Biomics

У льна Linum usitatissimum L. in silico идентифицированы ортологи β-1,3-глюканаз (BG) Arabidopsis thaliana L. Им соответствовали 57 последовательностей, сгруппированные в 27 ортологичных групп. Для 22 основных ортологов, проявляющих изменение экспрессии на уровне генов во время развития волокна (индивидуальной клетки) в норме (разные стадии), предсказаны белковые домены, характерные для β-1,3-глюканаз и проведен анализ временных (8 ч, 24 ч, 96 ч после наклона стебля) и пространственных (верхняя (PUL) и нижняя (OPP) стороны стебля растения) профилей экспрессии при гравиответе. Большинство анализируемых BG проявляли максимум экспрессии в апикальной меристеме. В ответ на гравистимуляцию изменение экспрессии выявлено у генов 11 BG. Из них 7 генов проявляли повышение экспрессии в волокнах обеих сторон стебля (Lus10015151, Lus10040461, Lus10033244), PUL-стороны (Lus10019801, Lus10039095 и Lus10032562) и OPP-стороны (Lus10024535). Понижение экспрессии при гравиответе выявилось у генов Lus10011482, Lus10002295, Lus10043075 и Lus10038099. При этом для Lus10011482 и Lus10043075 активность была обнаружена на обеих сторонах стебля через 8, 24 и 96ч после наклона растений. При гравиответе значение экспрессии генов основных ортологов изменялось в сторону более молодой стадии развития волокна и часто подтверждалось изменением экспрессии всех генов соответствующей ортологичной группы. Предполагается локализация соответствующих β-1,3-глюканаз в клеточной стенке и ее модификация для проявления «мускульных» функций волокон. Данное исследование обеспечивает основу для выяснения функциональных характеристик β-1,3-глюканаз в процессе развития волокна и при гравиответе.

гравиответ, лен, волокно, третичная клеточная стенка, β-1,3-глюканаза, экспрессия генов

