vestibИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Biological Series1029-89402524-230XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestib-164Research ArticleСтатьиНакопление 5-аминолевулиновой кислоты, хлорофилла и каротиноидов в трансгенных растениях табака с геном АЛК- синтетазы дрожжейAccumulation of 5-aminolevulinic acid, chlorophyll and carotenoids in transgenic tobacco plants with yeast ALA-synthase geneСавинаС. М.SavinaS. M.ibce@ibp.org.byГапееваТ. А.GapeevaT. A.ibce@ibp.org.byЗайцеваА. В.ZaitsevaA. V.ibce@ibp.org.byТретьяковаТ. Г.TretyakovaT. G.ibce@ibp.org.byДремукИ. А.DremukI. A.ibce@ibp.org.byАверинаН. Г.AverinaN. G.ibce@ibp.org.byИнститут биофизики и клеточной инженерии НАН БеларусиInstitute of Biophysics and Cell Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus201507062016043543Copyright © Савина С.М., Гапеева Т.А., Зайцева А.В., Третьякова Т.Г., Дремук И.А., Аверина Н.Г., 20162016Савина С.М., Гапеева Т.А., Зайцева А.В., Третьякова Т.Г., Дремук И.А., Аверина Н.Г.Savina S.M., Gapeeva T.A., Zaitseva A.V., Tretyakova T.G., Dremuk I.A., Averina N.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestibio.belnauka.by/jour/article/view/164

Создано три линии трансгенных растений табака Nicotiana tabacum L. cv. Petit Havana SR1 (линии 1.1, 1.3 и 1.7), экспрессирующих рекомбинантный ген Saccharomyces cerevisiae АЛК-синтетазы, который содержит последовательность сигнального пептида для транспорта синтезируемого в цитоплазме фермента в митохондрии, и одна линия трансформантов (2.1), экспрессирующих ген АЛК-синтетазы, синтезируемой и локализованной в цитоплазме. Все полученные трансгенные растения обладали повышенной АЛК-синтезирующей способностью и характеризовались улучшенными ростовыми показателями. В растениях линии 2.1 отмечено также повышенное по сравнению с растениями дикого типа содержание фотосинтетических пигментов - хлорофиллов и каротиноидов. Созданные трансгенные растения могут быть использованы в качестве модели для исследования роли умеренно повышенного уровня эндогенной АЛК в усилении фотосинтетической активности хлоропластов, а также в формировании стрессоустойчивых растений, что будет способствовать созданию биотехнологически улучшенных сортов сельскохозяйственных культур.

Three lines of transgenic tobacco plants (Nicotiana tabacum L. cv. Petit Havana SR1) expressing recombinant Saccharomyces cerevisiae ALA-synthase gene that contains an information for targeting peptide providing penetration of the enzyme to mitochondria (lines 1.1, 1.3, 1.7) and one line expressing gene of the ALA-synthase that is synthesized and localized in cytoplasm were obtained (line 2.1). All transgenic plants possessed by increased ALA-synthesizing ability and were characterized by improved growth parameters. Higher content of photosynthetic pigments - chlorophyll and carotenoids as compared to wild-type plants was also registered in plants of the line 2.1. The received transgenic plants can serve as model for research of a role of endogenous ALA in providing photosynthetic activity of chloroplast and forming of plant stress resistance that will be used for creating the biotechnologically improved cultivars.

