РЕЗЮМЕ. Визначення профіля генної експресії бульб картоплі протягом всього життєвого циклу проводили за допомогою мікроматричного аналізу. Життєвий цикл картоплі було поділено на 8 різних етапів; було виділено загальну РНК і використано як зонд після маркування cДНК, генерованої зі зразків РНК. cДНК використали для гібридизації з мікроматричним аналізом картоплі. Результати цього дослідження показали, що протягом етапів розвитку проходить активація багатьох генів (3b,3c,3d,4a,4b) порівняно з етапами дозрівання (6,7). Багато з цих генів регулюють ріст, зберігання білків та цукрів, захист, пригнічення різних протеїназ та оксидацію. Деякі гени продемонстрували активацію під час певного етапу росту (4a) порівняно з іншими етапами росту, тоді як інші гени продемонстрували активацію на етапах зрілості (етап 8). Визначення профіля генної експресії під час життєвого циклу картоплі – це важливий крок у процесі покращення деяких важливих економічних властивостей картоплі, зокрема, харчової якості бульби, стійкості до хвороб або використання бульб в якості джерела інгібіторів протеїнази. Також, це дозволяє виділяти деякі гени для застосування у біотехнологіях в якості інгібіторів протеїнази та покращення харчування і промислової цінності бульб.
Ключові слова: Solanum tuberosum, визначення профіля генної експресії, мікроматричний аналіз, інгібітор протеїнази, пататин, поліфенолоксидаза
Повний текст та додаткові матеріали
Цитована література
1. Tsao, R., Phytochemical profile of potato and their roles in human health and wellness, Food. Special Issue, 2009, vol. 3, pp. 125–135.
2. Raben, A., Tagliabue, A., Christensen, N.J., Madsen, J., Holst, J.J., and Astrup, A., Resistant starch: the effect on postprandial glycemia, hormonal response, and satiety. Am. J. Clin. Nutr., 1994, vol. 60, no. 4, pp. 544–551.
3. Cummings, J.H., Beatty, E.R., Kingman, S.M., Bingham, S.A., and Englyst, H.N., Digestion and physiological properties of resistant starch in the human large bowel, Br. J. Nutr., 1996, vol. 75, no. 5, pp. 733–47.
4. Hylla, S., Gostner, A., Dusel, G., Anger, H., Bartram, H.P., Christl, S.U., Kasper, H., and Scheppach, W., Effects of resistant starch on the colon in healthy volunteers: possible implications for cancer prevention, Am. J. Clin. Nutr., 1998, vol. 67, no. 1, pp. 136–42.
5. Muller-Rober, B., Sonnewald, U., and Willmitzer, L., Inhibition of the ADP-glucose pyrophosphorylase in transgenic potatoes leads to sugar-storing tubers and influences tuber formation and expression of tuber storage protein genes, EMBO J., 1992, vol. 11, pp. 1229–1238.
6. Riesmeier, J.W., Hirner, B., and Frommer, W.B., Potato sucrose transporter expression in minor veins indicates a role in phloem loading, Plant Cell, 1993, vol. 5, pp. 1591–1598.
7. Banfalvi, Z., Molnar, A., Molnar, G., Lakatos, L., and Szabo, L., Starch synthesis and tuber storage protein genes are differently expressed in Solanum tuberosum and in Solanum brevidens, FEBS Lett., 1996, vol. 383, pp. 159–164.
8. Rosahl, S., Eckes, P., Schell, J., and Willmitzer, L., Organ specific gene expression in potato: isolation and characterization of tuber-specific cDNA sequences, Mol. Gen. Genet., 1986, vol. 203, pp. 214–220.
9. Prat, S., Frommer, R., Hofgen, M., Keil, J., Kossmann, J., Koster-Topfer, M., Liu, X.J., Mfiller, B., Pena-Cortes, H., Rocha-Sosa, M., Sainchez-Serrano, U., Sonnewald, U., and Willmitzer, L., Gene expression during tuber development in potato plants, FEBS Lett., 1990, vol. 268, pp. 334–338.
10. Wiesel, L., Davis, J.L., Milne, L., Fernandez, V.R., Herold, M.B., Williams, J.M., Morris, J., Hedley, P.E., Harrower, B., Newton, A.C., Birch, P.R.J., Gilroy, E.M., and Hein, I., A transcriptional reference map of defense hormone responses in potato, Sci. Rep., 2015, vol. 5, p. 15229.
11. Erayman, M., Turktas, M., Akdogan, G., Gurkok, T., Inal, B., Ishakoglu, E., Ilhan, E., and Unver, T., Transcriptome analysis of wheat inoculated with Fusarium graminearum. Front. Plant Sci, 2015, vol. 6, p. 867.
12. Van Duk, J.P., Cankar, K., Scheffer, S., Beenen, H.G., Shepherd, L.V.T., Stewart, D., Davies, H.V., Wilkockson, S.J.W., Leirer, C., Gruden, K., and Kok, E.J., Trascriptome analysis of Potato tubers-effects of different agricultural practices. J. Agric. Food Chem, 2009, vol. 57, pp. 1612–1623.
13. Casati, P. and Walbot, V., Crosslinking of ribosomal proteins to RNA in vivo after UV-B irradiation of maize leaves, Plant Physiol., 2004, vol. 136, pp. 3319–3332.
