Влияние фитогормонов на экспрессию генов USP в проростках Arabidopsis thaliana
Аннотация
Универсальные стрессовые белки (Universal Stress Proteins, USP) являются потенциальными участниками процессов, контролирующих морфогенез растений, в которых важная роль отводится фитогормонам. В данном исследовании был выполнен поиск генов USP Arabidopsis thaliana, изменяющих свою экспрессию в ответ на действие фитогормонов. Выявлены 15 генов USP, экспрессия которых дифференциально регулируется двумя и более фитогормонами. Причем, накопление транскриптов у большинства из исследованных генов наблюдали при действии гормонов, участвующих в формировании устойчивости растений к стрессу – абсцизовой кислоты, этилена и метилжасмоната. В то же время ауксины и гиббереллины – гормоны, регулирующие рост растений, – подавляли экспрессию изученных генов USP. Полученные результаты выявили потенциальные гены USP, чья функциональная активность напрямую или опосредовано может быть связана с фитогормон-зависимыми процессами, обеспечивающими жизнедеятельность растений в нормальных и стрессовых условиях.
Ключевые слова
абсцизовая кислота,
ауксины,
гиббереллины,
метилжасмонат,
универсальные стрессовые белки,
этилен,
Arabidopsis thaliana,
GRUSP
При поддержке: Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках научного проекта № 19-34-90017. Работа осуществлена без использования животных и без привлечения людей в качестве испытуемых. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Об авторах
Д. С. Горшкова
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Институт физиологии растений имени К.А. Тимирязева, Российская академия наук
Россия
Россия
Горшкова Дарья Сергеевна – аспирант, мл. науч. сотр. кафедры физиологии растений биологического факультета; мл. науч. сотр. лаборатории экспрессии генома
119234, г. Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12;
127276, г. Москва, ул. Ботаническая, д. 35
Тел.: 8-499-678-54-25
Е. С. Пожидаева
Институт физиологии растений имени К.А. Тимирязева, Российская академия наук
Россия
Россия
Пожидаева Елена Станиславовна – канд. биол. наук, ст. науч. сотр. лаборатории экспрессии генома
127276, г. Москва, ул. Ботаническая, д. 35
Тел.: 8-499-678-54-25
Список литературы
1. Kerk D., Bulgrien J., Smith D.W., Gribskov M. Arabidopsis proteins containing similarity to the universal stress protein domain of bacteria // Plant Physiol. 2003. Vol. 131. N 3. P. 1209–1219.
2. Nyström T., Neidhardt F.C. Expression and role of the universal stress protein, UspA, of Escherichia coli during growth arrest // Mol. Microbiol. 1994. Vol. 11. N 3. P. 537–544.
3. Vollmer A.C., Bark S.J. Twenty-five years of investigating the universal stress protein: function, structure, and applications // Adv. Appl. Microbiol. 2017. Vol. 102. P. 1–36.
4. Chi Y.H., Koo S.S., Oh H.T., Lee E.S., Park J.H., Phan K.A.T., Wi S.D., Bae S.B., Paeng S.K., Chae H.B., Kang C.H., Kim M.G., Kim W.-Y., Yun D.-J., Lee S.Y. The physiological functions of universal stress proteins and their molecular mechanism to protect plants from environmental stresses // Front. Plant. Sci. 2019. Vol. 10: 750.
5. Bhuria M., Goel P., Kumar S., Singh A.K. Genomewide identification and expression profiling of genes encoding universal stress proteins (USP) identify multistress responsive USP genes in Arabidopsis thaliana // Plant Physiol. Rep. 2019. Vol. 24. N 3. P. 434–445.
6. Jung Y.J., Melencion S.M.B., Lee E.S., Park J.H., Alinapon C.V., Oh H.T., Yun D.-J., Chi Y.N., Lee S.Y. Universal stress protein exhibits a redox-dependent chaperone function in Arabidopsis and enhances plant tolerance to heat shock and oxidative stress // Front. Plant. Sci. 2015. Vol. 6: 1141.
7. Melencion S.M.B., Chi Y.H., Pham T.T., Paeng S.K., Wi S.D., Lee C., Ryu S.W., Koo S.S., Lee S.Y. RNA chaperone function of a universal stress protein in Arabidopsis confers enhanced cold stress tolerance in plants // Int. J. Mol. Sci. 2017. Vol. 18. N 12: 2546.
8. Verma V., Ravindran P., Kumar P.P. Plant hormonemediated regulation of stress responses // BMC Plant Biol. 2016. Vol. 16: 86.
9. Bhuria M., Goel P., Kumar S., Singh A.K. The promoter of AtUSP is co-regulated by phytohormones and abiotic stresses in Arabidopsis thaliana // Front. Plant. Sci. 2016. Vol. 7: 1957.
10. Gorshkova D.S., Getman I.A., Voronkov A.S., Chizhova S.I., Kuznetsov Vl.V., Pojidaeva E.S. The gene encoding the Universal Stress Protein AtUSP is regulated by phytohormones and involved in seed germination of Arabidopsis thaliana // Dokl. Biochem. Biophys. 2018. Vol. 479. N 1. P. 105–107.
11. Sauter M., Rzewuski G., Marwedel T., Lorbiecke R. The novel ethylene-regulated gene OsUSP1 from rice encodes a member of a plant protein family related to procaryotic universal stress proteins // J. Exp. Bot. 2002. Vol. 53. N 379. P. 2325–2331.
12. Lee L.Y.C., Hou X., Fang L., Fan S., Kumar P.P., Yu H. STUNTED mediates the control of cell proliferation by GA in Arabidopsis // Development. 2012. Vol. 139. N 9. P. 1568–1576.
