eISSN: 2221-6197 DOI: 10.31301/2221-6197

Biomics

Архив номеров

Индексирование
  1. Главная
  2. →
  3. 2017
  4. →
  5. Том 9, № 4
  6. →
  7. Статьи
  8. →
  9. Особенности фенотипического проявления rol-генов Agrobacterim rhizogenes в растениях

Особенности фенотипического проявления rol-генов Agrobacterim rhizogenes в растениях

Год: 2017

Страницы: 304-316

Номер: Том 9, № 4

Тип: научная статья

Рубрика: Статьи

Авторы: Гумерова (Ясыбаева) Гульнар Рафиловна, Гуменко Р.С., Кулуев Булат Разяпович, Кашапова Г.М.!, Кагирова А.С.!

Скачать pdf

Аннотация:

Фитопатогенность Agrobacterium rhizogenes обусловлена наличием Ri плазмиды, индуцирующей образование так называемых «hairy roots», известных в русскоязычной литературе как бородатые, косматые, или генетически трансформированные pRi корни. Ключевая роль в формировании таких корней принадлежит генам rol, расположенным в Т-ДНК Ri плазмиды. В процессе взаимодействия бактерий с растениями происходит передача и устойчивое встраивание генов rolA, B, C и D в растительный геном. Белковые продукты rol-генов являются регуляторами активности фитогормонов, и их экспрессия в растениях проявляется изменением многих физиологических и морфологических признаков. Так, rolB стимулирует образование ауксинсвязывающих белков, индуцирует образование корней, формирование случайных почек и увеличение размеров цветков. К тому же, трансгенные по rolB-генам растения характеризуются устойчивостью к солевому стрессу, низким и высоким температурам, чрезмерному свету и активным формам кислорода. Продукты генов rol могут не только влиять на ростовые процессы, но и повышать защитные функции растений, а также способствовать синтезу ценных первичных и вторичных метаболитов в культурах hairy roots. Поэтому технологии культивирования косматых корней являются перспективными для использования в фармацевтической, пищевой и парфюмерной промышленности. Несмотря на большой объем исследований rol-генов, их функции остаются не до конца изученными. В данной обзорной статье осуществлена попытка обобщить результаты исследований особенностей фенотипического проявления rol-генов в растениях и культурах hairy roots.

Ключевые слова:

rol-гены, Ri плазмиды, hairy roots, бородатые корни, косматые корни, Agrobacterium rhizogenes, Т-ДНК, трансгенные растения, фенотипические признаки, вторичные метаболиты, стрессоустойчивость.

Библиографический список:

