Bu çalışma, transgenik şeker kamışında Arabidopsis DREB1A aracılı kuraklık toleransını değerlendirmektedir. Stres altında, gelişmiş fotosentez, su kullanım verimliliği ve biyokütle birikimi gözlendi. DR-21, kuraklığa dayanıklılığı artıran en yüksek DREB1A ifadesini sergiledi. Bulgular moleküler mekanizmalar hakkında fikir veriyor ve suyun sınırlı olduğu bölgelerde iklime dayanıklı şeker kamışı çeşitlerinin geliştirilmesi için potansiyel bir strateji sunuyor.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Araştırma makalesi
Kuraklık Stresi Altında Arabidopsis DREB1A'yı Eksprese Eden Transgenik Şeker Kamışında Geliştirilmiş Fotosentez ve Su Kullanım Verimliliği
Bu makalede
Özet
Özet
Kuraklık stresi, şeker kamışı verimliliğine kritik bir sınırlama getirmekte ve dolayısıyla sürdürülebilir tarım için strese dayanıklı çeşitlerin geliştirilmesini gerektirmektedir. Bu çalışma, strese bağlı rd29A promotörünün kontrolü altında Arabidopsis DREB1A genini tanıtarak şeker kamışında kuraklık toleransını arttırmayı amaçlamıştır. Transgenik şeker kamışı hatları, parçacık bombardımanı aracılı dönüşüm yoluyla üretildi ve daha sonra kontrollü ve kuraklık stresi altındaki koşullar altında moleküler, fizyolojik ve tarımsal değerlendirmelerle değerlendirildi.
Moleküler analiz, yabani tip bitkilere göre DREB1A ekspresyonunda 10 kata kadar artış sergileyen transgenik hatlarla stabil transgen entegrasyonunu doğruladı. Fizyolojik değerlendirmeler, %60 saha kapasitesinde (FC) kuraklık stresi altında, transgenik hatların fotosentez oranlarını koruduğunu gösterdi(PN) %224-270 daha yüksek, stoma iletkenliği (gs) %84-167 arttı ve bağıl su içeriği (RWC) transgenik olmayan kontrollere kıyasla %25-31 oranında arttı. Dahası, transgenik şeker kamışının yaprakları gelişmiş ozmotik düzenleme ve su kullanım verimliliği sergiledi. Tarımsal değerlendirmeler ayrıca bitki büyümesi ve üretkenliğinde önemli gelişmeler olduğunu ortaya çıkardı. Kuraklık stresi altında (%60 FC), transgenik hatlar %76-109 daha fazla kamış yüksekliği sergilerken, kamış çapı %71-86 daha büyüktü. Sürgün biyokütlesi %39-87, kök biyokütlesi ise %65-103 oranında arttı.
Ayrıca sakaroz birikiminin göstergesi olan Brix yüzdesi transgenik bitkilerde %60 FC ile %36-55 oranında artmıştır. Bu bulgular, kuraklık koşulları altında DREB1A ekspresyonu, artan fizyolojik dayanıklılık ve gelişmiş tarımsal performans arasında güçlü bir korelasyon ortaya koymaktadır. DREB1A eksprese eden transgenik şeker kamışının daha yüksek fotosentetik aktiviteyi, üstün su kullanım verimliliğini ve artan biyokütle birikimini sürdürme kapasitesi, kuraklığa dayanıklı şeker kamışı çeşitlerinin geliştirilmesine yönelik genetik bir strateji olarak potansiyelinin altını çiziyor. Bu çalışma, kuraklık toleransının altında yatan moleküler mekanizmalara yeni bakış açıları sunmakta ve suyun kıt olduğu bölgelerde sürdürülebilir şeker kamışı yetiştiriciliğinin sağlanması için umut verici bir yaklaşım sunmaktadır.
Giriş
Şeker kamışı (Saccharum officinarum L.), Pakistan'ın ikinci büyük nakit mahsulüdür ve öncelikle yüksek sakaroz içeriği nedeniyle yetiştirilir. Bununla birlikte, periyodik su kıtlığı nedeniyle optimal üretim nadiren elde edilir 1,2. Poaceae ot ailesinin bir üyesidir ve Panicoideae3 alt familyasının PACCAD dalında gruplandırılmıştır. Bu dalın üyeleri genellikle sıcak mevsim otları olarak adlandırılır ve bir C4 fotosentetik sistem4 sergiler. Şeker kamışındaCO2 fiksasyonunun birincil modu, minimum fotosolunum5 ileC4 fotosentezidir . Şeker kamışı gibi C4 otları, C3 otlarından daha fazla CO2 sabitleyebilir, daha yüksek sakaroz seviyeleri üretebilir ve daha iyi nitrojen kullanım verimliliği (NUE) ve su kullanım verimliliği (WUE) sergileyebilir 6,7,8. Ancak şeker kamışı için toprak nem gereksinimleri oldukça yüksektir 9,10,11.
