Молекулярные и биохимические характеристики риса, полученные путем традиционной интеграции nDart1.

May 16, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8139 (2023) Цитировать эту статью

332 доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Мутации, генетические вариации геномных последовательностей, играют важную роль в молекулярной биологии и биотехнологии. Во время репликации ДНК или мейоза одной из мутаций являются транспозоны или прыгающие гены. Аборигенный транспозон nDart1-0 был успешно введен в местный сорт индики Basmati-370 из линии, меченной транспозонами, а именно GR-7895 (генотип japonica), посредством традиционной техники селекции, последовательного обратного скрещивания. Растения из сегрегирующих популяций, показавшие пестрые фенотипы, были помечены как мутанты BM-37. Бластный анализ данных последовательности показал, что GTP-связывающий белок, расположенный на клоне BAC OJ1781_H11 хромосомы 5, содержит вставку ДНК-транспозона nDart1-0. nDart1-0 имеет «A» в положении 254 п.о., тогда как гомологи nDart1 имеют «G», что эффективно отличает nDart1-0 от его гомологов. При гистологическом анализе установлено, что хлоропласты клеток мезофилла ВМ-37 нарушены с уменьшением размеров крахмальных зерен и увеличением количества осмофильных пластоглобул, что приводит к снижению содержания хлорофиллов и каротиноидов, показателей газообмена (Pn, g, E, Ci ), а также снижение уровня экспрессии генов, связанных с биосинтезом хлорофилла, фотосинтезом и развитием хлоропластов. Наряду с повышением уровня белка GTP значительно увеличилось содержание салициловой кислоты (SA) и гиббереллиновой кислоты (GA), а также содержание антиоксидантов (SOD) и MDA, в то время как цитокинины (CK), аскорбатпероксидаза (APX), каталаза (CAT) , общее содержание флавоноидов (TFC) и общее содержание фенолов (TPC) значительно снизилось в мутантных растениях BM-37 по сравнению с растениями WT. Эти результаты подтверждают представление о том, что GTP-связывающие белки влияют на процесс, лежащий в основе образования хлоропластов. Таким образом, ожидается, что для борьбы с биотическими или абиотическими стрессовыми состояниями будет полезен мутант басмати-370, меченный nDart1-0 (BM-37).

Однодольное полуводное однолетнее травянистое растение. Рис принадлежит к семейству Poaceae и роду Oryza1. Род Oryza насчитывает 22 диких таксона, из которых два вида имеют большое значение для потребления человеком2. К этим видам относятся Oryza sativa L., широко известный как азиатский рис, и Oryza glaberrima Steud, широко известный как африканский рис. Несколько классификаций рода Oryza включают Oryza officinalis, Oryza ridelyi и Oryza rufipogon. Из 22 диких видов Oryza 15 происходят из Азии и 7 из стран Африки к югу от Сахары3. Эти виды полезны в программах межвидовой селекции риса, поскольку дикие виды Oryza обладают особыми характеристиками, включая устойчивость к абиотическим и биотическим стрессам4,5. Более половины всех людей едят рис, что делает его наиболее важной зерновой культурой6.

Более того, полная последовательность генома риса была секвенирована с большой точностью, и было обнаружено сравнительно большое количество транспозонов, что делает его отличной моделью для изучения транспозонов7,8. Транспозон nDart1-0 (pyl-v) был обнаружен у мутанта виресцентного риса со светло-желтыми пестрыми листьями Taichung-65 (Oryza sativa japonica L.)9. В частности, генотипы, содержащие активный автономный элемент ДНК aDart1-27, несут ген-транспозон, элемент nDart1 активно переносится по всему геному10. Элементы nDart1, принадлежащие к суперсемейству hAT, вырезаются из хромосомных вставок и переносятся в другие сайты, несмотря на высокую степень сходства последовательностей, nDart1-0 и близко сопоставимые неавтономные компоненты от nDart1-1 до nDart1-12. отображать различные частоты транспозиции11. Активные транспозоны часто используются для маркировки генов и выявления их функциональных возможностей12,13. Метод мечения является эффективным инструментом, поскольку элементы nDart1 активно переносятся в геном и имеют склонность к интеграции в геномных местах. Элементы nDart1, в частности, транспонированы в места проксимального промотора генома, которые расположены за 0,5 т.п.н. до предполагаемых инициирующих кодонов14. Методы на основе iPCR и методы отображения транспозонов (TD) также были созданы для эффективного обнаружения вставленных сайтов nDart1 в геноме15,16.