  1. Авраменко Т.В. Активность и продукция пероксидаз III класса в клеточных культурах растенийтрансформированных генами rolB и rolC: автореф. дис. канд. биол. наук / Т. В. Авраменко; Биол.-почв. ин-т ДВО РАН. Владивосток2015. 24 с.
  2. Кузовкина И.Н.Вдовитченко М.Ю. Генетически трансформированные корни как модельная система для изучения физиологических и биохимических процессов корневой системы целого растения / В кн.: Молекулярно-генетические и биохимические методы в современной биологии растений. Под ред. Кузнецова Вл. В.Кузнецова В.В.Романова Г.А. Москва2012. БИНОМЛаборатория знанийC. 137–153.
  3. Кулаева О.А.Матвеева Т.В.Лутова Л.А. Горизонтальный перенос генов от агрообактерий к растениям // Экологическая генетика. 2006. Т. IV. № 4. С. 10–19.
  4. Кулуев Б.Р. Каулимовирусы и их полногеномные промоторы // Биомика. 2012. Т. 4. С. 1-19.
  5. Кулуев Б.Р.Вершинина З.Р.Князев А.В.Чемерис Д.А.Баймиев Ан.Х.Чумаков М.И.Баймиев Ал.Х.Чемерис А.В. «Косматые» корни растений – важный инструментарий для исследователей и мощная фитохимбиофабрика для производственников // Биомика. 2015. Т. 7. С. 70–120.
  6. Кулуев Б.Р.Геращенков Г.А.Рожнова Н.А.Баймиев Ан.Х.Вершинина З.Р.Князев А.В.Матниязов Р.Т.Ясыбаева Г.Р.Никоноров Ю.М.Чемерис Д.А.Баймиев Ал.Х.Чемерис А.В. CRISPR/Cas редактирование геномов растений // Биомика. 2017. Т. 9. С. 155–182.
  7. Михайлова Е.В.Кулуев Б.Р.Ясыбаева Г.Р.Чемерис А.В. Создание культур бородатых корней Withania somnifera и оценка параметров их роста при выращивании на твердых и жидких питательных средах // Вестник биотехнологии и физико-химической биологии им. Ю.А. Овчинникова. 2017. Т. 13. С. 40–45.
  8. Мусин Х.Г.Якупова А.Б.Михайлова Е.В.Кулуев Б.Р. Особенности роста культур генетически трансформированных (бородатых) корней табака и витании при изменении объема питательной среды // Вестник биотехнологии и физико-химической биологии им. Ю.А. Овчинникова. 2017. Т. 13. С. 46–50.
  9. Павлова О.А.Матвеева Т.В.Лутова Л.А. Rol-гены Agrobacterium rhizogenes // Экологическая генетика. 2013. Т. XI. С. 59–68.
  10. Чемерис А.В.Бикбулатова С.М.Чемерис Д.А.Баймиев Ал.Х.Князев А.В.Кулуев Б.Р.Максимов И.В. Надо ли опасаться ГМО? Взгляд несторонних наблюдателей на истерию вокруг // Биомика. 2014. Т.6. С. 77–138.
  11. Чемерис А.В.Чемерис Д.А.Баймиев А.Х.Князев А.В.Кулуев Б.Р.Максимов И.В. Борьба с ГМО как неолысенковщина // Биомика. 2015. Т. 7. С. 1–39.
  12. Черпаков В.В. Дендрофильные насекомые - переносчики и симбионты возбудителей болезней древесных растений // VII Чтения памяти О. А. Катаева. Вредители и болезни древесных растений России / Материалы междунар. конференцииСанкт- Петербург25–27 ноября 2013 г. СПб.: СПб ГЛТУ2013. С. 97–98.
  13. Чуб В.В. Растения-ГМО: как это делается // Потенциал. Химия. Биология. Медицина. 2011. № 11.
  14. Чумаков М.И. Белковый аппаратреализующий горизонтальный перенос Т-ДНК из агробактерий в эукариотические клетки (обзор) // Биохимия. 2013. Т. 78. С. 1670–1683.
  15. Чумаков М.И. Механизм агробактериальной трансформации растений. Саратов: Слово2001. 256 с.
  16. Эрст А.А.Зибарева Л.Н.Железниченко Т.В.Ковзунова О.В. Культура генетически трансформированных корней (hairy roots) Silene roemeri Friv. – источник получения фитоэкдистероидов // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2017. № 37. С. 17–30.
  17. Ясыбаева Г.Р.Вершинина З.Р.Кулуев Б.Р.Чемерис А.В. Безбактериальное получение косматых корней // Вестник защиты растений. 2016. Т. 89. С. 187–188.