13. Gorshkova D.S., Pojidaeva E.S. Members of the Universal Stress Protein family are indirectly involved in gibberellin-dependent regulation of germination and postgermination growth // Russ. J. Plant Physiol. 2021. Vol. 68. N 3. P. 451–462.
14. Gorshkova D.S., Getman I.A., Sergeeva L.I., Kuznetsov Vl.V., Pojidaeva E.S. GRUSP, an universal stress protein, is involved in gibberellin-dependent induction of flowering in Arabidopsis thaliana // Dokl. Biochem. Biophys. 2021. Vol. 499. N 1. P. 233–237.
15. Winter D., Vinegar B., Nahal H., Ammar R., Wilson G.V., Provart N.J. An “Electronic Fluorescent Pictograph” browser for exploring and analyzing large-scale biological data sets // PLoS One. 2007. Vol. 8: 718.
16. Zentella R., Zhang Z.-L., Park M., Thomas S.G., Endo A., Murase K., Fleet C.M., Jikumaru Y., Nambara E., Kamiya Y., Sun T.-P. Global analysis of DELLA direct targets in early gibberellin signaling in Arabidopsis // Plant Cell. 2007. Vol. 19. N 10. P. 3037–3057.
17. Uno Y., Furihata T., Abe H., Yoshida R., Shinozaki K., Yamaguchi-Shinozaki K. Arabidopsis basic leucine zipper transcription factors involved in an abscisic acid-dependent signal transduction pathway under drought and high-salinity conditions // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000. Vol. 97. N 21. P. 11632–11637.
18. Tatematsu K., Kumagai S., Muto H., Sato A., Watahiki M.K., Harper R.M., Liscum E., Yamamotoa K.T. MAS-SUGU2 encodes Aux/IAA19, an auxin-regulated protein that functions together with the transcriptional activator NPH4/ARF7 to regulate differential growth responses of hypocotyl and formation of lateral roots in Arabidopsis thaliana // Plant Cell. 2004. Vol. 16. N 2. P. 379–393.
19. McGrath K.C., Dombrecht B., Manners J.M., Schenk P.M., Edgar C.I., Maclean D.J., Scheible W.-R., Udvardi M.K., Kazan K. Repressorand activator-type ethylene response factors functioning in jasmonate signaling and disease resistance identified via a genome-wide screen of Arabidopsis transcription factor gene expression // Plant Physiol. 2005. Vol. 139. N 2. P. 949–959.
20. Solano R., Stepanova A., Chao Q., Ecker J.R. Nuclear events in ethylene signaling: a transcriptional cascade mediated by ETHYLENE-INSENSITIVE3 and ETHYLENE-RESPONSE-FACTOR1 // Genes Dev. 1998. Vol. 12. N 23. P. 3703–3714.
21. Corbineau F., Xia Q., Bailly C., El-MaaroufBouteau H. Ethylene, a key factor in the regulation of seed dormancy // Front. Plant Sci. 2014. Vol. 5: 539.
22. Gepstein S., Sabehi G., Carp M.-J., Hajouj T., Nesher M.F.O., Yariv I., Dor C., Bassani M. Large-scale identification of leaf senescence-associated genes // Plant J. 2003. Vol. 36. N 5. P. 629–642.
23. Song L., Liu D. Ethylene and plant responses to phosphate deficiency // Front. Plant. Sci. 2015. Vol. 6: 796.
24. Bari R., Pant B.D., Stitt M., Scheible W.-R. PHO2, microRNA399, and PHR1 define a phosphate-signaling pathway in plants // Plant Physiol. 2006. Vol. 141. N 3. P. 988–999.
25. Khan G.A., Vogiatzaki E., Glauser G., Poirier Y. Phosphate deficiency induces the jasmonate pathway and enhances resistance to insect herbivory // Plant Physiol. 2016. Vol. 171. N 1. P. 632–644.
26. Mandaokar A., Dinesh Kumar V., Amway M., Browse J. Microarray and differential display identify genes involved in jasmonate-dependent anther development // Plant Mol. Biol. 2003. Vol. 52. N 4. P. 775–786.
27. Goda H., Sawa S., Asami T., Fujioka S., Shimada Y., Yoshida S. Comprehensive comparison of auxin-regulated and brassinosteroid-regulated genes in Arabidopsis // Plant Physiol. 2004. Vol. 134. N 4. P. 1555–1573.
28. Nakabayashi K., Okamoto M., Koshiba T., Kamiya Y., Nambara E. Genome-wide profiling of stored mRNA in Arabidopsis thaliana seed germination: epigenetic and genetic regulation of transcription in seed // Plant J. 2005. Vol. 41. N 5. P. 697–709.
29. Reeves W.M., Lynch T.J., Mobin R., Finkelstein R.R. Direct targets of the transcription factors ABAInsensitive(ABI)4 and ABI5 reveal synergistic action by ABI4 and several bZIP ABA response factors // Plant Mol. Biol. 2011. Vol. 75. N 4–5. P. 347–363.
Рецензия
Для цитирования:
Горшкова Д.С., Пожидаева Е.С. Влияние фитогормонов на экспрессию генов USP в проростках Arabidopsis thaliana. Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. 2021;76(4):241-249.
For citation:
Gorshkova D.S., Pojidaeva E.S. The effect of phytohormones on the expression of USP encoding genes in Arabidopsis thaliana seedlings. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya. 2021;76(4):241-249. (In Russ.)
Просмотров:
326
Послать статью по эл. почте 