Экспрессирующиеся последовательности генов опин-синтаз природных ГМО, установленные на основе анализа их транскриптомов

Агробактерии – это природная система доставки генетического материала, которую люди используют для получения генно-инженерно модифицированных растений − ГМО. В природе тоже возникают ГМО с участием агробактерий. В 2019 году список известных природных ГМО был расширен на порядок, а также были найдены факты в пользу экспрессии агробактериальных генов в природных ГМО. Частота этого явления для двудольных растений была оценена величиной в 7 %. Преобладающими генами агробактериального происхождения в природных ГМО оказались гены опин-синтаз. Вероятно, они выполняют важные функции в природных ГМО. В 2021 году вышла статья с обновленным списком природных ГМО, однако обновления списка экспрессирующихся генов в природных ГМО с 2019 года не проводили. Целью данной работы является актуализация списка экспрессирующихся генов опин-синтаз природных ГМО. Методы исследования включали биоинформатический поиск с использованием запросов на основе последовательностей белков опин-синтаз из Agrobacterium rhizogenes, A. tumefaciens и A. vitis, их гомологов из растений Ipomoea и Nicotiana в базе данных TSA Национального центра биотехнологической информации (NCBI) по алгоритму TBLASTN с настройками по умолчанию. Результатом исследования стало пополнение списка природных ГМО с экспрессирующимися генами опин-синтаз еще на 18 видов, причем 12 из них относятся к родам, где ранее природные ГМО описаны не были (Albizia, Cenostigma, Averrhoa, Gynostemma, Eurycoma, Gypsophila, Myosoton, Camptotheca, Gustavia, Eschweilera. Cestrum, Jasminum, Paulownia). Анализ разнообразия обнаруженных последовательностей показал, что преобладают среди них гомологи кукумопин- и микимопин-синтаз. Конечные продукты этих генов являются оптическими изомерами. В перспективе имеет смысл начать изучение функций опин-синтаз в растениях именно с этих генов.

1. Chilton MD. Agrobacterium Ti plasmids as a tool for genetic engineering in plants. In: Rains D.W., Valentine R.C., Hollaender A. [eds.] Genetic engineering of osmoregulation, Basic life sciences. V.14. New York: Plenum Press; 1980, p.23-31. DOI: 10.1007/978-1-4684-3725-6_3

2. Глеба Ю.Ю. Биотехнология растений. Соросовский образовательный журнал. 1998;6:3-8.

3. Kyndt T, Quispe D, Zhai H, Jarret R., Ghislain M., Liu Q., Gheysen G., Kreuze J.F. The genome of cultivated sweet potato contains Agrobacterium T-DNAs with expressed genes: an example of a naturally transgenic food crop. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2015;112(18):5844-5849. DOI: 10.1073/pnas.1419685112

4. Лутова Л.А. Биотехология растений: свершения и надежды. Соросовский образовательный журнал. 2000;6(10):10-17.

5. Matveeva TV, Otten L. Opine biosynthesis in naturally transgenic plants: Genes and products. Phytochemistry. 2021;189:112813. DOI: 10.1016/j.phytochem.2021.112813

6. Matveeva T.V. Why do plants need agrobacterial genes? Ecological Genetics. 2021;19(4):365-375. DOI: 10.17816/ecogen89905, Available from: https://journals.eco-vector.com/ecolgenet/article/view/89905/pdf_1 [accessed May 01, 2022]

7. Matveeva T.V. New naturally transgenic plants: 2020 update. Biological Communications. 2021;66 (1):36-46. DOI: 10.21638/spbu03.2021.105

8. Matveeva T.V., Otten L. Widespread occurrence of natural genetic transformation of plants by Agrobacterium. Plant Molecular Biology. 2019;101:415-437. DOI: 10.1007/s11103-019-00913-y

9. Matveeva T.V., Sokornova S.V. Biological traits of naturally transgenic plants and their evolutional roles. Russian Journal of Plant Physiology. 2017;64:635-648. DOI: 10.1134/S1021443717050089

10. Mousavi S.A., Österman J., Wahlberg N., Nesme X., Lavire C., Vial L., Paulin L., de Lajudie P., Lindström K. Phylogeny of the Rhizobium–Allorhizobium–Agrobacterium clade supports the delineation of Neorhizobium gen. nov. Systematic and Applied Microbiology. 2014;37(3):208-215. DOI: 10.1016/j.syapm.2013.12.007

11. NCBI, National Center for Biotechnology Information. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov [accessed May 01, 2022]

12. Nester E.W. Agrobacterium: nature’s genetic engineer. Frontiers in Plant Science. 2014;5:730. DOI: 10.3389/fpls.2014.00730

13. Sawada H., Ieki H., Oyaizu H., Matsumoto S. Proposal for rejection of Agrobacterium tumefaciens and revised descriptions for the genus Agrobacterium and for Agrobacterium radiobacter and Agrobacterium rhizogenes. International Journal of Systematic Bacteriology. 1993;43(4):694-702.

14. TSA, Transcriptome Shotgun Assembly Sequence Database. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/tsa [accessed May 01, 2022]

15. Vladimirov I.A, Matveeva T.V, Lutova L.A. Opine biosynthesis and catabolism genes of Agrobacterium tumefaciens and Agrobacterium rhizogenes. Russian Journal of Genetics. 2015;51(2):121-129. DOI: 10.1134/S1022795415020167

16. White F.F., Garfinkel D.J., Huffman G.A., Gordon M.T., Nester E.W. Sequences homologous to Agrobacterium rhizogenes T-DNA in the genomes of uninfected plants. Nature. 1983;3012:348-350. DOI: 10.1038/301348a0

17. Yan J., Li Y., Han X.Z., Chen W.F., Zou W.X., Xie Z., Li M. Agrobacterium deltaense sp. nov., an endophytic bacteria isolated from nodule of Sesbania cannabina. Archives of Microbiology. 2017;199(7):1003-1009. DOI: 10.1007/s00203-017-1367-0

18. Young J.M., Kuykendall L.D., Martínez-Romero E., Kerr A., Sawada H. A revision of Rhizobium Frank 1889, with an emended description of the genus, and the inclusion of all species of Agrobacterium Conn 1942 and Allorhizobium undicola de Lajudie et al. 1998 as new combinations: Rhizobium radiobacter, R. rhizogenes, R. rubi, R. undicola, and R. vitis. International Journal of Systematics and Evolutionary Microbiology. 2001;51(1):89-103. DOI: 10.1099/00207713-51-1-89.