  18. Aggarwal B.B.Bhardwaj A.Aggarwal R.S.Seeram N.P.Shishodia S.Takada Y. Role of resveratrol in prevention and therapy of cancer: preclinical and clinical studies //Anticancer Res. 2004 V. 24. P. 2783–2840.
  19. Altamura M.M. Agrobacterium rhizogenes rolB and rolD genes: regulation and involvement in plant development // Plant CellTissue and Organ Culture. 2004. V. 77. Р. 89–101. doi:10.1023/B:T ICU.0000016609.22655.33
  20. Altamura M.M.Capitani F.Gazza L.Capone I.Costantino P. The plant oncogene rolB stimulates the formation of flower and root meristemoids in tobacco thin cell layers // New Phytol. 1994. V. 126. P. 283–293. doi:10.1111/j.1469-8137.1994.tb03947.x
  21. Ayadi R.Tremouillaux-Guiller J. Root formation from transgenic calli of Ginkgo biloba // Tree Physiol. 2003. V. 23. P. 713–718. doi:10.1093/treephys/23.10.713
  22. Barros L.M.G.Curtis R.H.Viana A.A.B.Campos L.Carneiro M. Fused RolA Protein enhances glucoronidase activity 50-fold: implication for rolA mechanism of action. protein pep // Lett. 2003. V. 10. P. 303–311. doi:10.2174/0929866033478951
  23. Bellincampi D.Cardarelli M.Zaghi D.Serino G.Salvi G.Gatz C.Cervone F.Altamura M.M.Costantino P.De Lorenzo G. Oligogalacturonides prevent rhizogenesis in rolB transformed tobacco explants by inhibiting auxin-induced expression of the rolB gene // Plant Cell .1996. V. 8. P. 477–487. doi:10.1105/tpc.8.3.477
  24. Bonhomme V.Laurain Mattar D.Fliniaux M.A. Effects of the rolC gene on hairy root: induction development and tropane alkaloid production by Atropa belladonna // J Nat Prod. 2000. V. 63. P. 1249–1252. doi:10.1021/np990614l
  25. Bulgakov V.P.Shkryl Y.N.Veremeichik G.N.Gorpenchenko T.Y.Vereshchagina Y.V. Recent advances in the understanding of Agrobacterium rhizogenes-derived genes and their effects on stress resistance and plant metabolism // Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 2013. V.134. P.11–22. doi:10.1007/10_2013_179
  26. Bulgakov V.P.Tchernoded G.K.Mischenko N.P.Khodakovskaya M.V.Glazunov V.P.Radchenko S.V.Zvereva E.V.Fedoreyev S.A.Zhuravlev Y.N.Effect of salicylic acidmethyl jasmonateethephon and cantharidin on anthraquinone production by Rubia cordifolia callus cultures transformed with the rolB and rolC genes // Biotechnol. 2002. V.97. P. 113–221. doi:10.1016/S0168-1656(02)00067-6
  27. Bulgakov V.P.Veremeichik G.N.Shkryl Y.N. The rolB gene activates the expression of genes encoding microRNA processing machinery // Biotechnol Lett. 2015. V. 37. P. 921–925. doi:10.1007/s10529-014-1743-7
  28. Capone I.Frugis G.Costantino P.Cardarelli M. Expression in different populations of cells of the root meristem is controlled by different domains of the rolB promoter // Plant Mol. Biol. 1994. V. 25. P. 681–691. doi:10.1007/BF00029606
  29. Cardarelli M.Mariotti D.Pomponi M.Spano L.Capone I.Costantino P. Agrobacterium rhizogenes T-DNA genes capable of inducing hairy root phenotype // Mol. Gen. Genet. 1987. V. 209. P. 475–480. doi:10.1007/BF00331152
  30. Carneiro M.Vilaine F. Differential expression of the rolA plant oncogene and its effect on tobacco development // Plant J. 1993. V. 3. P. 785–792. doi:10.1111/j.1365-313X.1993.00785.x
  31. Christensen B.Sriskandarajah S.Serek M.Müller R. Transformation of Kalanchoe blossfeldiana with rol-genes is useful in molecular breeding towards compact growth // Plant Cell Rep. 2008. V. 27. P. 1485–1495. doi:10.1007/s00299-008-0575-0
  32. Christey M.C. Use of Ri-mediated transformation for production of transgenic plants // In Vitro Cell Dev Biol. 2001. V. 37. P. 687–700. doi:10.1079/IVP2001203
