Алгоритм отбора генов-кандидатов для дальнейшей оценки их экспрессии в волокнах льна-долгунца и поиска корреляции с качеством льноволокна
DOI:
https://doi.org/10.7868/S3034519726010024Ключевые слова:
лен-долгунец, флоэмные волокна, третичная клеточная стенка, экспрессия геновАннотация
Растущий интерес к генетическим исследованиям в области сельского хозяйства и растениеводства, особенно в контексте улучшения качества волокна льна-долгунца, диктует необходимость поиска генетических маркеров качества волокна, а также мишеней для его генетического улучшения, что представляет собой важную научную и практическую задачу. Разработка алгоритма отбора генов-кандидатов для оценки их экспрессии и корреляции с качеством волокна способствует более глубокому пониманию молекулярных механизмов, лежащих в основе формирования клеточных стенок и, в конечном итоге, улучшению селекционных процессов. В статье представлен алгоритм отбора генов-кандидатов для дальнейшей оценки их экспрессии в волокнах льна-долгунца и поиска корреляции с качеством льноволокна. Для достижения цели использовали базу данных экспрессии генов льна в различных тканях и на разных стадиях развития. На первом этапе отобраны 150 генов, активирующихся в волокнах на этапе формирования третичной (утолщенной и целлюлозообогащенной) клеточной стенки по сравнению с растущими волокнами, ксилемной тканью и листьями. Далее из списка были исключены гены, активные в корнях и верхушках побегов. Затем оценили экспрессию отобранных генов в различных генотипах растений льна: долгунце, масличном и диком виде, что позволило сформировать список из 38 генов, подходящих для поиска маркеров качества. Среди генов, специфично активированных в волокнах льна-долгунца, были гены, продукты которых связаны с метаболизмом ключевого пектина клеточной стенки (рамногалактуронана I), метаболизмом липидов, транспортом веществ (включая транспортер инозитола), а также гены факторов транскрипции basic helix-loop-helix (BHLH). Эти гены могут быть использованы в молекулярно-генетических работах, направленных на поиск маркеров и SNP, а также функциональных исследованиях, что имеет важное значение для улучшения качества льноволокна.
Библиографические ссылки
1. Ageeva M.V., Petrovska B., Kieft H. et al. Intrusive growth of flax phloem fibers is of intercalary type // Planta. 2005. Vol. 222. No. 4. P. 565–574. https://doi.org/10.1007/s00425-005-1536-2.
2. Akin D.E. Standards for flax fiber // Standardization News. 2005. Vol. 33. No. 9. P. 22–25.
3. Cloutier S., Ragupathy R., Miranda E. et al. Integrated consensus genetic and physical maps of flax (Linum usitatissimum L.) // Theoretical and Applied Genetics. 2012. Vol. 125. No. 8. P. 1783–1795. https://doi.org/10.1007/s00122-012-1953-0.
4. Dmitriev A.A., Krasnov G.S., Rozhmina T.A. et al. Differential gene expression in response to Fusarium oxysporum infection in resistant and susceptible genotypes of flax (Linum usitatissimum L.) // BMC Plant Biology. 2017. Vol.17. P. 253. https://doi.org/10.1186/s12870-017-1192-2.
5. Esau K. Vascular differentiation in the vegetative shoot of Linum. III. The origin of the bast fibers // American Journal of Botany. 1943. Vol. 30. No. 8. P. 579–586. https://doi.org/ 10.1002/j.1537-2197.1943.tb10302.x.
6. Felten J., Vahala J., Love J. et al. Ethylene signaling induces gelatinous layers with typical features of tension wood in hybrid aspen // New Phytologist. 2018. Vol. 218. No. 3. P. 999–1014. https://doi.org/10.1111/nph.15078.
7. Galinousky D., Mokshina N., Padvitski T. et al. The toolbox for fiber flax breeding: a pipeline from gene expression to fiber quality // Frontiers in Genetics. 2020. Vol. 11. P. 589881. https://doi.org/10.3389/fgene.2020.589881.