Değişen iklim ve sınırlı su mevcudiyeti nedeniyle, yüksek verimli su stresine dayanıklı şeker kamışı çeşitlerinin üretilmesi çok önemlidir 12,13,14. Bitkilerin su stresine toleransı, stresin yoğunluğu, zamanı ve süresinden etkilenen çok gengenli bir özelliktir. Pakistan'ın coğrafi konumu (30.3753° K, 69.3451° D) nedeniyle, düşük çiçeklenme ve polen canlılığı nedeniyle geleneksel ıslah uygulamaları mümkün değildir15. Bu nedenle, geleneksel ıslah yoluyla çeşit iyileştirme, genetik varyasyona ve ardından istenen agronomik özelliklerin seçimine bağlıdır16. Bu bağlamda, stresle ilgili genlerin genetik mühendisliği yoluyla dönüştürülmesi, bitki stres toleransını geliştirmek için en umut verici alternatif yaklaşımlardan biridir 17,18,19.
Bitkilerdeki abiyotik stres tepkileri, çoklu transkripsiyon faktörü (TF) aileleri ve WRKY, MYB, bHLH, ERF ve NAC dahil olmak üzere cis-etkili elementler tarafından düzenlenir. Bu TF'ler, ozmotik ayarlama, reaktif oksijen türleri (ROS) temizleme, stoma düzenlemesi ve stres sinyal yollarındaki ağları düzenler 20,21,22,23,24,25,26. Örneğin, WRKY TF'ler, ABA'ya bağlı yollar aracılığıyla stres sinyalini modüle ederken, MYB proteinleri, kuraklık stresi altında flavonoid biyosentezini ve stoma fonksiyonunu düzenler27. Benzer şekilde, bHLH ve ERF faktörleri etilen sinyali ile etkileşime girerek kuraklığa dayanıklılığı arttırır28. Stres tepkilerinin karmaşıklığı göz önüne alındığında, DREB1A gibi temel düzenleyicileri hedeflemek, kuraklığa toleransı artırmak için umut verici bir stratejidir.
Bu çalışmada ArabidopsisDREB1A'nın transgenik şeker kamışındaki rolünü, su stresi koşulları altında fotosentez, su ilişkileri ve verim özellikleri üzerindeki etkisine odaklanarak araştırdık. DRE bağlayıcı (DREB) proteinlerin su stresi toleransını modüle etmedeki rolü daha önce rapor edilmiştir 27,29,30. Örneğin, Kasuga ve ark. DREB'nin Arabidopsis thaliana31'de DRE dizi ekspresyonunu pozitif olarak düzenlediğini gözlemledi. Ayrıca, birçok araştırmacı, DREB1A'yı aşırı eksprese eden transgenik şeker kamışının, stresle indüklenebilir genlerin yapısal ekspresyonunu ve vahşi tip şeker kamışından daha yüksek şeker seviyeleri sergilediğini öne sürmüştür 17,28,32,33.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol
rd29A'nın üretimi: DREB1A ekspresyon vektörü (Şekil 1)
Tam uzunluktaki DREB1A açık okuma çerçevesi (ORF, 651 bp), Arabidopsis thaliana L. cDNA'dan BamHI ve EcoRI kısıtlama bölgelerini içeren gene özgü primerler kullanılarak amplifiye edildi: ileri 5/-GGCGGATCCATGAACTCATTTTCTGCT-3/ ve ters 5/-GGCGAATTCTTAATAACTCCATAACGA-3/. Benzer şekilde, rd29A promotörü (499 bp), KpnI ve BamHI bölgelerini içeren primerler kullanılarak Arabidopsis genomik DNA'sından amplifiye edildi: ileri 5/-GCGGGTACCCCTATTAGAACGATTAAGGAG-3/ ve ters 5/-GGCGGATCCGGTGGTTCCTCTGTTTGATCC-3/. PCR reaksiyonları, 2.5 μL 10x PCR tamponu, 1.5 mM MgCl2, her dNTP'den 0.2 mM, her primerden 0.4 μM, 1 U Taq DNA polimeraz ve 1 μL DNA şablonu (genomik DNA için yaklaşık 100 ng veya cDNA için 50 ng) içeren 25 μL hacimde gerçekleştirildi ve son hacme nükleaz içermeyen su eklendi. Hem DREB1A hem de rd29A promotör fragmanları için amplifikasyon koşulları aşağıdaki gibidir: 95 °C'de 3 dakika boyunca ilk denatürasyon; 95 °C'de 30 saniye boyunca 35 döngü denatürasyon, 58 °C'de 30 saniye tavlama ve 72 °C'de 1 dakika uzatma; ardından 72 °C'de 7 dakika boyunca son bir uzatma. Amplifiye edilmiş ürünler, %0.7'lik bir agaroz jel üzerinde çözüldü ve üreticinin protokolüne göre bir Jel Ekstraksiyon Kiti kullanılarak jelle saflaştırıldı.