1. Chen X.-Y., Kim J.-Y. Callose synthesis in higher plants // Plant Signal. Behav. 2009. V. 4. P. 489-492. doi: 10.4161/psb.4.6.8359
2. Dmitriev AA, Krasnov GS, Rozhmina TA, Novakovskiy RO, Snezhkina AV, Fedorova MS, Yurkevich OY, Muravenko OV, Bolsheva NL, Kudryavtseva AV, Melnikova NV. Differential gene expression in response to Fusarium oxysporum infection in resistant and susceptible genotypes of flax (Linum usitatissimum L.) // BMC Plant Biol. 2017. V.17. 253. doi: 10.1186/s12870-017-1192-2
3. Doxey, A.C., Yaish, M.W.F., Moffatt B.A., Griffith M., McConkey B.J. Functional Divergence in the Arabidopsis β-1,3-Glucanase Gene Family Inferred by Phylogenetic Reconstruction of Expression States // Mol. Biol. Evol. 2007. V. 24, P.1045–1055. doi: 10.1093/molbev/msm024
4. Gao X., Yuan Y., Liu Z., Liu C., Xin H., Zhang Y., Gai S. Chilling and gibberellin acids hyperinduce β- 1,3-glucanases to reopen transport corridor and break endodormancy in tree peony (Paeonia suffruticosa) // Plant Physiology and Biochemistry. 2021. V.167. P. 771–784. doi: 10.1016/j.plaphy.2021.09.002
5. Gorshkova T., Morvan C. Secondary cell-wall assembly in flax phloem fibres: role of galactans // Planta. 2006. V. 223. P.149-158. doi: 10.1007/s00425- 005-0118-7
6. Ibragimova N.N., Ageeva M.V., Gorshkova T.A. Development of gravitropic response: unusual behavior of ? ax phloem G-? bers // Protoplasma. 2017. V. 254. P. 749-762. doi: 10.1007/s00709-016-0985-8
7. Ibragimova N.N., Mokshina N.E. Callose metabolism in fibers during gravity response: analysis of gene expression // Russ. J. Plant Physiol. 2024. V. 71. P 57. doi: 10.1134/S1021443724604567
8. Kojima M., Becker V.K., Altaner C.M. An unusual form of reaction wood in Koromiko [Hebe salicifolia G. Forst. (Pennell)], a southern hemisphere angiosperm // Planta. 2012. V. 235. P. 289. doi: 10.1007/s00425-011-1503-z
9. Levy A., Erlanger M., Rosenthal M., Epel B.L. A plasmodesmata-associated beta-1,3-glucanase in Arabidopsis // Plant J. 2007. V. 49. P. 669. doi: 10.1111/j.1365-313X.2006.02986.x
10. Liu J., Liu Y, Wang S., CuiY.,Yan D. Heat Stress Reduces Root Meristem Size via Induction of Plasmodesmal Callose Accumulation Inhibiting Phloem Unloading in Arabidopsis // Int. J. Mol. Sci. 2022. V 23(4). 2063. doi: 10.3390/ijms23042063
11. Mokshina N., Gorshkov O., Takasaki H., Onodera H., Sakamoto S., Gorshkova T., Mitsuda N. FIBexDB: a new online transcriptome platform to analyze development of plant cellulosic fibers // New Phytol. 2021. V. 231. P. 512. doi: 10.1111/nph.17405
12. O’Brien K.P., Remm M., Sonnhammer E.L.L. Inparanoid: a comprehensive database of eukaryotic orthologs // Nucleic Acids Research. 2005. V. 33. P. 476–480. doi: 10.1093/nar/gki107
13. Patten A.M., Jourdes M., Brown E.E. E.E., Laborie M.-P., Davin L.B. and Lewis N.G. Reaction tissue formation stem tensile modulus properties in wild- type and p-coumarate-3-hydroxylase downregulated lines alfalfa, Medicago sativa (Fabaceae) // Amer. J. Bot. 2007. V. 94(6). P. 912–925. doi: 10.3732/ajb.94.6.912
14. Perrot T., Pauly M., Ramirez V. Emerging roles of β-glucanases in plant development and adaptative responses // Plants. 2022. V. 11. 1119. doi: 10.3390/plants11091119
15. Persson E., Sonnhammer E.L.L. InParanoid- DIAMOND: faster orthology analysis with the InParanoid algorithm // Bioinformatics. 2022. V. 38(10). P. 2918–2919. doi: 10.1093/bioinformatics/btac194
16. Pirselova B., Matusikova I. Callose: the plant cell wall polysaccharide with multiple biological functions // Acta Physiol. Plant. 2013. V. 35. P. 635. doi: 10.1007/s11738-012-1103-y
17. Ruan Y-L., Xu S-M., White R., Furbank R. T. Genotypic and Developmental Evidence for the Role of Plasmodesmatal Regulation in Cotton Fiber Elongation Mediated by Callose Turnover // Plant Physiology. 2004. V.   136. P.4104–4113.doi:10.1104/pp.104.051540
18. Schreiber N., Gierlinger N., Putz N., Fratzl P., Neinhuis C. and Burgert I. G-fibres in storage roots of Trifolium pratense (Fabaceae):tensile stress generators for contraction // Plant Journal. 2010. V. 61(15). P. 854– 861. doi: 10.1111/j.1365-313X.2009.04115.x
19. Snegireva A.V., Ageeva M.V., Amenitskii S.I., Chernova T.E., Ebskamp M., Gorshkova T.A. Intrusive growth of sclerenchyma fibers // Russ. J. Plant Physiol. 2010. V. 57. P. 342. doi: 10.1134/S10214437100300
20. Usak D., Haluska S., Pleskot R. Callose synthesis at the center point of plant development – an evolutionary insight // Plant Physiol. 2023. V. 193. P. 54. doi: 10.1093/plphys/kiad274
21. Waterkeyn L., Caeymaex S., Decamps E. Callose in compression wood tracheids of Pinus and Larix // Bull. Soc. Roy. Bot. Belg. 1982. V. 115. P. 149.
22. Wyatt S.E., Sederoff R., Flaishman M.A., Lev- Yadun S. Arabidopsis thaliana a model for gelatinous fiber formation // Russ. J. Plant Physiol. 2010. V. 57(3). P. 384-388. doi: 10.1134/S1021443710030076
23. Xu X., Feng Y., Fang S., Xu J., Wang X., Guo W. Genome-wide characterization of the β-1,3- glucanase gene family in Gossypium by comparative analysis // Sci Rep. 2016. V.6. 29044. doi: 10.1038/srep29044
24. Zhang N, Deyholos MK. RNA-Seq analysis of the shoot apex of flax (Linum usitatissimum) to identify phloem fiber specification genes // Front.Plant Sci. 2016. V. 7. 950. doi: 10.3389/fpls.2016.0095
25. Waterkeyn L., Caeymaex S., Decamps E. Callose in compression wood tracheids of Pinus and Larix // Bull. Soc. Roy. Bot. Belg. 1982. V. 115. P. 149.
26. Wyatt S.E., Sederoff R., Flaishman M.A., Lev- Yadun S. Arabidopsis thaliana a model for gelatinous fiber formation // Russ. J. Plant Physiol. 2010. V. 57(3). P. 384-388. doi: 10.1134/S1021443710030076
27. Xu X., Feng Y., Fang S., Xu J., Wang X., Guo W. Genome-wide characterization of the β-1,3- glucanase gene family in Gossypium by comparative analysis // Sci Rep. 2016. V.6. 29044. doi: 10.1038/srep29044
28. Zhang N, Deyholos MK. RNA-Seq analysis of the shoot apex of flax (Linum usitatissimum) to identify phloem fiber specification genes // Front.Plant Sci. 2016. V. 7. 950. doi: 10.3389/fpls.2016.00950