табактрансгенные растения5-аминолевулиновая кислотаАЛК-синтетазаАЛК-синтезиру-ющая способностьхлорофиллкаротиноидыtobaccotransgenic plants5-aminolevulinic acidALA-synthaseALA-synthesizing abilitychlorophyll and carotenoidsReferencesАверина, Н. Г. Биосинтез тетрапиролов в растениях / Н. Г Аверина, Е. Б. Яронская. - Минск: Беларус. навука, 2012. - 413 с.Аверина, Н. Г. Биосинтез тетрапиролов в растениях / Н. Г Аверина, Е. Б. Яронская. - Минск: Беларус. навука, 2012. - 413 с.Яронская, Е. Б. Экологически безопасные регуляторы роста растений на основе 5-аминолевулиновой кислоты / Е. Б. Яронская, Н. Г. Аверина, М. А. Кисель // Тр. БГУ - 2012. - Т. 7. - Ч. 1. - С. 127-134.Яронская, Е. Б. Экологически безопасные регуляторы роста растений на основе 5-аминолевулиновой кислоты / Е. Б. Яронская, Н. Г. Аверина, М. А. Кисель // Тр. БГУ - 2012. - Т. 7. - Ч. 1. - С. 127-134.Effects of 5-Aminolevulinic Acid on Growth and Inhibition of Various Plant Species / K. Yongin [et al.] // Kor. J. Crop. Sci. - 2003. - Vol. 48. - P. 127-133.Effects of 5-Aminolevulinic Acid on Growth and Inhibition of Various Plant Species / K. Yongin [et al.] // Kor. J. Crop. Sci. - 2003. - Vol. 48. - P. 127-133.New physiological effects of 5-aminolevulinic acid in plants: the increase of photosynthesis, chlorophyll content and plant growth / Y. Hotta [et al.] // Biosci. Biotech. Biochem. - 1997. - Vol. 61. - P. 2025-2028.New physiological effects of 5-aminolevulinic acid in plants: the increase of photosynthesis, chlorophyll content and plant growth / Y. Hotta [et al.] // Biosci. Biotech. Biochem. - 1997. - Vol. 61. - P. 2025-2028.Promotive effect of 5-aminolevulinic acid on the yield of several crops / Y. Hotta [et al.] // Plant Growth Regul. -1997. - Vol. 22. - P. 109-114.Promotive effect of 5-aminolevulinic acid on the yield of several crops / Y. Hotta [et al.] // Plant Growth Regul. -1997. - Vol. 22. - P. 109-114.Enhancement of growth and fruit maturity in 2-year-old grapevines cv. Delaware by 5-aminolevulinic acid / K. Watanabe [et al.] // Plant Growth Regul. - 2006. - Vol. 49. - P. 35-42.Enhancement of growth and fruit maturity in 2-year-old grapevines cv. Delaware by 5-aminolevulinic acid / K. Watanabe [et al.] // Plant Growth Regul. - 2006. - Vol. 49. - P. 35-42.Promotive effect of 5-Amino Levulinic on growth, yield and gas exchange capacity of barley (Hordeum vulgare L.) grown under drought regimes / S. A. Al-Khateeb [et al.] // J. King Saund Univ. Agric. Sci. - 2006. - Vol. 18. - P. 103-111.Promotive effect of 5-Amino Levulinic on growth, yield and gas exchange capacity of barley (Hordeum vulgare L.) grown under drought regimes / S. A. Al-Khateeb [et al.] // J. King Saund Univ. Agric. Sci. - 2006. - Vol. 18. - P. 103-111.Wang, L. J. Promotion of 5-aminolevulinic acid on photosynthesis of melon (Cucumis melo) seedlings under low light and chilling stress conditions / L. J. Wang, W. B. Jiang, B. J. Huang // Physiol. Plant. - 2004. - Vol. 121, N 2. - Р. 258-264.Wang, L. J. Promotion of 5-aminolevulinic acid on photosynthesis of melon (Cucumis melo) seedlings under low light and chilling stress conditions / L. J. Wang, W. B. Jiang, B. J. Huang // Physiol. Plant. - 2004. - Vol. 121, N 2. - Р. 258-264.Яронская, Е. Б. Содержание зеатина и его производных в проростках ячменя (Hordeum vulgare L.) с повышенным уровнем 5-аминолевулиновой кислоты / Е. Б. Яронская, И. В. Вершиловская, Н. Г Аверина // Вес. НАН Беларусь -Сер. 6іял. навук. - 2004. - Vol. 3. - P. 70-73.