Глобальное изменение климата усугубило проблему наводнений, которая становится все более критической проблемой во всем мире. В последние десятилетия наблюдается тенденция к увеличению частоты наводнений, что приводит к значительным потерям урожая 1,2. Капуста (Brassica oleracea var. capitata L.), овощ значительного мирового значения, подвержена неблагоприятному воздействию обильных дождей, что обуславливает необходимость разработки устойчивых к наводнениям сортов капусты для обеспечения устойчивого производства в условиях экстремальных погодных явлений. Таким образом, понимание молекулярных механизмов, связанных со стрессом затопления в капусте, имеет важное значение для решения этой проблемы.
Чтобы понять механизмы регуляции генов у растений в подводных условиях, трансгенные линии широко используются для генетических функциональных исследований. Однако этот подход ограничен высокими затратами, трудоемкими процессами трансформации и субкультур, а также низкой эффективностью трансформации у многих видов сельскохозяйственных культур, что требует разработки альтернативных методологий. Транзиентные экспрессионные системы на основе протопластов широко применяются в молекулярных исследованиях растений в качестве универсальной и эффективной альтернативы. Эти системы облегчают исследования промоторной активности, сигнальных путей в ответ на сигналы окружающей среды, взаимодействий белок-белок или белок-ДНК, а также субклеточнойлокализации. Сообщалось о создании протопластовых переходных систем экспрессии не только на модельных растениях 4,5, но и на экономически важных культурах, таких как сахарный тростник6, гвоздика7, орхидеи фаленопсис 8 и баклажаны9. Кроме того, эти системы были успешно внедрены на древесных растениях, включая Camellia oleifera10и Populus trichocarpa11. Тем не менее, протоколы применения протопластных систем для изучения листовых овощей в условиях гипоксического стресса, вызванного погружением, ограничены. Поэтому в данной работе был разработан интегрированный протокол для тех, кто заинтересован в изучении реакций гипоксии у листовых овощей с использованием системы экспрессии переходных процессов капустных протопластов.
Для осуществления реакции гипоксии, вызванной погружением, на клеточном уровне, в предыдущих исследованиях было использовано несколько методологий поглощения кислорода для моделирования гипоксических сред. К ним относятся использование EC-Oxyraze, OxyFluor, сульфита натрия и пакетов, потребляющих кислород. EC-оксиразу обычно используется для анаэробного лечения клеточных линийчеловека 12 и протопластов Arabidopsis 13. Было обнаружено, что оксифтор эффективен в смягчении фотообесцвечивания, вызванного активными формами кислорода во время флуоресцентной визуализации живых клеток14,15. Сульфит натрия используется в анаэробной обработке нематод16 и, в последнее время, в протопластах риса в сочетании с такими методами, как иммунопреципитация хроматина (ChIP)17. Пакеты поглотителей кислорода, используемые в основном для анаэробного бактериального культивирования18, также продемонстрировали эффективность в индуцировании активации промоторов ZmPORB1 в протопластах кукурузы в анаэробных условиях19.
Настоящая работа направлена на создание надежного конвейера для выделения протопластов капусты и экспрессии переходных процессов. Впоследствии эффективность различных методов лечения, корректирующих кислород, оценивалась путем оценки промоторной активности генов анаэробного ответа с использованием анализов на двойную люциферазу. Ожидается, что протокол, разработанный в этом исследовании, будет ценным для будущих исследований, связанных с погружением или гипоксическим стрессом в системах Brassica .