КЛОНУВАННЯ ТА БІОІНФОРМАЦІЙНИЙ АНАЛІЗ СТІЙКОСТІ ПШЕНИЦІ ДО БОРОШНИСТОЇ РОСИ ЗА ДОПОМОГОЮ TAGDSL ГЕНА

Є Тао; Володимир Анатолійович Власенко; Люлю Ву

doi:10.32845/agrobio.2021.2.9

Є Тао Хенанcький інститут науки і технологій http://orcid.org/0000-0002-4675-1294
Володимир Анатолійович Власенко Сумський національний аграрний університет http://orcid.org/0000-0002-5535-6747
Люлю Ву Хенанcький інститут науки і технологій http://orcid.org/0000-0001-2345-6789

DOI: https://doi.org/10.32845/agrobio.2021.2.9

Ключові слова: пшениця, борошниста роса, ген TAGDSL, біоінформаційний аналіз, гени стійкості до борошнистої роси сортів пшениці

Анотація

Збудником борошнистої роси пшениці є Blumeri agraminis F. sp. tritici. Це одна з основних грибкових хвороб пшениці. Тому дуже важливо виявити та використати проти борошнистої роси гени широкого спектру дії, а також вивчити механізм їх стійкості та молекулярний механізм для ефективної протидії шкідливості борошнистої роси. Матеріалом є сорт пшениці Bainong207, що поставляється Науково-дослідним центром з технології редагування геному культур у провінції Хенань. Вектор PmD-19T, E. coli 5α та штам Agrobacterium GV3101 були придбані у біологічної компанії Takara. Були задіяні ПЛР-апарат, апарат для електрофорезу, електрофорез з агарозним гелем, автоклав, плита на водяній бані, надчистий робочий стіл тощо. RТ-ПЛР клонувала всю довжину гена TaGDSL. Біоінформаційний аналіз послідовності показав, що загальна довжина ORF становила 1269 п.о., яка кодує 423 амінокислоти, з молекулярною масою 38,99 кДт та ізоелектричною точкою 8,19. Крім того, ген TAGDSL має трансмембранний домен, сигнальний пептид, а також гідрофільний білок. Ліпаза GDSL бере участь у фізіологічному обміні рослин щодо локального та глобального імунітету. Це має велике значення для підвищення стійкості до хвороб та врожайності пшениці. На підставі попередніх досліджень цей експеримент клонував повнорозмірну послідовність гена GDSL пшениці, яка збагатила представників сімейства ліпаз GDSL рослин. Вона стала основою для подальшого дослідження її функції та механізму дії на стійкість до борошнистої роси за сучасними методами молекулярної біології та вивчення функції її генів. Ген ліпази TAGDSL пшениці був тісно пов’язаний з геномом твердої пшениці та геномом ячменю через філогенетичне дерево. У той же час використання методу біоінформатики для прогнозування гена може дати більш повне розуміння його структури та властивостей, при подальшому використанні сучасних методів молекулярної біології для вивчення його функції та ролі у механізмі стійкості до борошнистої роси задля забезпечення ефективної основи, а також для створення сортів з генами стійкості до борошнистої роси пшениці та теоретичної бази.