  33. Costantino P.Capone I.Cardarelli M.De-Paolis A.Mauro M.L.Trovato M. Bacterial plant oncogenes: the rol genes’ saga // Genetica. 1994. V. 94. P. 203–211. doi:10.1007/BF01443434
  34. De Paolis A.Sabatini S.De Pascalis L.Costantino P.Capone I. A rolB regulatory factor belongs to a new class of single zinc finger plant proteins // Plant J. 1996. V. 10. P. 215–223. doi:10.1046/j.1365-313X.1996.10020215.x
  35. Dehesh K.Bruce W.B.Quail P.H. A transacting factor that binds to a GT-motif in a phytochrome gene promoter // Science. 1990. V. 250. P. 1397–1399. doi:10.1126/science.2255908
  36. Dehio C.Schell J. Stable expression of a single-copy rolA gene in transgenic Arabidopsis thaliana plants allows an exhaustive mutagenic analysis of the transgene associated phenotype // Mol. Gen. Genet. 1993. V. 241. P. 359–366. doi:10.1007/BF00284689
  37. Dilshad E.Cusido R.M.Palazon J.Estrada K.R.Bonfill M.Mirza B. Enhanced artemisinin yield by expression of rol genes in Artemisia annua // Malar. J. 2015. V. 14. P. 424. doi:10.1186/s12936-015-0951-5
  38. Durand-Tardif M.Broglie R.Slightom J.Tepfer D. Structure and expression of Ri T-DNA from Agrobacterium rhizogenes in Nicotiana tabacum. Organ and phenotypic specificity // Mol. Biol. 1985. V. 186. P. 557–564. doi:10.1016/0022-2836(85)90130-5
  39. Estruch J.J.Chriqui D.Grossmann K.Schell J.Spena A. The plant oncogene rolC is responsible for the release of cytokinins from glucoside conjugates // EMBO J. 1991. V. 10. P. 2889–2895.
  40. Faiss M.Strnad M.Redig P.Doležal K.Hanuš J.Van Onckelen H.Schmülling T. Chemically induced expression of the rolC-encoded β-glucosidase in transgenic tobacco plants and analysis of cytokinin metabolism: rolC does not hydrolyze endogenous cytokinin glucosides in planta // Plant J. 1996. V. 10. P. 33–46. doi:10.1046/j.1365-313X.1996.10010033.x
  41. Falasca G.Altamura M.M.D’Angeli S.Zaghi D.Costantino P.Mauro M.L. The rolD oncogene promotes axillary bud and adventitious root meristems in Arabidopsis // Plant Physiol Biochem. 2010. V. 48. P. 797–804. doi:10.1016/j.plaphy.2010.06.002
  42. Gechev T.S.Van Breusegem F.Stone J.M.Denev I.Laloi C. Reactive oxygen species as signals that modulate plant stress responses and programmed cell death // Bioessays. 2006. V. 28. P. 1091–1101. doi:10.1002/bies.20493
  43. Guivarch A.Spena A.Noin M. The pleiotropic effects induced by the rolC gene in transgenic plants are caused by expression restricted to protophloem and companion cells // Transgen. Res. 1996. V. 5. P. 3–11. doi:10.1007/BF01979917
  44. Ismail H.Dilshad E.Tahir Waheed M.Sajid M.Kayani K.Mirza B. Transformation of Lactuca sativa L. with rolC gene results in increased antioxidant potential and enhanced analgesicanti-inflammatory and antidepressant activities in vivo // Biotech 2016. V. 6. P. 215. doi:10.1007/s13205-016-0533-4
  45. Jill S. Gartland. Agrobacterium virulence// Methods in Molecular Biology. 1995. V. 44. P.15-28. doi:10.1385/0-89603-302-3:15
  46. Kiselev K.VDubrovina A.SVeselova M.VBulgakov V.PFedoreyev S.A.Zhuravlev Y.N. The rolB gene-induced overproduction of resveratrol in Vitis amurensis transformed cells // J Biotechnol. 2007. V. 128. P. 681–692. doi:10.1016/j.jbiotec.2006.11.008
  47. Knyazev A.V.Kuluev B.R.Vershinina Z.R.Yasybaeva G.R.Chemeris A.V. Agrobacterium rhizogenes mediated hairy root induction in Parasponia andersonii Planch // Asian Journal of Plant Sciences. 2017. V. 16 (4). P. 227–234.
