Москва
Moscow
Москва
Moscow
Москва
Moscow
В ответ на стрессовое воздействие в геноме растения происходят эпигенетические модификации, вместе формирующие стрессовую память, которая может наследоваться и повышает эффективность защитной реакции растения на повторные стрессовые события. Гены, чья экспрессия становится мишенью эпигенетических модификаций, служат биомаркерами стрессовой памяти. Их характерными признаками считаются профиль экспрессии, различающийся между ответами на первичное и повторное стрессовые события, а также длительное удерживание изменений после отмены стресса. Томат (Solanum lycopersicum L.) – важная овощная культура, урожайность которой снижается при засолении почв. К генам, индуцируемым солевым стрессом, относятся гены транскрипционных факторов подсемейства DREB2 (DEHYDRATION-RESPONSIVE ELEMENT-BINDING PROTEIN 2). В настоящей работе проведена оценка генов SlDREB2 томата как возможных генов-маркеров памяти о солевом стрессе. Для этого в листьях растений двух сортов, Гном и Отрадный, с разной степенью солеустойчивости была определена экспрессия генов SlDREB16, 20, 22, 24, 43, 44 и 46 в ответ на 24-ч воздействие NaCl и в динамике продолжительного (14 дней) послестрессового периода восстановления. Выявлены значительные генотип специфичные колебания уровней транскриптов генов как в контроле, так и в подвергнутых стрессу растениях. Показано, что в процессе длительной фазы памяти экспрессия генов возвращается к контрольным показателям либо временно (SlDREB24, 44 и 46 у среднеустойчивого сорта Гном через 7 дней; через 14 дней экспрессия снова меняется), либо медленно (SlDREB16 и 43 у высокоустойчивого сорта Отрадный через 14 дней восстановления). Было определено, что только два гена, SlDREB22 и 46, имеют сходный между сортами паттерн колебаний экспрессии в динамике стресса и восстановления, а ген SlDREB20 не экспрессируется ни в контроле, ни в опыте. Полученные данные позволили предположить, что гены подсемейства SlDREB2, кроме SlDREB20, участвуют в ответе S. lycopersicum на солевой стресс генотип-специфичным образом и могут служить маркерами стрессовой памяти, сцепленными с эпигенетической регуляцией адаптации томата к солевому стрессу. Гены SlDREB16, 28, 43 и 44 могут вносить вклад в определение различий в механизме регуляции ответа растений на солевой стресс между солеустойчивыми генотипами S. lycopersicum. Полученные результаты могут стать основой для дальнейших исследований роли генов SlDREB2 в эпигенетической регуляции адаптации растений томата к солевому стрессу, что может быть использовано в селекции солеустойчивых сортов.
In response to stress, epigenetic modifications occur in the plant genome, which together form a stress memory that can be inherited and increases the efficiency of the plant's defense response to repeated stress events. Genes whose expression becomes the target of epigenetic modifications serve as biomarkers of stress memory. Their characteristic features are considered to be an expression profile that differs between responses to primary and repeated stress events, as well as long-term retention of changes after the stress is canceled. Tomato (Solanum lycopersicum L.) is an important vegetable crop whose yield decreases with soil salinity. Genes induced by salt stress include genes encoding transcription factors of the DREB2 (DEHYDRATION-RESPONSIVE ELEMENT-BINDING PROTEIN 2) subfamily. In this work, we evaluated the SlDREB2 genes of tomato as possible marker genes of salt stress memory. The expression of the genes SlDREB16, 20, 22, 24, 43, 44 and 46 was determined in the leaves of two plant varieties (Gnom, Otradnyi) with different degrees of salt tolerance in response to 24 h of NaCl exposure and in the dynamics of a long-term (14 days) post-stress recovery period. Significant genotype-specific fluctuations in the levels of gene transcripts were revealed both in the control and in the stressed plants. It was shown that during the long-term memory phase, gene expression returns to the control values either temporarily (SlDREB24, 44 and 46 in the moderately resistant Gnom variety after 7 days; after 14 days, the expression changed again) or slowly (SlDREB16 and 43 in the highly resistant Otradnyi variety after 14 days of recovery). Only two genes (SlDREB22 and 46) showed a similar between varieties pattern of expression fluctuations in the dynamics of stress and recovery, and the SlDREB20 gene was not expressed in either the control or the experiment. The data obtained suggest that the SlDREB2 subfamily genes (except SlDREB20) are involved in the response of S. lycopersicum to salt stress in a genotype-specific manner and can serve as markers of stress memory linked to the epigenetic regulation of tomato adaptation to salt stress. The SlDREB16, 28, 43 and 44 genes may contribute to the determination of differences in the mechanism of regulation of plant response to salt stress between salt-tolerant genotypes of S. lycopersicum. The obtained results can form the basis for further studies of the role of SlDREB2 genes in the epigenetic regulation of tomato plant adaptation to salt stress, which can be used in breeding salt-tolerant varieties.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.