Казанский (Приволжский) федеральный университет

Индукция прямой регенерации побегов при генетической трансформации табака штаммом К599 Agrobacterium rhizogenes

Э.А. Баймухаметова, З.А. Бережнева, Х.Г. Мусин, Д.Ю. Швец, А.В. Князев, Б.Р. Кулуев

Институт биохимии и генетики УФИЦ РАН, г. Уфа, 450054, Россия

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

DOI: 10.26907/2542-064X.2022.2.249-262

Для цитирования: Баймухаметова Э.А., Бережнева З.А., Мусин Х.Г., Швец Д.Ю., Князев А.В., Кулуев Б.Р. Индукция прямой регенерации побегов при генетической трансформации табака штаммом К599 Agrobacterium rhizogenes // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2022. – Т. 164, кн. 2. – С. 249–262. – doi: 10.26907/2542-064X.2022.2.249-262.

For citation: Baimukhametova E.A., Berezhneva Z.A., Musin Kh.G., Shvets D.Yu., Knyazev A.V., Kuluev B.R. Inducing of direct shoot regeneration during the genetic transformation of tobacco with Agrobacterium rhizogenes strain K599. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2022, vol. 164, no. 2, pp. 249–262. doi: 10.26907/2542-064X.2022.2.249-262. (In Russian)

Аннотация

Кукумопиновый штамм К599 Agrobacterium rhizogenes чаще всего используется для получения волосовидных корней труднотрансформируемых растений семейства Бобовые, однако фенотипическое проявление трансформации этим штаммом у более чувствительных к агробактериям видов остается неизученным. В работе проведена генетическая трансформация листовых дисков табака Nicotiana tabacum L. штаммом К599 A. rhizogenes, результатом которой стало спонтанное каллусо- и побегообразование на безгормональных средах. В среднем на один листовой эксплант приходилось шесть побегов-регенерантов. Образовывались также волосовидные корни, но их было крайне мало – в среднем 0.77 корней на эксплант. Изолированные культуры волосовидных корней табака, полученные при помощи штамма К599, фенотипически не отличались от таковых, полученных с использованием штаммов А4 и 15834. ПЦР-анализ показал наличие rol-генов во всех трансгенных растениях, регенерировавших спонтанно или индуцированных на корнях регуляторами роста. На основе полученных данных сделан вывод, что штамм К599 в отличие от других штаммов A. rhizogenes может быть использован для получения трансгенных растений табака на безгормональных питательных средах путем прямой регенерации побегов на эксплантах.

Ключевые слова: агробактериальная трансформация, волосовидные корни, hairy roots, регенерация, каллусообразование, ризогенез, трансгенные растения

Благодарности. Работа выполнена в рамках государственного задания № 122030200143-8 и при поддержке гранта Президента РФ МД-2304.2020.4.

Литература

Young J.M., Kuykendall L.D., Martínez-Romero E., Kerr A., Sawada H. A revision of Rhizobium Frank 1889, with an emended description of the genus, and the inclusion of all species of Agrobacterium Conn 1942 and Allorhizobium undicola de Lajudie et al. 1998 as new combinations: Rhizobium radiobacter, R. rhizogenes, R. rubi, R. undicola and R. vitis // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. – 2001. – V. 51, No 1. – P. 89–103. – doi: 10.1099/00207713-51-1-89.
Flores-Félix J.D., Menéndez E., Peix A., García-Fraile P., Velázquez E. History and current taxonomic status of genus Agrobacterium // Syst. Appl. Microbiol. – 2020. – V. 43, No 1. – P. 126046–126062. – doi: 10.1016/j.syapm.2019.126046.
Smith E.F., Townsend C.O. A plant-tumor of bacterial origin // Science. – 1907. – V. 25, No 643. – P. 671–673. – doi: 10.1126/science.25.643.671.
Costantino P., Mauro M.L., Micheli G., Risuleo G., Hooykaas P.J.J., Schilperoort R. Fingerprinting and sequence homology of plasmids from different virulent strains of Agrobacterium rhizogenes // Plasmid. – 1981. – V. 5, No 2. – P. 170–182. – doi: 10.1016/0147-619x(81)90018-4.
Levesque H., Delepelaire P., Rouzé P., Slightom J., Tepfer D. Common evolutionary origin of the central portions of the Ri TL-DNA of Agrobacterium rhizogenes and the Ti T-DNAs of Agrobacterium tumefaciens // Plant Mol. Biol. – 2009. – V. 11, No 6. – P. 731–744. – doi: 10.1007/BF00019514.
Srivastava S., Srivastava A.K. Hairy root culture for mass-production of high-value secondary metabolites // Crit. Rev. Biotechnol. – 2007. – V. 27, No 1. – P. 29–43. – doi: 10.1080/07388550601173918.
Stoger E., Fischer R., Moloney M., Ma J.K.-C. Plant molecular pharming for the treatment of chronic and infectious diseases // Annu. Rev. Plant Biol. – 2014. – V. 65. – P. 743–768. – doi: 10.1146/annurev-arplant-050213-035850.
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. – № 2. – С. 70–120.
Aggarwal P.R., Nag P., Choudhary P., Chakraborty N., Chakraborty S. Genotype-independent Agrobacterium rhizogenes-mediated root transformation of chickpea: A rapid and efficient method for reverse genetics studies // Plant Methods. – 2018. – V. 14. – Art. 55, P. 1–13. – doi: 10.1186/s13007-018-0315-6.
Foti C., Pavli O.I. High-efficiency Agrobacterium rhizogenes-mediated transgenic hairy root induction of Lens culinaris // Agronomy. – 2020. – V. 10, No 8. – Art. 1170, P. 1–11. – doi: 10.3390/agronomy10081170.
Гумерова Г.Р., Чемерис А.В., Никоноров Ю.М., Кулуев Б.Р. Морфологический и молекулярный анализ изолированных культур адвентивных корней табака, полученных методами биобаллистической бомбардировки и агробактериальной трансформации // Физиология растений. – 2018. – Т. 65, № 5. – С. 376–387. – doi: 10.1134/S001533031805007X.
Knyazev A.V., Kuluev B.R., Fateryga A.V., Yasybaeva G.R., Chemeris A.V. Aseptic Germination and Agrobacterium rhizogenes-mediated Transformation of Taraxacum hybernum Steven // Plant Tissue Cult. Biotechnol. – 2017. – V. 27, No 2. – P. 141–151. – doi: 10.3329/ptcb.v27i2.35019.
Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bio-assays with tobacco tissue cultures // Plant Physiol. – 1962. – V. 15, No 3. – P. 473–497. – doi: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x.
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 J. Plant Sci. – 2017. – V. 16, No 4. – P. 227–234. – doi: 10.3923/ajps.2017.227.234.
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 expansion, and controls organ size // Biol. Plant. – 2016. – V. 60, No 3. – P. 513–522. – doi: 10.1007/s10535-016-0610-x.

Поступила в редакцию

27.12.2021

Баймухаметова Эльвина Ануровна, младший научный сотрудник

Институт биохимии и генетики УФИЦ РАН