Влияние некоторых абиотических факторов на профили экспрессии генов, кодирующих стресс-ассоциированные белки яблони

Стресс-ассоциированные белки (SAP, stress-associated proteins) принимают участие в формировании у растений ответа на действие неблагоприятных биотических и абиотических факторов. В представленной работе с помощью количественной ПЦР (qPCR) проведена оценка профилей экспрессии 14 генов яблони, кодирующих SAP (MdSAP), при воздействии низких и высоких температур, а также засоления. Показано, что наиболее значимое изменение уровней экспрессии наблюдалось при воздействии повышенной температуры (гены MdSAP11, MdSAP2, MdSAP3), в условиях пониженной температуры (MdSAP1, MdSAP2, MdSAP4, MdSAP6) и при воздействии раствора соли (MdSAP1, MdSAP8, MdSAP11). При этом наблюдалась тенденция к повышению экспрессии генов ко 2-му и/или 4-му часу воздействия с последующим ее снижением к 24-му часу. Анализ корреляции уровней экспрессии генов MdSAP в стрессовых условиях показал, что для них характерны как положительные, так и отрицательные линейные связи.

Полученные результаты позволяют уточнить роль отдельных генов, кодирующих SAP, в формировании стрессового ответа яблони на воздействие низких и высоких температур, а также засоления.

1. Genomic analysis of stress associated proteins in soybean and the role of GmSAP16 in abiotic stress responses in Arabidopsis and soybean / X.-Z. Zhang [et al.] // Front. Plant Sci. – 2019. – Vol. 10. – P. 1453. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01453

2. SAPs as novel regulators of abiotic stress response in plants / J. Giri [et al.] // Bioessays. – 2013. – Vol. 35, N 7. – P. 639–648. https://doi.org/10.1002/bies.201200181

3. Opipari, A. W. (Jr.). The A20 cDNA induced by tumor necrosis factor alpha encodes a novel type of zinc finger protein / A. W. Opipari, Jr., M. S. Boguski, V. M. Dixit // J. Biol. Chem. – 1990. – Vol. 265, N 25. – P. 14705–14708.

4. Tumor necrosis factor-alpha induction of novel gene products in human endothelial cells including a macrophage-specific chemotaxin / V. M. Dixit [et al.] // J. Biol. Chem. – 1990. – Vol. 265, N 5. – P. 2973–2978.

5. Identification and cloning of localized maternal RNAs from Xenopus eggs / M. R. Rebagliati [et al.] // Cell. – 1985. – Vol. 42, N 3. – P. 769–777.

6. Vij, S. Genome-wide analysis of the stress associated protein (SAP) gene family containing A20/AN1 zinc-finger (s) in rice and their phylogenetic relationship with Arabidopsis / S. Vij, A. K. Tyagi // Mol. Genet. Genom. – 2006. – Vol. 276, N 6. – P. 565–575. https://doi.org/10.1016/j.gene.2014.09.017

7. Genome-wide identification and expression analysis of stress-associated proteins (SAPs) containing A20/AN1 zinc finger in cotton / W. Gao [et al.] // Mol. Genet. Genom. – 2016. – Vol. 291, N 6. – P. 2199–2213. https://doi.org/10.1007/s00438-016-1252-6

8. Characterization and phylogenetic analysis of environmental stress-responsive SAP gene family encoding A20/AN1 zinc finger proteins in tomato / A. U. Solanke [et al.] // Mol. Genet. Genom. – 2009. – Vol. 282, N 2. – P. 153–164. https://doi.org/10.1007/s00438-009-0455-5

9. Genome-wide survey and expression analysis of the stress-associated protein gene family in desert poplar, Populus euphratica / H. Jia [et al.] // Tree Genet. Genom. – 2016. – Vol. 12, N 4. – P. 78. https://doi.org/10.1007/s11295-016-1033-8

10. Genomic characterization and expression profiles of stress-associated proteins (SAPs) in castor bean (Ricinus communis) / Z. Wang [et al.] // Plant Diversity. – 2020. – Vol. 43, no. 2. – P. 152–162. https://doi.org/10.1016/j.pld.2020.07.010

11. Identification and expression analysis of stress-associated proteins (SAPs) containing A20/AN1 zinc finger in cucumber / W. Lai [et al.] // Plants. – 2020. – Vol. 9, N 3. – Art. 400. https://doi.org/10.3390/plants9030400