Amplifiye edilmiş DREB1A ve rd29A promotör PCR ürünleri, TA klonlaması kullanılarak klonlama vektörü pTZ57R/T'ye klonlandı ve ürünler, onay için Sanger Dizilimine tabi tutuldu. DREB1A dizisi (Erişim No. AM992886) GenBank'a gönderildi (rd29A promotörü KpnI ve BamHI sitelerine yerleştirildi ve DREB1A kodlama dizisi BamHI ve EcoRI sitelerine aşağı akış içine yerleştirildi, böylece orijinal 2x35S promotörü değiştirildi ve DREB1A , rd29A'nın kontrolü altında konumlandırıldı. Son kaset (rd29A::DREB1A::CamV), KpnIve EcoRV kullanılarak eksize edildi ve bitki dönüşümü için kullanılan yapıyı oluşturmak üzere ikili vektör pGA482'nin T-DNA bölgesine klonlandı (Şekil 1). Klonlanmış ürünleri doğrulamak için ilk Sanger dizilemesinden sonra, başka bir dizileme doğrulaması yapılmadı.
Gen dizisi analizi
Başvurulan biyoinformatik aracı kullanılarak, 13 farklı dikot ve monokot türünden AtDREB1A ve DREB1 protein dizilerinin filogenetik analizi yapıldı ve komşu birleştirme yöntemiyle karşılaştırıldı. Amino asit dizileri Phytozome (http://phytozome.jgi.doe.gov/pz/portal.html) ve GenBank'tan (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/) alındı. Clustal Omega çevrimiçi programı kullanılarak çoklu dizi hizalama analizi yapıldı. Temel diziler Phytozome ve GenBank'tan alındıktan sonra, daha fazla dizi alımına gerek yoktur.
Eksplantların ve kallus indüksiyon tabancasının hazırlanması20,34
Şeker kamışı çeşidi, Faysalabad, NIBGE'deki deney alanında yetiştirildi. 6 ay sonra, sağlıklı bastonun üst kısmı, terminal tomurcuğa kadar kesilen apikal bölgeyi almak için eksize edildi. Steril koşullar altında, yaprak ruloları ~5 mm'lik silindirik segmentlere soyuldu ve yüzey p etanol ile sterilize edildi. Apikal meristemin hemen üzerindeki bölgeden, baston başına yaklaşık 10-15 apikal disk (~3 mm boyutunda) hazırlandı. Diskler, daha önce tarif edildiği gibi Kallus İndüksiyon Ortamında (CIM) kültürlendi 1,20,34. 4-6 hafta sonra, elde edilen embriyojenik Calli, daha fazla proliferasyon için taze CIM üzerinde alt kültüre alındı. NOT: Yüzey dezenfeksiyonu için p etanol kullanımı yeterli bulunmuş ve ek sterilizasyon adımlarına gerek duyulmamıştır.
rd29A'nın genetik dönüşümü: Şeker Kamışında DREB1A'nın Gen Tabancası20,34 ile
Prolifere embriyojenik kallus, CIM içeren Petri plakasının merkezinde düzenlendi. 3 gün sonra, kalliler, ayrıntılı34'te açıklandığı gibi bir PDS-1000/He Biyolistik tabanca kullanılarak, rd29A: DREB1A içeren, altın kaplı, bitki tarafından ifade edilebilen bir ikili vektör olan pGA482 ile bombardımana tutuldu. Bombardımandan sonra, küçük kalli porsiyonları 3 gün boyunca CIM'de kültürlendi ve 26 ± 2 oC'de karanlığa yerleştirildi. Daha sonra kallüsler, 60 mg/L genetikin içeren kallus seçim ortamında (CSM) kültürlendi, her 10 günde bir CSM'de alt kültürlendi ve 26 ± 2 oC'de karanlığa yerleştirildi.
30 gün sonra, sağlıklı kalliler, sürgünler elde etmek için 60 mg/L antibiyotik içeren bir rejenerasyon seçim ortamında (RSM) kültürlendi. Plakalar, kontrollü bir sıcaklıkta (26 ± 2 °C), 16 saat/8 saat açık/koyu fotoperiyotta, 500 μmol m-2 s-1 ışık yoğunluğunda ve kontrollü nemde 4 hafta boyunca bir büyüme odasına yerleştirildi35. Rejenere sağlık sürgünleri, cam kavanozlarda 60 mg/L antibiyotik içeren köklendirme seçim besiyerinde (RtSM) kültürlenmiş ve yukarıda belirtilen koşullar altında büyüme odasına yerleştirilmiştir. 4-6 hafta sonra, varsayılan transformantlar sterilize edilmiş kumlu toprak içeren küçük plastik kaplara aktarıldı ve yukarıda belirtilen koşullar altında büyüme odasına yerleştirildi. 10 günden fazla kallus seçim ortamında (CSM) alt kültürlemeye gerek yoktur.
