Стійкість до водного дефіциту трансгенних рослин озимої пшениці насіннєвого покоління Т3 з надекспресією гена орнітин-Δ-амінотрансферази

  • О. В. Дубровна Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Україна, 03022, м. Київ, вул. Васильківська, 31/17 https://orcid.org/0000-0002-4884-7572
  • Л. В. Сливка Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Україна, 03022, м. Київ, вул. Васильківська, 31/17 https://orcid.org/0000-0001-6133-4395
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v37.1758
Ключові слова: пшениця, трансгенні рослини, ген орнітин-δ-амінотрансферази, посуха, стійкість

Анотація

Мета. Дослідити стійкість до водного дефіциту трансгенних рослин нових генотипів озимої м’якої пшениці насіннєвого покоління Т3 з надекспресією гена синтезу проліну за фізіологічних та стресових умов. Методи. Генетична трансформація методом in planta, фізіолого-біохімічні, математичної статистики. Результати. У трансгенних рослин Т3 підтверджено, що підвищена активність ферменту орнітин-δ-амінотрансферази суттєво не впливає на вміст вільного проліну ні за контрольних умов, ні за умов водного дефіциту. Підтверджено, що надекспресія гена оаt сприяє більш активному розвитку коренів у генетично змінених рослин як у нормі, так і за умов посухи: за довжиною коренів вони перевищували рослини вихідних генотипів на 3,9–4,5 см за нормального поливу, а за умов посухи – на 3,3–3,8 см. В умовах ґрунтової посухи біотехнологічні рослини переважали вихідні за кількістю зерна з рослини на 14–19 %, а за масою зерна з рослини 10–16 %. Висновки. Показано, що трансгенні рослини Т3 з надекспресією гена оаt характеризуються порівняно вищою стійкістю до умов ґрунтової посухи ніж контрольні. Активація ростових процесів, що виявляється у збільшенні висоти стебла та кращому розвитку кореневої системи поліпшує адаптаційну пластичність та врожайність генетично змінених рослин.

Посилання

Erenstein O., Jaleta M., Mottaleb K. et al. Global trends in wheat production, consumption and trade. Wheat improvement. 2022. Vol. 5. P. 47–66. https://doi.org/10.1007/978-3-030-90673-3_4.

Nowsherwan I., Shabbir G., Malik S. I. et al. Effect of drought stress on different physiological traits in bread wheat. SAARS J. Agric. 2018. Vol. 16. P. 1–6. https://doi.org/10.3329/SJA.V16I1.37418.

Hossain A., Skalicky M., Brestic M. et al. Consequences and mitigation strategies of abiotic stresses in wheat (Triticum aestivum L.) under the changing climate. Agronomy. 2021. Vol. 11. P. 241–250. https://doi.org/10.3390/agronomy11020241.

Kapoor D., Bhardwaj S., Landi M. Sharma A., Ramakrishnan M., Sharma A. The impact of drought in plant metabolism: How to exploit tolerance mechanisms to increase crop production. Appl. Sci. 2020. Vol. 10. P. 5692. https://doi.org/10.3390/app10165692.

El-Mouhamady A., El-Hawary M., Habouh M. Transgenic wheat for drought stress tolerance, Middle East Journal of Agriculture Research. 2023. Vol. 12. P. 77–94. https://doi: 10.36632/mejar/2023.12.2.17.

Dubrovna O. V., Mуkhalska S. I., Komisarenko A. G. Using of proline metabolism genes in plant genetic engineering. Cytology and genetics. 2022. Vol. 56. P. 361–378. https://doi.org/10.3103/S009545272204003X.

Ghosh U. K., Islam M. N., Siddiqui M. N., Cao X., Khan M. A. R. Proline, a multifaceted signalling molecule in plant responses to abiotic stress: understanding the physiological mechanisms. Plant Biology. 2022. Vol. 24. P. 227–239. https://doi.org/10.1111/plb.13363.

Anwar A., She M., Wang K., Ye X. Biological roles of ornithine aminotransferase (OAT) in plant stress tolerance: present progress and future perspectives. Int J Mol Sci. 2018. Vol. 19. P. 3681. https://doi.org/10.3390/ijms19113681.

Anwar A., Wang K., Wang J. Expression of Arabidopsis Ornithine Aminotransferase (AtOAT) Encoded Gene Enhances Multiple Abiotic Stress Tolerances in Wheat. Plant Cell Rep. 2021. Vol. 40. P. 1155–1170. https://doi: 10.1007/s00299-021-02699-0.

Funck D., Stadelhofer B., Koch W. Ornithine-delta-aminotransferase is essential for arginine catabolism but not for proline bio-synthesis. BMC Plant Biology. 2008. Vol. 8. P. 40. https://doi.org/10.1186/1471-2229-8-40.

Dubrovna O. V., Priadkina G. O., Mykhalska S. I., Komisarenko A. G. Physiological and biochemical characteristics of transgenic winter wheat plants with overexpression of ornithine-δ-aminotransferase gene. Fiziol. rast. genet. 2023. Vol. 55. P. 58–73. https://doi.org/10.15407/frg2023.01.058.

Bates L. S., Waldren R. P., Teare I. D. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant Soil. 1973. Vol. 39. Р. 205–207. http://dx.doi.org/10.1007/BF00018060.

Madan S., Nainawatee H. S., Jain R. K., Сhowdhury J. B. Proline and proline metabolizing enzymes in vitro selected NaCl-tolerant. Ann Bot. 1995. Vol. 76. Р. 51–57. Retrieved from: https://www.jstor.org/stable/42764614.

Dubrovna O. V., Priadkina G. O., Mykhalska S. I., Komisarenko A. G. Water deficiency tolerance of genetically modified common wheat cv. Zymoyarka, containing a heterologous ornithine-δ-aminotransferase gene. Agricultural Science and Practice. Vol. 8. P. 25–39. https://doi.org/10.15407/agrisp8.01.014.

Sharma S., Verslues P. E. Mechanisms independent of abscisic acid (ABA) or proline feedback have a pre-dominant role in transcriptional regulation of proline metabolism during low water potential and stress recovery. Plant Cell Environ. 2010. Vol. 33. Р. 1838–1851. https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2010.02188.x.