12. Redox-dependent regulation of the stress-induced zinc-finger protein SAP12 in Arabidopsis thaliana / E. Ströher [et al.] // Mol. Plant. – 2009. – Vol. 2, N 2. – P. 357–367. https://doi.org/10.1093/mp/ssn084

13. An A20/AN1-type zinc finger protein modulates gibberellins and abscisic acid contents and increases sensitivity to abiotic stress in rice (Oryza sativa) / Y. Zhang [et al.] // J. Exp. Bot. – 2016. – Vol. 67, N 1. – P. 315–326. https://doi.org/10.1093/jxb/erv464

14. Rice SAPs are responsive to multiple biotic stresses and overexpression of OsSAP1, an A20/AN1 zinc-finger protein, enhances the basal resistance against pathogen infection in tobacco / H. Tyagi [et al.] // Plant Sci. – 2014. – Vol. 225. – P. 68–76. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2014.05.016

15. Mukhopadhyay, A. Overexpression of a zinc-finger protein gene from rice confers tolerance to cold, dehydration, and salt stress in transgenic tobacco / A. Mukhopadhyay, S. Vij, A. K. Tyagi // Proc. of the Nat. Acad. of Sci. – 2004. – Vol. 101, N 16. – P. 6309–6314. https://doi.org/10.1073/pnas.0401572101

16. Идентификация генов, кодирующих стресс-ассоциированные белки, содержащие домены A20/AN1, в геноме яблони in silico и анализ их филогенетических связей / П. Кузмицкая, О. Урбанович, А. Кильчевский // Докл. Нац. Акад. наук Беларуси. – 2018. – T. 62. – C. 455–462.

17. Genome-wide analysis and cloning of the apple stress-associated protein gene family reveals MdSAP15, which confers tolerance to drought and osmotic stresses in transgenic Arabidopsis / Q. Dong [et al.] // Int. J. Mol. Sci. – 2018. – Vol. 19, N 9. – Art. 2478. https://doi.org/10.3390/ijms19092478

18. Isolation of high quality RNA from bilberry (Vaccinium myrtillus L.) fruit / L. Jaakola [et al.] // Mol. Biotechnol. – 2001. – Vol. 19, N 2. – P. 201–203. https://doi.org/10.1385/MB:19:2:201

19. The MIQE guidelines: minimum information for publication of quantitative real-time PCR experiments / S. A. Bustin [et al.] // Clin. Chem. – 2009. – Vol. 55, N 4. – P. 611–622. https://doi.org/10.1373/clinchem.2008.112797

20. Genome-wide analysis and expression profiling of the DREB transcription factor gene family in Malus under abiotic stress / T. Zhao [et al.] // Mol. Genet. Genom. – 2012. – Vol. 287, N 5. – P. 423–436. https://doi.org/10.1007/s00438-012-0687-7

21. An improvement of the 2ˆ (–delta delta CT) method for quantitative real-time polymerase chain reaction data analysis / X. Rao [et al.] // Biostatistics, Bioinformatics and Biomathematics. – 2013. – Vol. 3, N 3. – P. 71–85.

22. FlowerNet: a gene expression correlation network for anther and pollen development / S. Pearce [et al.] // J. Plant Physiol. – 2015. – Vol. 167, N 4. – P. 1717–1730. https://doi.org/10.1104/pp.114.253807

23. Peng, F. Y. Gene coexpression clusters and putative regulatory elements underlying seed storage reserve accumulation in Arabidopsis / F. Y. Peng, R. J. Weselake // BMC Genomics. – 2011. – Vol. 12. – Art. 286. https://doi.org/10.1186/1471-2164-12-286

24. Genome-scale identification of cell-wall related genes in Arabidopsis based on co-expression network analysis / S. Wang [et al.] // BMC Plant Biol. – 2012. – Vol. 12. – Art. 138. https://doi.org/10.1186/1471-2229-12-138

25. Ghanbarian, A. T. Neighboring genes show correlated evolution in gene expression / A. T. Ghanbarian, L. D. Hurst // Mol. Biol. Evol. – 2015. – Vol. 32, N 7. – P. 1748–1766. https://doi.org/10.1093/molbev/msv053

26. Genome-scale cold stress response regulatory networks in ten Arabidopsis thalianaecotypes / P. Barah [et al.] // BMC Genomics. – 2013. – Vol. 14, N 1. – Art. 722. https://doi.org/10.1186/1471-2164-14-722