Transgenik şeker kamışı bitkilerinin moleküler doğrulaması
Daha önce tarif edildiği gibi, genomik DNA, CTAB ekstraksiyon yöntemi36 kullanılarak varsayılan transgenik şeker kamışı bitkiciklerinin genç yapraklarından izole edildi. DNA kalitesi ve konsantrasyonu, bir NanoDrop spektrofotometresi ve agaroz jel elektroforezi kullanılarak değerlendirildi. Seçilebilir işaretleyici gen nptII (750 bp) ve transgen DREB1A'nın (651 bp) PCR amplifikasyonu, Tablo 1'de listelenen gene özgü primerler kullanılarak gerçekleştirildi. Her 25 μL PCR reaksiyonu, 1x PCR tamponu, 2.5 mM MgCl₂, her biri 0.2 mM dNTP, her primerden 0.4 μM, 1 U Taq DNA polimeraz, ~100 ng genomik DNA ve hacme göre deiyonize su içeriyordu. Reaksiyonlar aşağıdaki koşullar altında bir termocycler'da çalıştırıldı: 95 °C'de 3 dakika boyunca ilk denatürasyon; 30 saniye boyunca 94 °C, 30 saniye boyunca 58 °C, 45 saniye boyunca 72 °C'lik 35 döngü; ardından 72 °C'de 5 dakika boyunca son bir uzatma yapılır. PCR ürünleri% 1'lik bir agaroz jel üzerinde çözüldü ve amplifikasyonu doğrulamak için UV ışığı altında görselleştirildi. PCR pozitif (T0) transgenik bitkicikler daha sonra büyük toprak saksılara aktarıldı ve kontrollü bir sera ortamında olgunlaşana kadar sertleştirildi. Olgunlaştıktan sonra, rastgele seçilen beş PCR onaylı T₁ olayından kamış segmentleri, kuraklık stresi deneyi için yeterli klonal setler oluşturmak üzere 12 ay boyunca mikroparsellerde ekildi ve çoğaltıldı. NOT: nptII ve DREB1A genleri doğrulandıktan sonra, ek PCR amplifikasyonu yapılmadı.
DREB1A ekspresyon çalışması
Transgenik ve transgenik olmayan şeker kamışı bitkilerinin stresli yapraklarında DREB1A'nın nispi ekspresyonu, gerçek zamanlı PCR (qPCR) kullanılarak ölçüldü. Toplam RNA, üreticinin protokolüne göre ekstraksiyon reaktifi kullanılarak ~100 mg yaprak dokusundan izole edildi. RNA kalitesi, agaroz jel elektroforezi ile doğrulandı ve bir spektrofotometre kullanılarak ölçüldü. Her numune için, 2 μg RNA, oligo(dT) primerleri ile tedarikçinin talimatları izlenerek cDNA Sentez Kiti kullanılarak ters kopyalandı.
Elde edilen cDNA, gene özgü primerler kullanılarak 188 bp'lik bir DREB1A'yı amplifiye etmek için bir şablon olarak kullanıldı: ileri 5'-ACAGAGGAGTTCGTCGGAGA-3' ve ters 5'-GAGTCTCCAAGCCGAGTCAG-3'. Her 25 μL qPCR reaksiyonu, hacmi 25 μL'ye getirmek için 12.5 μL 2x SYBR Green qPCR Master Mix, her primerden 0.4 μM, 2 μL seyreltilmiş cDNA (~100 ng şablon) ve nükleaz içermeyen su içeriyordu. Reaksiyonlar, aşağıdaki program kullanılarak bir termal döngüleyici üzerinde üç kopya halinde gerçekleştirildi: 95 °C'de 5 dakika boyunca ilk denatürasyon, ardından 30 saniye boyunca 95 °C, 30 saniye boyunca 56 °C ve 30 saniye boyunca 72 °C'lik 40 döngü ve 72 °C'de 10 dakika boyunca son bir uzatma yapılır.
qPCR reaksiyonlarının verimliliğini ve doğrusallığını doğrulamak için, başlangıçta klonlanmış DREB1A fragmanını içeren plazmit DNA'nın 10 kat seri seyreltmeleri kullanılarak standart bir eğri oluşturuldu. Bununla birlikte, ekspresyon analizi için, 2−ΔΔCt yöntemi37 kullanılarak nispi niceleme yapıldı. Aktin geni endojen referans görevi gördü ve her transgenik hattaki DREB1A'nın ekspresyon seviyesi, vahşi tip kontrolünkine normalleştirildi. Tüm Ct değerleri, cihaz yazılımı tarafından önerilen otomatik taban çizgisi ve eşik ayarları kullanılarak toplandı. Yalnızca tek, keskin tepe noktalarına sahip erime eğrileri kabul edildi ve bu da özgüllüğü doğruladı. Doğru miktar tayini için yüksek kaliteli, bozulmamış RNA gerekliydi. Saf olmayan veya bozulmuş RNA örnekleri, cDNA sentezinin ve aşağı akış gen ekspresyon analizinin güvenilirliğinden ödün vermemek için hariç tutuldu.
