Гомологи гена rolC природно-трансгенных льнянок Linaria vulgaris и Linaria creticola экспрессируются in vitro

Агробактериальная трансформация – самый распространенный способ получения трансгенных растений в лабораторных условиях. В природе в пределах родов Nicotiana, Linaria и Ipomoea описаны виды, содержащие в геномах гомологи генов Т-ДНК агробактерий, как результат агробактериальной трансформации их предковых форм. Такие растения называют природно-трансгенными, а Т-ДНК в них обозначается как клеточная (клТ-ДНК). Предполагается, что в эволюции указанных родов привнесенные последовательности играли важную роль. Эту мысль подтверждают данные о неоднократной трансформации нескольких видов растений в ходе эволюции и сведения об экспрессии некоторых генов клТ-ДНК у Nicotiana и Ipomoea. Ранее экспрессия генов клТ-ДНК у Linaria не была описана, хотя анализ нуклеотидной последовательности гена rolC (наиболее консервативного из генов Т-ДНК) свидетельствует в пользу его функциональности у L. vulgaris Mill., L. acutiloba Fisch. ex Rchb. и L. genistifolia (L.) Mill. В настоящей работе проведено секвенирование гомолога гена rolC у прежде не изученного вида льнянки Linaria creticola Kuprian. Анализ in silico показал, что этот ген кодирует полноразмерный пептид. C использованием метода ОТ-ПЦР в реальном времени мы продемонстрировали, что rolC экспрессируется в культуре растений in vitro в побегах, корнях и каллусах L. vulgaris Mill., а также в побегах L. creticola Kuprian. Полученные результаты – важный факт в пользу того, что клТ-ДНК функциональна и ее закрепление в геномах играло определенную роль в ходе эволюции. Однако уровень экспрессии изучаемого гена достаточно низок у льнянок. Кроме того, аналогичная тенденция отмечена и у других природно-трансгенных видов. Этим можно объяснить отсутствие явных морфологических отличий видов, содержащих клТ-ДНК, от их нетрансгенных родственников.

Linaria, клТ-ДНК, rolC, экспрессия трансгена, культура in vitro

1. Chen K., Dorlhac de Borne F., Szegedi E., Otten L. Deep sequencing of the ancestral tobacco species Nicotiana tomentosiformis reveals multiple T-DNA inserts and a complex evolutionary history of natural transformation in the genus Nicotiana. Plant J. 2014;80(4):669-682.

2. Chen K., Otten L. Natural agrobacterium transformants, recent results and some theoretical considerations. Front. Plant Sci. 2017. DOI 10.3389/fpls.2017.01600.

3. Draper J., Scott R., Armitage P., Walden R. Plant Genetic Transformation and Gene Expression: A Laboratory Manual. Oxford: Blackwell Sci., 1988. (Russ. ed.: Dreyper Dzh., Skott R., Armitidzh F., Uolden R. Gennaya inzheneriya rasteniy. Laboratornoe rukovodstvo. Moscow: Mir Publ., 1991).

4. Furner I.J., Huffman G.A., Amasino R.M., Garfinkel D.J., Gordon M.P., Nester E.W. An Agrobacterium transformation in the evolution of the genus Nicotiana. Nature. 1986;319(6052):422-427.

5. Intrieri M.C., Buiatti M. The horizontal transfer of Agrobacterium rhizogenes genes and the evolution of the genus Nicotiana. Mol. Phylogenet. Evol. 2001;20:100-110. DOI 10.1006/mpev.2001.0927.

6. Kumar S., Stecher G., Tamura K. MEGA7: Molecular evolutionary genetics analysis version 7.0 for bigger datasets. Mol. Biol. Evol. 2016;33:1870-1874. DOI 10.1093/molbev/msw054.

7. Kyndt T., Quispe D., Zhai H., Jarret R., Ghislain M., Liu Q., Gheysen G., Kreuze J.F. The genome of cultivated sweet potato contains Agrobacterium T-DNAs with expressed genes: An example of a naturally transgenic food crop. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2015; 112(18):5844-5849. DOI 10.1073/pnas.1419685112.

8. Livak K.J., Schmittgen T.D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)). method. Methods. 2001;25(4):402-408.

9. Lutova L.A., Bondarenko L.V., Buzovkina I.S., Levashina E.A., Tikhodeyev O.N., Khodjayova L.T., Sharova N.V., Shishkova S.O. Role of the genotype in plant regeneration processes. Genetika = Genetics (Moscow). 1994;30(8):1065-1074. (in Russian)

10. Matveeva T.V., Bogomaz D.I., Pavlova O.A., Nester E.W., Lutova L.A., Horizontal gene transfer from genus Agrobacterium to the plant Linaria in nature. Mol. Plant Microbe Interact. 2012;25:1542-1551. DOI 10.1094/MPMI-07-12-0169-R.

11. Matveeva T.V., Lutova L.A. Horizontal gene transfer from Agrobacterium to plants. Front. Plant. Sci. 2014;5:326. DOI 10.3389/fpls. 2014.00326.

12. Matveeva T.V., Sokornova S.V. Biological traits of naturally transgenic plants and their evolutional roles. Russ. J. Plant Physiol. 2017;64: 635-648. DOI 10.1134/S1021443717050089.

13. Meyer A.D., Ichikawa T., Meins F. Horizontal gene transfer: regulated expression of tobacco homologue of the Agrobacterium rhizogenes rolC gene. Mol. Gen. Genet. 1995;249:265-273. DOI 10.1007/ BF00290526.

14. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassay with tobacco tissue culture. Physiol. Plant. 1962;15:165-170.

15. Nagata N., Kosono S., Sekine M., Shinmyo A., Syono K. Different expression patterns of the promoters of the NgrolB and NgrolC genes during the development of tobacco genetic tumors. Plant Cell Phys. 1996;37:489-498. DOI 10.1093/oxfordjournals.pcp.a028971.

16. Terentyev P.V., Rostova N.S. Praktikum po biometrii [Workshop on Biometrics]. Leningrad: LGU Publ., 1977. (in Russian)

17. Vain P. Thirty years of plant transformation technology development. Plant Biotechnol. J. 2007;5:221-229. DOI 10.1111/j.1467-7652.2006. 00225.x.

18. White F.F., Garfinkel D.J., Huffman G.A., Gordon M.P., Nester E.W. Sequence homologous to Agrobacterium rhizogenes T-DNA in the genomes of uninfected plants. Nature. 1983;301:348-350.

19. www.plantarium.ru. Accessed on 1.09.2017.

20. www.isaaa.org. Accessed on 3.09.2017.