Посилання

1. Alam, M. A., Mandal, M. S. N., Wang, C. & Ji, W. (2013). Chromosomal location and SSR markers of a powdery mildew resistance gene in common wheat line N0308. Afric J. Micro. Res., 7, 77–82.
2. Beisson, F., Gardiesa, A. M., Teissere, M., Ferté, N., & Noat, G.(1997). An esterase neosynthesized in postgerminated sunflower seeds is related to a new family of lipolytic enzymes. Plant Physiology and Biochemistry, 35(10), 761–775.
3. Hao, X. Y, Yuan, H. L., Li, H. B., & Cai, Y. (2014). Overexpression of a cotton GDSL lipase increases the oil content of Brassica napus L. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 29(6), 63–68.
4. Han, S., & Xiang, B. C. (2006). Advances of methods for the molecular detection of plant virus. Journal of Shihezi University (Natural Science), 24(5), 550–553.
5. He, Z. H., Zhuang, Q. S., & Cheng, S. H. (2018). Development of wheat industry and scientific and technological progress in China. Journal of Agriculture, 1, 107–114.
6. Huang, L. M., Lai, C. P., Chen, L. F., Chan, M. T., & Jei-Fu,Shaw, J. F. (2015). Arabidopsis SFAR4 is a novel GDSLtype esterase involved in fatty acid degradation and glucose tolerance Botanical Studies, 56(1), 1–12.
7. Edwards, H. H. (2002). Development of primary germ tubes by conidia of Blumeria gramini sf. sp. hordei on leaf epidermal cells of Hordeum vulgare. Canadian Journal of Botany, 80(80), 1121–1125.
8.Graham, P Feeney, Dongling, Zheng, & Hogstrand, P. K. C. (2005). The phylogeny of teleost ZIP and ZNT zinc transporters and their tissue specific expression and response to zinc in zebrafish. Biochemica et Biophysica Acta,1–3, 88–95.
9. Griffey C., Das M. & Stromberg E. (1993). Effectiveness of adult-plant resistance in reducing grain yield loss to powdery mildew in winter wheat. Plant Disease, 77(6), 618.
10. Jeum Kyu Hong, Hyong Woo, Choi,In Sun, Hwang,Dae Sung, Kim,Nak Hyun, Kim,Du Seok, Choi,Young Jin Kim, Byung Kook Hwang (2008). Function of a novel GDSL- type pepper lipase gene GLIP1 in disease susceptibility and abiotic stress tolerance. Planta, 227(3), 539–558.
11. Johnson J. W., Yamazaki W. T., & Smith T. R. (1979). Effects of powdery mildew on grain yield and quality of isogenic lines in “Chancellor” Wheat. Crop Sci., 19, 349–352.
12. Kram, B. W., Bainbridge, E. A, Perera, M. A. & Carter, C. (2008). Identification, cloning and characterization of a GDSL lipase secreted into the nectar of Jacaranda mimosa folia. Plant Mol. Biol., 68, 173–183.
13. Kuraparthy, V., Chhuneja, P., Dhaliwal, H., Kaur, S., Bowden, R. L., & Gill, B. S. (2007). Characterization and mapping of cryptic alien introgression from Aegilops geniculata with new leaf rust and stripe rust resistance genes Lr57 and Yr40 in wheat. Theoretical and Applied Genetics, 114(8), 1379.
14. Kondou, Y., Nakazawa, M., Kawashima, M., Ichikawa, T., Yoshizumi, T., Suzuki, K., Ishikawa, A., Koshi, T., Matsui, R., Muto, S. (2008). Retarded growth of embryo1, a new basic helix-loop helix protein that hosts an endosperm to control embro growth. Journal of China Physiology, 147, 1924–1935.
15. Lee, K. & Cho, T. (2003). Characterization of a salicylic acid-and pathogen induced lipase like gene in Chinese cabbage. Journal of Biochemistry and Molecular Biology, 36(5), 433–441.
16. Lee, D. S., Kim, B. K., & Kwon, S. J. (2009). Arabidopsis GDSL lipase 2 plays a role in pathogen defense via negative regulation of auxin signaling. Biochemical and Biophysical Research Communications, 379(4), 1038–1042.
17. Ling, H. (2007). Cloning and prokaryotic expression of GDSL1 gene in Brassica napus. Journal of Agricultural Biotechnology, 123(12), 102–106.
18. Ling, H. (2008). Sequence analysis of GDSL lipase gene family in Arabidopsis thaliana. Pakistan Journal of Biological Sciences, 11(5), 763–767.
