Благодаря новому исследованию теперь расширен набор инструментов для использования промоторов в биотехнологии в целях селекции жароустойчивых сельскохозяйственных культур.
Изменение климата, вызванное усилением человеческой активности со времен промышленной революции, представляет собой непосредственную и далеко идущую угрозу. Следовательно, тепловой стресс стал все более частой проблемой в растениеводстве. Высокие температуры могут значительно изменять рост и развитие растений на морфологическом, физиологическом и молекулярном уровнях. В ответ на тепловой стресс растения вырабатывают белки теплового шока, которые необходимы для поддержания клеточного гомеостаза, сохраняя конформацию белков и предотвращая агрегацию нефункциональных белков. Понимание, как работает этот механизм, позволит разрабатывать жароустойчивые культуры с использованием методов биоинженерии.
В новом исследовании, проведенном учеными из Центра передовых инноваций в области биоэнергетики и биопродуктов (CABBI) Университета Флориды, были охарактеризованы четыре различных промотора белков теплового шока (heat shock protein, HSP) растений в вегетативных тканях стабильно трансформированного сахарного тростника для оценки их эффективности и пространственных профилей экспрессии при направленной экспрессии репортерного гена uidA.
Сахарный тростник (гибрид Saccharum spp.) является источником 40% мирового биотоплива и 80% мирового производства столового сахара. Однако проблемы, связанные с полиплоидным геномом сахарного тростника, делают традиционные методы селекции трудоемкими и вместе с тем ставят сахарный тростник в перечень идеальных кандидатов для молекулярного улучшения и исследований.
Индуцированная нагреванием активность репортерного гена в средних срезах стебля однокопийных трансгенных линий, содержащих pZmHSP17.7, pHvHSP17 или pZmHSP26, превышала активность uidA, полученную из pZmUbi, в 9,7, 3,8 и 3,0 раза соответственно, с индукцией в 346–3672 раза по сравнению с контрольными условиями.
Большинство промоторов демонстрировали пиковую экспрессию в средних отделах стебля, в то время как pHvHSP17 был наиболее активен в верхушках стебля. Гистохимический анализ показал, что pZmHSP17.7 и pHvHSP17 были активны как в паренхимных клетках, так и в сосудистых пучках стеблей сахарного тростника.
Данное исследование позволило получить новые количественные данные о временной и пространственной экспрессии промоторов HSP в сахарном тростнике, тем самым расширив набор инструментов для использования промоторов в биотехнологии сельскохозяйственных культур.
Полученные результаты послужат основой для исследований функций генов и применения биотехнологий, включая устойчивость к тепловому стрессу, контролируемую экспрессию трансгенов, точное редактирование генов и сложную метаболическую инженерию.
Источник: University of Illinois at Urbana-Champaign.