  48. Kuluev B.R.Knyazev A.V.Mikhaylova E.V.Ermoshin A.A.Nikonorov Y.M.Chemeris A.V. The poplar ARGOS-LIKE gene promotes leaf initiation and cell expansionand controls organ size // Biologia Plantarum. 2016. V. 60. P. 513–522.
  49. Kuluev B.R.Knyazev A.V.Postrigan B.N.Chemeris A.V. The creation of transgenic tobacco plants expressing fragments of the ARGOS and NtEXPA4 genes in antisense orientation // Russian Journal of Genetics. 2014. V. 50. P. 37–44. doi:10.1134/S1022795414010074
  50. Kunshi M.Shimomura K.Takida M.Kitanaka S. Growth and ginsenoside production of adventitious and hairy root cultures in an interspecific hybrid ginseng (Panax ginsengP. quinquefolium) // Nat Med. 1998. V. 52. P. 1–4.
  51. Landi F.Capocasa E.Costantini B.Mezzetti M. RolC strawberry plant adaptabilityproductivityand tolerance to soil-borne disease and mycorrhizal interactions // Transgenic Res. 2009. V. 18. P. 933–942. doi:10.1007/s11248-009-9279-7
  52. Leach F.Aoyagi K. Promoter analysis of the highly expressed rolC and rolD root-inducing genes of Agrobacterium rhizogenes: enhancer and tissue-specific DNA determinants are dissociated // Plant Sci. 1991. V. 79. P. 69–76. doi:10.1016/0168-9452(91)90071-F
  53. Magrelli A.Langenkemper K.Dehio C.Schell J.Spena A. Splicing of the rolA transcript of Agrobacterium rhizogenes in Arabidopsis // Science. 1994. V. 266. P. 1986–1988. doi:10.1126/science.7528444
  54. Maurel S.Barbier-Bryqoo H.Spena A.Temp G.Guern G. Single rol genes from the Agrobacterium rhizogenes TL-DNA alter some of the cellular responses to auxin in Nicotiana tobacum // Plant Physiol. 1991. V. 97. P. 212–216. doi:10.1104/pp97.1.212
  55. Mauro M.L.Costantino Р.P.Bettini P. The never ending story of rol genes: a century after // Plant CellTissue and Organ Culture. 2017. V. 2. P. 201–212. doi:10.1007/s11240-017-1277-5
  56. Mauro M.L.Trovato M.Paolis A.D.Gallelli A.Costantino P.Altamura M.M. The plant oncogene rolD stimulates flowering in transgenic tobacco plants // Dev. Biol. 1996. V. 180. P. 693–700. doi:10.1006/dbio.1996.0338
  57. Mercuri A.Bruna S.De Benedetti L.Burchi G.Schiva T. Modification of plant architecture in Limonium spp. induced by rol genes // Plant Cell Tiss Org Cult. 2001. V. 65. P. 247–253. doi:10.1023/A:1010623309432
  58. Meyer A.D.Tempé J.Costantino P. Hairy root: a molecular overview. Functional analysis of Agrobacterium rhizogenes T-DNA genes // Plant microbe interaction. 2000. V 5. P. 93–139.
  59. Mohajjel-Shoja H. Contribution to the study of the Agrobacterium rhizogenes plast genesrolB and rolCand their homologs in Nicotiana tabacum. Thesis of University of Strasbourg. 2010.
  60. Moriuchi H.Okamoto C.Nishihama R.Yamashit I.Machida Y.Tanaka N. Nuclear localization and interaction of rolB with plant 14-3-3 proteins correlate with induction of adventitious roots by the oncogne rolB // Plant J. 2004. V. 38. P. 260–275. doi:10.1111/j.1365-313X.2004.02041.x
  61. Nemhauser J.L.Feldman L.J.Zambryski P.C. Auxin and ETTIN in Arabidopsis gynoecium morphogenesis // Development. 2000. V. 127. P. 3877–3888.
  62. Nilsson O.Olsson O. Getting to the root: The role of the Agrobacterium rhizogenes rol genes in the formation of hairy roots // Physiol Plant. 1997. V. 100. P. 463–473. doi:10.1111/j.1399-3054.1997.tb03050.x
  63. Ono N.NTian L. The multiplicity of hairy root cultures: prolific possibilities // Plant Sci. 2011. V. 180. Р. 439–446. doi:10.1016/j.plantsci.2010.11.012.