8. Gorshkov O., Mokshina N., Gorshkov V. et al. Transcriptome portrait of cellulose-enriched flax fibers at advanced stage of specialization // Plant Molecular Biology. 2017. Vol. 93. No. 4-5. P. 431–449. https://doi.org/10.1007/s11103-016-0571-7.
9. Gorshkova T., Chernova T., Mokshina N. et al. Plant “muscles”: fibers with a tertiary cell wall // New Phytologist. 2018. Vol. 218. No. 1. P. 66–72. https://doi.org/10.1111/nph.14997.
10. Gorshkova T., Chernova T., Mokshina N. et al. Transcriptome analysis of intrusively growing flax fibers isolated by laser microdissection // Scientific Reports. 2018. Vol. 8. P. 14570. https://doi.org/10.1038/s41598-018-32869-2.
11. Gorshkova T., Mokshina N., Mitsuda N., Gorshkov O. Key stages of flax bast fiber development through the prism of transcriptomics // The Flax Genome Compendium of Plant Genomes / Eds. F. M. You, B. Fofana. Cham: Springer, 2023. P. 149–198. https://doi.org/10.1007/978-3-031-16061-5_8.
12. Jawaid M., Khalil A. Cellulosic/synthetic fibre reinforced polymer hybrid composites: a review // Carbohydrate Polymers. 2011. Vol. 86. No. 1. P. 1–18. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.04.043.
13. Kumar S., You F. M., Cloutier S. Genome wide SNP discovery in flax through next generation sequencing of reduced representation libraries // BMC Genomics. 2012. Vol. 13. P. 684. https://doi.org/10.1186/1471-2164-13-684.
14. Loewus F.A. Inositol and Plant Cell Wall Polysaccharide Biogenesis // Biology of Inositols and Phosphoinositides: Subcellular Biochemistry / Eds A. L. Majumder, B. B. Biswas. Boston: Springer, 2006. P. 21–45. https://doi.org/10.1007/0-387-27600-9_2.
15. Mokshina N., Gorshkov O., Takasaki H. et al. FIBexDB: a new online transcriptome platform to analyze development of plant cellulosic fibers // The New Phytologist. 2021. Vol. 231. No. 2. P. 512–515. https://doi.org/10.1111/nph.17405.
16. Oh J., Park E., Song K. et al. PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR8 inhibits phytochrome A-mediated far-red light responses in Arabidopsis // The Plant Cell. 2020, Vol. 32. No. 1. P. 186–205. https://doi.org/10.1105/tpc.19.00515.
17. Seung D., Soyk S., Coiro M. et al. PROTEIN TARGETING TO STARCH is required for localising GRANULE-BOUND STARCH SYNTHASE to starch granules and for normal amylose synthesis in Arabidopsis // PLoS Biol. 2015. Vol. 13. No. 2. P. e1002080. https://doi.org/ 10.1371/journal.pbio.1002080.
18. Shin K., Lee S., Song W.Y. et al. Genetic identification of ACC-RESISTANT2 reveals involvement of LYSINE HISTIDINE TRANSPORTER1 in the uptake of 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid in Arabidopsis thaliana // Plant and Cell Physiology. 2015. Vol. 56. No. 3. P. 572–582. https://doi.org/10.1093/pcp/pcu201.
19. Tan H., Tang B., Sun M. et al. Identification of new cotton fiber-quality QTL by multiple genomic analyses and development of markers for genomic breeding // The Crop Journal. 2024. Vol. 12. No. 3. P. 866–879. https://doi.org/10.1016/j.cj.2024.03.014.
20. Zhang N., Deyholos M.K. RNA-Seq analysis of the shoot apex of flax (Linum usitatissimum) to identify phloem fiber specification genes // Frontiers in Plant Science. 2016. Vol. 7. P. 950. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00950.
Работа выполнена по гранту Академии наук Республики Татарстан, предоставленного молодым кандидатам наук (постдокторантам) с целью защиты докторской диссертации, выполнения научно-исследовательских работ, а также выполнения трудовых функций в научных и образовательных организациях Республики Татарстан в рамках Государственной программы Республики Татарстан «Научно-технологическое развитие Республики Татарстан» (Соглашение № 73/2024-ПД от 16.12.2024)