19. Liu, W. C., Liu, Z. D., Huang, C, Lu, M. H., Liu, J. & Yang, Qi. P. (2016). Statistic and analysis of crop diseases and insect pests in recent 10 years. Plant Protection, 42, 1–9.
20. Machinaka, M., Nobutaka, M., & Nobutaka, M. (2010). Causes cucuglossus and particular defects. Plant and Cell Physiology, 51(1), 123–131.
21. Morgulis, A., Gertz, E. M., Schäffer, A. A.& Agarwala, R. (2006). Bioinformatics, 2, 134–141.
22. Naranjo, M. A., Forment, J., Roldán, M., Serrano, R., & Vicente, O (2006). Overexpression of Arabidopsis thaliana LTL1, a salt-induced gene encoding a GDSL-motif lipase, increases salt tolerance in yeast and transgenic plants. Plant Cell & Environment, 29(10), 1890–1900.
23. Oh, I. S. & Sun, J. K. (2005). Secretome analysis reveals an arabidopsis lipase involved in defense against Alternaria brassicicola. The Plant Cell, 17, 2832–2847.
24. Pruitt, K. D., Brown, G. R., & Hiatt, S. M. (2014). Nucleic Acids Research, 42, 756–763.
25. Qiu, L. N. (2019). Genetic analysis and molecular mapping of mildew resistance gene ML3IW125 in wheat. Crop Society of China Summary collection of the 10th National Congress on Wheat Genomics and Molecular Breeding. Crop Society of China, 229.
26. Shao, J. L., Niu, W. G., Liu, H. Y., Ni, M., Qiao, Z. C. & Shang, Y. Q. (2009). Analysis on pathogenicity differentiation of cotton Verticillium dahliae trains and its genetic diversity in Xinjiang. Xinjiang Agricultural Sciences, 46(1), 122–127.
27. Shen, Y. J., Zhu, X. Y., Dai, Q. & Xie, K. B. (2019). Experimental research on “fungal diseases of wheat” based on POE teaching strategy. Biology Teaching, 44(09), 59–61.
28. Sugui, J. A., Pardo, J., Chang, Yun C., Müllbacher, A., Zarember, Kol. A., Galvez, Eva M., Brinster, L., Zerfas, P., Gallin, J. I., Simon, M. M., Kwon-Chung, K. J. (2007). Role of laeA in the regulation of alb1, glip, conidial morphology and virulence in Aspergillus fumigatus. Eukaryotic Cell, 6(9), 1552–1561.
29. Tian, X. M., & Xu, L. F. (1991). The relations between resistance of cotton to Verticillium and Fusarium wilt and peroxidase activity. Acta Phytopathologica Sinia, 21(2), 94.
30. Wang, Z., Li, J., Chen, S., Heng, Y., Chen, Z., Yang, J., Zhou, K., Pei, J W, He H, Deng, X. W., & Ma, L. G. (2017). Poaceae-specific MS1 encodes a phospholipid-binding protein for male fertility in bread wheat. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 114, 12614–12619.
31. Wang, H., Liu, H., Yuan, H. X., Wang, Y., Li, H. L. (2001). The Change of enzymes activity and phenois content in cotton cultivars with different resistance to V. dahliae after inoculation. Acta Agriculture Boreali-Sinica, 16(3), 46–51.
32. Yu, Y. & Zhang, H. (2013). The occurrence and control of powdery mildew in wheat. Henan Science and Technology, 8, 187.
33.Yuan H. L., Hao X. Y., Zheng X. W., & Li, H. B. (2015). Cotton GDSL lipase increases the resistance against Verticillium dahliae. Journal of Shihezi University (Natural Science), 33(5), 529–534.
34. Zeng, F. S. (2017). Cloning and functional analysis of a nontoxic gene AVRPM2 and sporulation related gene STPK2 from Wheat powdery millet. Wuhan University.
35. Zhang, Z., Henderson, C., Perect, E., Carver, T. L. W. ,Thomas, B J ,Skamnioti, P ,Gurr, S. J. (2005). Of genes and genomes, needles and haystacks Blumeria graminis, and functionality. Molecular Plant Pathology, 6(5), 561–575.
36. Zou, B., Ding, Y., Liu, H., & Hua, J. (2017). Silencing of copine genes confers common wheat enhanced resistance to powdery mildew. Molecular Plant Pathology, 9, 1343–1352.
37. Zuo, K, Jin, W., Wu, W., Chai, Y., Sun, X., & Tang, K (2005). Identification and characterization of differentially expressed ESTs of Gossypium barbadense infected by Verticillium dahliae with suppression subtractive hybridization. Mol. Biol. (Mosk), 39(2), 214–223.