  64. Palazon J.Cusido R.M.Roig C.Piñol M.T. Expression of the rolC gene and nicotine production in transgenic roots and their regenerated plants // Plant Cell Rep. 1998. V. 17. P. 384–390. doi:10.1007/s002990050411
  65. Palazon J.Cusido R.M.Roig C.Piñol M.T. Expression of the rolC gene and nicotine production in transgenic roots and their regenerated plants // Plant Cell Rep. 1998. V. 17. P. 384–390. doi:10.1007/s002990050411
  66. Schmülling T.Schell J.Spena A. Single genes from Agrobacterium rhizogenes influence plant development // EMBO J. 1988. V. 7. P. 2621–2629.
  67. Shkryl Y.N.Veremeichik G.N.Bulgakov V.P.Tchernoded G.K.Mischenko N.P.Fedoreyev S.A.Zhuravle Y.N. Individual and combined effects of the rolAB and C genes on anthraquinone production in Rubia cordifolia transformed calli // Biotechnol. Bioeng. 2008. V. 1. P. 118–125. doi:10.1002/bit.21727
  68. Shyamkumar BarampuramZhanyuan J. Zhang Recent Advances in Plant Transformation // Methods in Molecular Biology. 2011. V. 701. P. 1–35. doi:10.1007/978-1-61737-957-4_1
  69. Sinkar P.S.Pythoud F.White F.F.Nester E.W.Gordon M.P. RolA locus of the Ri plasmid directs developmental abnormalities in transgenic tobacco plants // Genes Dev. 1988. V. 2. P. 688–697. doi:10.1101/gad.2.6.688
  70. Spano L.Mariotti D.Cardarelli M.Branca C.Costantino P. Morphogenesis and auxin sensitivity of transgenic tobacco with different complements of Ri T-DNA // Plant Physiol. 1988. V. 87. P. 479–483.
  71. Spena A.Schmulling T.Koncz C.Shell J. Independent and synergistic activity of rolAB and C loci in stimulating abnormal growth in plants // EMBO J. 1987. V. 6. P. 3891–3899.
  72. Tobena-Santamaria R.Bliek K.Ljung G.Sandberg J.N.M. FLOOZYof petunia is a Flavin mono-oxygenaselike protein required for the specification of leaf and flower architecture // Gene Dev. 2002. V. 16. P. 753–763.
  73. Trovato M.Maras B.Linhares F.Constantino P. The plant oncogene rolD encodes a functional ornithine cyclodeaminase // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A 2001. V. 98. P. 13449–13453. doi:10.1073/pnas.231320398
  74. Trovato M.Mauro M.L.Costantino P.AltamuraM.M. The rolD gene from Agrobacterium rhizogenes is developmentary regulated in transgenictobacco // Protoplasma. 1997. V. 197. P. 111–120. doi:10.1007/BF01279889
  75. Veremeichik G.NShkryl Y.NBulgakov V.PAvramenko T.VZhuravlev Y.N. Molecular cloning and characterization of seven class III peroxidases induced by overexpression of the agrobacterial rolB gene in Rubia cordifolia transgenic callus cultures // Plant Cell Rep. 2012. V. 6. P. 1009–1019. doi:10.1007/s00299-011-1219-3.
  76. White F.F.Taylor B.H.Huffman G.A.Gordon M.P.Nester E.W. Molecular and genetic analysis of the transferred DNA regions of the root-inducing plasmid of Agrobacterium rhizogenes // J. Bacteriol. 1985. V. 164. P. 33–44.
  77. Yanagisawa S. Dof domain proteins: plant-specific transcription factors associated with diverse phenomena unique to plants // Plant Cell Physiol. 2004. V. 45. P. 386–391.
  78. Yasybaeva G.R.Vershinina Z.R.Kuluev B.R.Mikhaylova E.V.Baymiev A.H.Chemeris A.V. Biolistic-mediated plasmid-free transformation for induction of hairy roots in tobacco plants // Plant Root. 2017. V. 11. P. 33–39. doi:10.3117/plantroot.11.33
  79. Zuker A.Tzfira T.Scovel G.Ovadis M.Shklarman E.Itzhaki H. RolC-transgenic carnation with improved agronomic traits: Quantitative and qualitative analyses of greenhouse-grown plants // J. Am. Soc. Hortic. Sci. 2001. V. 126. P. 13–18.
  80.  
Скачать pdf
наверх
eISSN: 2221-6197 DOI: 10.31301/2221-6197