Şeker kamışında DREB1A aracılı değişikliklerin incelenmesi: su stresi deneyi20,34
1 yıl sonra, transgenik ve transgenik olmayan (yabani tip) bitkilerin beş kamış segmentinin (iki düğüm/segment) üç kopyası, 18 kg toprak içeren toprak saksılara 5 cm derinliğe ekildi (ECe 1.34; SAR 2.72; pH 7.8). Üç su stresi rejimi: 0, 80 ve 60 FC uygulandı (Tablo 2). Şeker kamışı fotosentetik aktivitesi (P, N, E ve gs) ve bitki su ilişkileri (Ψw, Ψs ve RWC) 12 ay sonra incelenmiştir. Arıtmaların tutarlılığını etkileyeceği için yerleşik su rejimlerini değiştirmeyin.
Fotosentetik aktivitenin belirlenmesi
180 günlük su stresinden sonra, gaz değişim parametreleri - fotosentetik hız (PN), terleme hızı (E) ve stoma iletkenliği (gs) - taşınabilir bir el fotosentez sistemi kullanılarak hem transgenik hem de vahşi tip şeker kamışı bitkilerinde ölçüldü. Ölçümler 09:00 ile 11:00 saatleri arasında her bitkinin tepesinden tamamen genişletilmiş üçüncü yaprak kullanılarak yapıldı. Seçilen yaprak, yerleşik şeffaf yaprak haznesine (3 cm2 kelepçe alanı) nazikçe yerleştirildi ve kırışma veya tıkanma olmadan tam temas sağlandı. Ortam koşulları sistem tarafından gerçek zamanlı olarak kaydedilirken, ışık yoğunluğu doğal güneş ışığı altında yaklaşık 1.000 μmol m-2 s-1'de tutuldu. Cihazın, CO2 asimilasyonu ve su buharı değişimi için kararlı durum okumaları elde edilene kadar 30-60 saniye dengelenmesine izin verildi. Cihazın dahili sensörleri yaprak sıcaklığını, bağıl nemi ve ortamdakiCO2 konsantrasyonunu otomatik olarak kaydetti. Her genotip ve tedavi için, ölçümler biyolojik olarak bağımsız en az üç bitki üzerinde tekrarlandı ve veriler dahili olarak saklandı ve daha sonra analiz için dışa aktarıldı. Verilerin güvenilirliğini sağlamak için kopyalar arasında tutarlı çevresel koşulların korunmasına özen gösterildi.
Yaprak su potansiyeli ve ozmotik potansiyelin belirlenmesi
Bitkilerin tepesinden tamamen genişlemiş üçüncü yaprağın su potansiyeli (Ψw), Scholander tipi basınç odası kullanılarak belirlendi. Yapraklar daha sonra 1.5 mL'lik tüplerde -20 o C'dedonduruldu ve donmuş yapraklardan elde edilen hücre özsuyu, Osmometre kullanılarak ozmotik potansiyeli (Ψs) analiz etmek için kullanıldı.
Yaprak bağıl su içeriğinin belirlenmesi
Transgenik ve yabani tip bitki yapraklarının su içeriği detaylı olarak incelenmiştir. Yaprakların taze ağırlıkları ölçüldü ve yapraklar gece boyunca damıtılmış suya batırıldı. Daha sonra yaprakların şişkin ağırlığı kaydedildi, kuru ağırlık ise yapraklar 70 °C'de 72 saat inkübe edilerek belirlendi. Yaprak RWC aşağıdaki formül kullanılarak hesaplandı:
NOT: Bir ozmometre kullanarak ozmotik potansiyeli doğru bir şekilde analiz etmek için, su potansiyeli belirlendikten sonra yapraklar -20 °C'de dondurulmalıdır.
Verim öznitelikleri
Şeker kamışı verim özellikleri, kamış yüksekliği (cm), çap, öğütülebilir kamış sayısı, brix (%) ve sürgün ve kök biyokütlesi gibi hasat aşamasında ölçülmüştür.