14. Wang, R., Guegler, K., LaBrie, S.T., and Crawforda, N.M., Genomic analysis of a nutrient response in Arabidopsis reveals diverse expression patterns and novel metabolic and potential regulatory genes induced by nitrate, Plant Cell, 2000, vol. 12, pp. 1491–1509.
15. Lehesranta, S.J., Koistinen, K.M., Massat, N., Davies, H.V., Shepherd, L.V., McNicol, J.W., Cakmak, I., Cooper, J., Luck, L., Karenlampi, S.O., and Leifert, C., Effects of agricultural production systems and their components on protein profiles of potato tubers, Proteomics, 2007, vol. 7, no. 4, pp. 597–604.
16. Chang, S., Puryear, J., and Cairney, J., A simple and efficient method for isolating RNA from pine trees, Plant Mol. Biol. Rep., 1993, vol. 11, pp. 113–116.
17. Schena, M., Shalon, D., Davis, R.W., and Brown, P.O., Quantitative monitoring of gene expression patterns with a complementary DNA microarray, Science, 1995, vol. 270, no. 5235, pp. 467–470.
18. Boeuf, S., Klingenspor, M., Van Hal, N.L., Schneider, T., Keijer, J., and Klaus, S., Differential gene expression in white and brown preadipocytes, Physiol. Genomics, 2001, vol. 7, no. 1, pp. 15–25.
19. Franssen-van, HalN.L., Vorst, O., Kramer, E., Hall, R.D., and Keijer, J., Factors influencing cDNA microarray hybridization on silylated glass slides, Anal. Biochem., 2002, vol. 308, pp. 5–17.
20. R-Development-Core-Team, R: A Language and Environment for Statistical Computing (Manual), R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria, 2005. ISBN 3-900051-07-0.
21. Yeung, K.Y. and Ruzzo, W.L., Principal component analysis for clustering gene expression data, Bioinformatics, 2001, vol. 17, pp. 763–774.
22. Mohamed, M.A., El-Shazly, A.S., El-Shehawi, A.M., and Alkafafy, M.E., Antiobesity effects of Taif and Egyptian pomegranates: molecular study, Biosci. Biotechnol. Biochem., 2015, vol. 79, no. 4, pp. 598–609.
23. Rocha-Sosa, M., Sonnewald, U., Frommer, W., Stratmann, M., Schell, J., and Willmitzer, L., Both developmental and metabolic signals activate the promoter of a class I patatin gene, EMBO J., 1989, vol. 8, pp. 23–29.
24. Wenzler, H., Mignery, G., Fisher, L., and Park, W., Analysis of a chimeric class-I patatin–GUS gene in transgenic potato plants: high-level expression in tubers and sucrose-inducible expression in cultured leaf and stem explants, Plant Mol. Biol., 1989, vol. 13, pp. 347–354.
25. Pena-Cortes, H., Liu, X., Serrano, J.S., Schmid, R., and Willmitzer, L., Factors affecting gene expression of patatin and proteinase-inhibitor-II gene families in detached potato leaves, Planta, 1992, vol. 186, pp. 495–502.
26. Kim, S.Y., May, G.D., and Park, W.D., Nuclear protein factors binding to a class I patatin promoter region are tuber-specific and sucrose-inducible, Plant Mol. Biol., 1994, vol. 26, pp. 603–615.
27. Grierson, C., Du, J.S., de Torres, ZabalaM., Beggs, K., Smith, C., Holdsworth, M., and Bevan, M., Separate cis sequences and trans factors direct metabolic and developmental regulation of a potato tuber storage protein gene, Plant J., 1994, vol. 5, pp. 815–826.
28. Muller-Rober, B.T., Kossmann, J., Hannah, L.C., Willmitzer, L., and Sonnewald, U., One of two different ADP-glucose pyrophosphorylase genes from potato responds strongly to elevated levels of sucrose, Mol Gen. Genet., 1990, vol. 224, pp. 136–146.
29. Van der Steege, D., Nieboer, M., Swaving, J., and Tempelaar, M.J., Potato granule-bound starch synthase promoter-controlled GUS expression: regulation of expression after transient and stable transformation, Plant Mol. Biol., 1992, vol. 20, pp. 19–30.
30. Salanoubat, M. and Beillard, G., The steady-state level of potato sucrose synthase mRNA is dependent on wounding, anaerobiosis and sucrose concentration, Gene, 1989, vol. 84, pp. 181–185.
31. Mariot, R.F., De Oliveira, L.A., Voorhuijzen, M.M., Staats, M., Hutten, R.C., Van Duk, J.P., Kok, E.J., and Frazzon, J., Characterization and transcriptional profile of genes involved in glycoalkaloid biosynthesis in new varieties of Solanum tuberosum L., J. Agric. Food Chem., 2016, vol. 64, no. 4, pp. 998–996.
32. Gao, J., Cao, X., Shi, S., Ma, Y., Wang, K., Liu, S., Chen, D., Chen, Q., and Ma, H., Genome-wide survey of Aux/IAA gene family members in potato (Solanum tuberosum): identification, expression analysis, and evaluation of their roles in tuber development, Biochem. Biophys. Res. Commun., 2016, vol. 471, no. 2, pp. 320–327.