Яронская, Е. Б. Содержание зеатина и его производных в проростках ячменя (Hordeum vulgare L.) с повышенным уровнем 5-аминолевулиновой кислоты / Е. Б. Яронская, И. В. Вершиловская, Н. Г Аверина // Вес. НАН Беларусь -Сер. 6іял. навук. - 2004. - Vol. 3. - P. 70-73.Beyzaei, Z. Exogenous 5-fminolevulenic acid increases the expression of Nar1 gene and nitrate reductase protein accumulation in barley sidling / Z. Beyzaei, R. A. Sherbakov, N. G. Averina // J. of Med. & Biol. Sci. - 2014. - Vol. 1. -P. 102-106.Beyzaei, Z. Exogenous 5-fminolevulenic acid increases the expression of Nar1 gene and nitrate reductase protein accumulation in barley sidling / Z. Beyzaei, R. A. Sherbakov, N. G. Averina // J. of Med. & Biol. Sci. - 2014. - Vol. 1. -P. 102-106.Youssef, T. Mechanisms of enhancing photosynthetic gas exchange in date palm seedlings (Phoenix dactylifera L.) under salinity stress by a 5-aminolevulinic acid-based fertilizer / T. Youssef, M. A. Awad // J. Plant Growth Regul. - 2008. -Vol. 27. - P. 1-9.Youssef, T. Mechanisms of enhancing photosynthetic gas exchange in date palm seedlings (Phoenix dactylifera L.) under salinity stress by a 5-aminolevulinic acid-based fertilizer / T. Youssef, M. A. Awad // J. Plant Growth Regul. - 2008. -Vol. 27. - P. 1-9.Improving salt tolerance of cotton seedlings with 5-aminolevulinic acid. / K. Watanabe [et al.] // Plant Growth Regul. -2000. - Vol. 32. - P. 99-103.Improving salt tolerance of cotton seedlings with 5-aminolevulinic acid. / K. Watanabe [et al.] // Plant Growth Regul. -2000. - Vol. 32. - P. 99-103.Hotta, Y. Improvement of cold resistance in rice seedlings by 5-aminolevulic acid / Y. Hotta, T. Tanaka, B. Luo // J. of Pesticide Sci. - 1998. - Vol. 23. - Iss. 1. - P. 29-33.Hotta, Y. Improvement of cold resistance in rice seedlings by 5-aminolevulic acid / Y. Hotta, T. Tanaka, B. Luo // J. of Pesticide Sci. - 1998. - Vol. 23. - Iss. 1. - P. 29-33.Role of 5-aminolevulinic acid (ALA) on active oxygen-scavenging system in NaCl-treated spinach (Spinacia oleracea) / E. Nishihara [et al.] // J. Plant Physiol. - 2003. - Vol. 160. - P. 1085-1091.Role of 5-aminolevulinic acid (ALA) on active oxygen-scavenging system in NaCl-treated spinach (Spinacia oleracea) / E. Nishihara [et al.] // J. Plant Physiol. - 2003. - Vol. 160. - P. 1085-1091.Zavgorodnyaya, A. Yeast 5-aminolevulinate synthase provides additional chlorophyll precursor in transgenic tobacco / A. Zavgorodnyaya, B. Papenbrock, J. Grimm // The Plant J. - 1997. - Vol. 12, N 1. - P. 169-178.Zavgorodnyaya, A. Yeast 5-aminolevulinate synthase provides additional chlorophyll precursor in transgenic tobacco / A. Zavgorodnyaya, B. Papenbrock, J. Grimm // The Plant J. - 1997. - Vol. 12, N 1. - P. 169-178.Defence response produced during photodynamic damage in transgenic rice overexpressing 5-aminolevulinic acid synthase / S. Jung [et al.] // Photosynthetica. - 2008. - Vol. 46, N 1. - P. 3-9.Defence response produced during photodynamic damage in transgenic rice overexpressing 5-aminolevulinic acid synthase / S. Jung [et al.] // Photosynthetica. - 2008. - Vol. 46, N 1. - P. 3-9.Keng, T. Amino-terminal fragment of delta-aminolevulinate synthase can direct beta-galactosidase to the mitochondrial matrix / T. Keng, E. Alani, L. Guarente // Mol. Cell. Biol. - 1986. - Vol. 6, N 2. - P. 355-364.Keng, T. Amino-terminal fragment of delta-aminolevulinate synthase can direct beta-galactosidase to the mitochondrial matrix / T. Keng, E. Alani, L. Guarente // Mol. Cell. Biol. - 1986. - Vol. 6, N 2. - P. 355-364.The nucleotide sequence of the HEM1 gene and evidence for a precursor form of the mitochondrial 5-aminolevulinate synthase in Saccharomyces cerevisiae / D. Urban-Grimal [et al.] // Eur. J. Biochem. - 1986. - Vol. 156. - P. 511-519.The nucleotide sequence of the HEM1 gene and evidence for a precursor form of the mitochondrial 5-aminolevulinate synthase in Saccharomyces cerevisiae / D. Urban-Grimal [et al.] // Eur. J. Biochem. - 1986. - Vol. 156. - P. 511-519.GUS fusions: beta-glucuronidase as a sensitive and versatile gene fusion marker in higher plants / R. A. Jefferson [et al.] // EMBO J. - 1987. - Vol. 6, N 13. - P. 3901-3907.GUS fusions: beta-glucuronidase as a sensitive and versatile gene fusion marker in higher plants / R. A. Jefferson [et al.] // EMBO J. - 1987. - Vol. 6, N 13. - P. 3901-3907.Revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures/ T. Murashige [et al.] // Physiol. Plant. -1962. - Vol. 15. - P. 473-497.Revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures/ T. Murashige [et al.] // Physiol. Plant. -1962. - Vol. 15. - P. 473-497.Plant Genetic transformation and Gene expression: a Laboratory Manual / J. Draper [et al.]. - Oxford: Blackwell Sci. Publ., 1988. - P. 69-160.Plant Genetic transformation and Gene expression: a Laboratory Manual / J. Draper [et al.]. - Oxford: Blackwell Sci. Publ., 1988. - P. 69-160.Light-induced delta-aminolevulinic acid in dark-grown barley seedlings / G. W. Miller [et al.] // Plant Cell Physiol. -1979. - Vol. 20. - P. 131-143.Light-induced delta-aminolevulinic acid in dark-grown barley seedlings / G. W. Miller [et al.] // Plant Cell Physiol. -1979. - Vol. 20. - P. 131-143.Mauzerall, D. The occurrence and determination of 5-aminolevulinic acid and porphobilinogen in Urine / D. Mauzerall, S. J. Granick // Biol. Chem. - 1956. - Vol. 219. - P. 435-446.Mauzerall, D. The occurrence and determination of 5-aminolevulinic acid and porphobilinogen in Urine / D. Mauzerall, S. J. Granick // Biol. Chem. - 1956. - Vol. 219. - P. 435-446.William, A. C. High performance liquid chromatography of tobacco and tobacco smoke components / A. C. William // Recent advances in tobacco science. - 1986. - Vol. 12. - P. 143-185.William, A. C. High performance liquid chromatography of tobacco and tobacco smoke components / A. C. William // Recent advances in tobacco science. - 1986. - Vol. 12. - P. 143-185.Fanica-Gaignier, M. Adenine nucleotide levels and photopigment synthesis in a growing photosynthetic bacterium / M. Fanica-Gaignier, J. D. Clement-Metral, M. D. Kamen // Biochim. Biophys. Acta. - 1971. - Vol. 226, N 1. - P. 135-143.Fanica-Gaignier, M. Adenine nucleotide levels and photopigment synthesis in a growing photosynthetic bacterium / M. Fanica-Gaignier, J. D. Clement-Metral, M. D. Kamen // Biochim. Biophys. Acta. - 1971. - Vol. 226, N 1. - P. 135-143.Кольман, Я. Наглядная биохимия / Я. Кольман, К.-Г Рем; пер. с нем. - М.: Мир, 2000. - 469 с.Кольман, Я. Наглядная биохимия / Я. Кольман, К.-Г Рем; пер. с нем. - М.: Мир, 2000. - 469 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.