng Xiaofeng book Publisher Higher Education Press, 33.
25. Bartels, D. & Sunkar, R. (2005). Drought and Salt Tolerance in Plants. Critical Reviews in Plant Sciences, 24(1), 23‒58, doi: 10.1080/07352680590910410
26. Liu, D., Chen, L., Jiang, S., Zhu, S., Qian, Y., Wang, F., Li, R. & Qunwei, Xu (2014). Formulation and characteriza-tion of hydrophilic drug diclofenac sodium-loaded solid lipid nanoparticles based on phospholipid complexes technology. Jour-nal of Liposome Research, 24(1), 17‒26. doi: 10.3109/08982104.2013.826241
27. Patel, A., Cholkar, K. & Mitra, A. K. (2014). Recent developments in protein and peptide parenteral delivery ap-proaches. Therapeutic Delivery, 5(3), 337‒365. doi: 10.4155/tde.14.5
28. Whelan, S. & Morrison, D. A. (2017). Inferring Trees. Methods Mol Biol., 1525, 349‒377. doi: 10.1007/978-1-4939-6622-6_14
ISSN 
ISSN 