İstatistiksel analizler
Saha deneyleri (bir çit kullanılarak kontrol edilir), tedavi başına üç tekrarlı (kopya başına beş bitki; n = 15) Rastgele Komple Blok Tasarım düzeni kullanılarak gerçekleştirildi. Farklı agronomik ve fizyolojik özelliklerdeki değişiklikleri P ≤ 0.05 anlamlılık düzeyinde analiz etmek için iki yönlü bir varyans analizi yapıldı.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Sonuçlar
Şeker kamışı transgenik hatlarının moleküler karakterizasyonu
rd29A: DREB1A ekspresyon kaseti, bitki tarafından ifade edilebilen ikili vektör pGA482'de (Şekil 1) oluşturuldu ve klonlandı, bu daha sonra biyolistik aracılı transformasyon tekniği kullanılarak şeker kamışı genomuna dönüştürüldü ve tarif edildiği gibi transgenik şeker kamışı bitkiciklerini başarıyla geliştirdi (Şekil 2). Şeker kamışı hatlarında transgenlerin varlığı, sıra...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tartışma
Dünya çapında kuraklığa eğilimli bölgelerin devam eden genişlemesi nedeniyle bitkilerde su stresi toleransının geliştirilmesi çok önemlidir. Potansiyel olarak uygulanabilir bir biyoteknolojik yaklaşım olarak, transgenik şeker kamışı hatlarında DREB1A'nın su stresi toleransındaki rolünü inceledik. Önceki çalışmalar, DREB1A transkripsiyon faktörünün, abiyotik strese tolerans kazandıran çoklu genlerin ekspresyonunu indüklemedeki rolünü bildirmiştir 28,38,39,40,41.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Açıklamalar
Yazarların beyan edecekleri herhangi bir çıkar çatışması yoktur.
Teşekkürler
Prenses Nourah bint Abdulrahman Üniversitesi Araştırmacıları Projeyi Destekliyor numarası (PNURSP2025R39), Princess Nourah bint Abdulrahman Üniversitesi, Riyad, Suudi Arabistan.
VERİ KULLANILABİLİRLİĞİ:
Tüm veriler bu yazıda verilmiştir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Malzemeler
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Klonlama vektörü, pTZ57R/T | Fermentas, Vilnius, Litvanya | ||
| Kızılötesi Gaz Değişim Analizörü | Bio-Rad, Kaliforniya, ABD | ||
| Ozmometre | Bio-Rad, Kaliforniya, ABD | ||
| PCR makinesi | Bio-Rad, Kaliforniya, ABD | ||
| PDS-1000/He Biyolistik tabanca | ThermoFisher Sceintific Inc, ABD | ||
| Gerçek zamanlı PCR | ThermoFisher Sceintific Inc, ABD | ||
| RevertAid cDNA Sentez Kiti | CI-340, CID Bio-Science, Inc., ABD | ||
| Scholander tipi basınç odası | Skye enstrümanları, Llandrindod Wells, Birmingham, Birleşik Krallık | ||
| TRIzol reaktifi | Wescor-5500, Logan, Utah, ABD |
Kaynaklar
- Ali, S., et al. Climate change and its impact on the yield of major food crops: evidence from Pakistan. Foods. 6 (6), 39(2017).
- Farooq, N., Gheewala, S. H. Water use and deprivation potential for sugarcane cultivation in Pakistan. Journal of Sustainable Energy & Environment. 10, 33-93 (2019).
- Grass Phylogeny Working Group. Phylogeny and subfamilial classification of the grasses (Poaceae). Ann Mo Bot Gard. 88 (3), 373-457 (2001).
- Gibson, D. Grasses and grassland ecology. , Oxford University Press. New York. (2009).
- CarmoSilva, A. E., Powers, S. J., Keys, A. J., Arrabaça, M. C., Parry, M. A. Photorespiration in C grasses remains slow under drought conditions. Plant Cell Environ. 31 (7), 925-940 (2008).
- Pinto, H., Powell, J. R., Sharwood, R. E., Tissue, D. T., Ghannoum, O. Variations in nitrogen use efficiency reflect the biochemical subtype while variations in water use efficiency reflect the evolutionary lineage of C4 grasses at interglacial CO2. Plant Cell Environ. 39 (3), 514-526 (2016).
- Jobe, T. O., Zenzen, I., Rahimzadeh Karvansara, P., Kopriva, S. Integration of sulfate assimilation with carbon and nitrogen metabolism in transition from C3 to C4 photosynthesis. J Exp Bot. 70 (16), 4211-4221 (2019).
- Ye, Z. P., et al. Quantifying light response of leafscale wateruse efficiency and its interrelationships with photosynthesis and stomatal conductance in C3 and C4 species. Front Plant Sci. 11, 374(2020).
- Dingre, S., Gorantiwar, S. Determination of the water requirement and crop coefficient values of sugarcane by field waterbalance method in a semiarid region. Agric Water Manag. 232, 106042(2020).
- Hess, T. M., et al. A sweet deal? Sugarcane, water and agricultural transformation in subSaharan Africa. Global Environmental Change. 39, 181-194 (2016).
- Tammisola, J. Towards much more efficient biofuel crops-can sugarcane pave the way. GM Crops. 1 (4), 181-198 (2010).
- Pissolato, M. D., et al. Enhanced nitric oxide synthesis through nitrate supply improves drought tolerance of sugarcane plants. Front Plant Sci. 11, 970(2020).
- Diniz, C. A., et al. RB0442drought tolerant sugarcane cultivar. Crop Breed Appl Biotechnol. 19 (4), 466-470 (2019).
- Deng, Q., Dou, Z., Chen, J., Wang, K., Shen, W. Drought tolerance evaluation of intergeneric hybrids of BC3F1 lines of Saccharum officinarum × Erianthus arundinaceus. Euphytica. 215 (12), 1-13 (2019).
- Shahid, M., Khan, F., Saeed, A., Fareed, I. Variability of red rotresistant somaclones of sugarcane genotype S97US297 assessed by RAPD and SSR. Genet Mol Res. 10 (3), 1831-1849 (2011).
- Khan, M. A., et al. Evaluation of new sugarcane genotypes developed through fuzz: correlation of cane yield and yield components. Pakistan J Applied Sci. 3 (4), 270-273 (2003).
- De Paiva Rolla, A. A., et al. Phenotyping soybean plants transformed with RD29A:AtDREB1A for drought tolerance in the greenhouse and field. Transgenic Res. 23 (1), 75-87 (2014).
- Bihmidine, S., et al. Activity of the Arabidopsis RD29A and RD29B promoter elements in soybean under water stress. Planta. 237 (1), 55-64 (2013).
- Chaves, M., Davies, B. Drought effects and water use efficiency: improving crop production in dry environments. Funct Plant Biol. 37 (2), iii-vi (2010).
- Raza, G., et al. Overexpression of an H+PPase gene from Arabidopsis in sugarcane improves drought tolerance, plant growth and photosynthetic responses. Turkish J Biol. 40 (1), 109-119 (2016).
- Augustine, S. M., et al. Overexpression of EaDREB2 and pyramiding of EaDREB2 with the pea DNA helicase gene (PDH45) enhance drought and salinity tolerance in sugarcane (Saccharum spp. hybrid). Plant Cell Rep. 34 (2), 247-263 (2015).
- Reis, R. R., et al. Induced overexpression of AtDREB2ACA improves drought tolerance in sugarcane. Plant Sci. 221 - 222, 59-68 (2014).
- Molinari, H. B. C., et al. Evaluation of the stressinducible production of proline in transgenic sugarcane (Saccharum spp.): osmotic adjustment, chlorophyll fluorescence and oxidative stress. Physiologia Plantarum. 130 (2), 218-229 (2007).
- Zhang, S. Z., et al. Expression of the Grifola frondosa trehalose synthase gene and improvement of droughttolerance in sugarcane (Saccharum officinarum L.). J Integr Plant Biol. 48 (4), 453-459 (2006).
- Iwasaki, T. The dehydrationinducible RD17 (COR47) gene and its promoter region in Arabidopsis thaliana (accession no. AB004872). Plant Physiol. 115, 1287(1997).
- YamaguchiShinozaki, K., Shinozaki, K. A novel cisacting element in an Arabidopsis gene is involved in responsiveness to drought, lowtemperature or highsalt stress. Plant Cell. 6 (2), 251-264 (1994).
- Li, X., et al. Heterologous expression of the Arabidopsis DREB1A/CBF3 gene enhances drought and freezing tolerance in transgenic Lolium perenne plants. Plant Biotechnol Rep. 5, 61-69 (2011).
- Saint Pierre, C., Crossa, J. L., Bonnett, D., YamaguchiShinozaki, K., Reynolds, M. P. Phenotyping transgenic wheat for drought resistance. J Exp Botany. 63 (5), 1799-1808 (2012).
- Qin, F., et al. Regulation and functional analysis of ZmDREB2A in response to drought and heat stresses in Zea mays L. Plant J. 50 (1), 54-69 (2007).
- Shinozaki, K., YamaguchiShinozaki, K. Molecular responses to drought and cold stress. Curr Opin Biotechnol. 7 (2), 161-167 (1996).
- Kasuga, M., Liu, Q., Miura, S., YamaguchiShinozaki, K., Shinozaki, K. Improving plant drought, salt and freezing tolerance by gene transfer of a single stressinducible transcription factor. Nat Biotechnol. 17 (3), 287-291 (1999).
- Morran, S., et al. Improvement of stress tolerance of wheat and barley by modulation of expression of DREB/CBF factors. Plant Biotechnol J. 9 (2), 230-249 (2011).
- Liu, Q., et al. Two transcription factors, DREB1 and DREB2, with an EREBP/AP2 DNAbinding domain separate two cellular signal transduction pathways in drought and lowtemperatureresponsive gene expression, respectively, in Arabidopsis. Plant Cell. 10 (8), 1391-1406 (1998).
- Raza, G. Engineering drought tolerance in sugarcane (Saccharum officinarum L.). , QuaidiAzam University. Islamabad, Pakistan. (2013).
- Basso, M. F., et al. Improved genetic transformation of sugarcane (Saccharum spp.) embryogenic callus mediated by Agrobacterium tumefaciens. Curr Protoc Plant Biol. 2 (3), 221-239 (2017).
- Richards, E., Reichardt, M., Rogers, S. Preparation of genomic DNA from plant tissue. Curr Protoc Mol Biol. 27 (1), 2.3.1-2.3.7 (1994).
- Livak, K. J., Schmittgen, T. D. Analysis of relative gene expression data using realtime quantitative PCR and the 2^-ΔΔCT method. Methods. 25 (4), 402-408 (2001).
- Blum, A. Drought resistance, wateruse efficiency and yield potential-are they compatible, dissonant or mutually exclusive. Australian J Agricultural Res. 56 (11), 1159-1168 (2005).
- Pinto, R. S., et al. Heat and drought adaptive QTL in a wheat population designed to minimize confounding agronomic effects. Theor Appl Genet. 121 (6), 1001-1021 (2010).
- Li, T., et al. a DREBbinding transcription factor from Daucus carota, enhances drought tolerance in transgenic Arabidopsis thaliana and modulates lignin levels by regulating ligninbiosynthesisrelated genes. Environ Exp Bot. 169, 103896(2020).
- Nie, J., et al. The AP2/ERF transcription factor CmERF053 of Chrysanthemum positively regulates shoot branching, lateral root and drought tolerance. Plant Cell Rep. 37, 1049-1060 (2018).
- Kasuga, M., Miura, S., Shinozaki, K., YamaguchiShinozaki, K. A combination of the Arabidopsis DREB1A gene and stressinducible RD29A promoter improved drought and lowtemperature stress tolerance in tobacco by gene transfer. Plant Cell Physiol. 45 (3), 346-350 (2004).
- Datta, K., et al. Overexpression of Arabidopsis and rice stressgeneinducible transcription factors confers drought and salinity tolerance to rice. Plant Biotechnol J. 10 (5), 579-586 (2012).
- Ravikumar, G., et al. Stressinducible expression of AtDREB1A transcription factor greatly improves drought stress tolerance in transgenic indica rice. Transgenic Res. 23 (3), 421-439 (2014).
- BhatnagarMathur, P., et al. Stressinducible expression of AtDREB1A in transgenic peanut (Arachis hypogaea L.) increases transpiration efficiency under waterlimiting conditions. Plant Cell Rep. 26, 2071-2082 (2007).
- Qin, F., et al. Cloning and functional analysis of a novel DREB1/CBF transcription factor involved in coldresponsive gene expression in Zea mays L. Plant Cell Physiol. 45 (8), 1042-1052 (2004).
- Pellegrineschi, A., et al. Stressinduced expression in wheat of the Arabidopsis thaliana DREB1A gene delays water stress symptoms under greenhouse conditions. Genome. 47 (3), 493-500 (2004).
- Li, X. P., et al. Soybean DREbinding transcription factors that are responsive to abiotic stresses. Theor Appl Genetics. 110, 1355-1362 (2005).
- Gao, S. Q., et al. A cotton (Gossypium hirsutum) DREbinding transcription factor gene, GhDREB, confers enhanced tolerance to drought, high salt and freezing stresses in transgenic wheat. Plant Cell Rep. 28, 301-311 (2009).
- Dubouzet, J. G., et al. OsDREB genes in rice (Oryza sativa L.) encode transcription activators that function in drought, highsalt and coldresponsive gene expression. Plant J. 33 (4), 751-763 (2003).
- Morgan, J. M. Osmoregulation and water stress in higher plants. Annu Rev Plant Physiol. 35, 299-319 (1984).
- Gupta, A. S., Berkowitz, G. A. Osmotic adjustment, symplast volume and nonstomatal water stress inhibition of photosynthesis in wheat. Plant Physiol. 85 (4), 1040-1047 (1987).
- Gunasekera, D., Berkowitz, G. A. Evaluation of contrasting cellularlevel acclimation responses to leaf water deficits in three wheat genotypes. Plant Sci. 86 (1), 1-12 (1992).
- Brini, F., Hanin, M., Mezghani, I., Berkowitz, G. A., Masmoudi, K. Overexpression of wheat Na⁺/H⁺ antiporter TNHX1 and H⁺pyrophosphatase TVP1 improve salt and droughtstress tolerance in Arabidopsis thaliana plants. J Exp Bot. 58 (2), 301-308 (2007).
- Vadez, V., Rao, S., Sharma, K., BhatnagarMathur, P., Devi, M. J. DREB1A allows for more water uptake in groundnut by a large modification in the root/shoot ratio under water deficit. Journal of SAT Agricultural Research. 5 (1), 1-5 (2007).
- Vadez, V., Rao, J. S., BhatnagarMathur, P., Sharma, K. DREB1A promotes root development in deep soil layers and increases water extraction under water stress in groundnut. Plant Biol. 15 (1), 45-52 (2013).
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.