Ecological geneticsEcological geneticsЭкологическая генетика1811-09322411-9202Eco-Vector69545710.17816/ecogen695457Genetically modified organism.history, achievements, social and environmental risks.«ГМО: ИСТОРИЯ, ДОСТИЖЕНИЯ, СОЦИАЛЬНЫЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ РИСКИ»UnknownDevelopment of genetic transformation methods for Oxalis tuberosa using Rhizobium rhizogenes and Agrobacterium tumefaciensРазработка методов генетической трансформации Oxalis tuberosa с помощью Rhizobium rhizogenes и Agrobacterium tumefacienshttps://orcid.org/0009-0009-4903-5697TimoshichevaAnastasia V.ТимошичеваАнастасия Васильевна
Russian Federation
timoshicheva.nastya@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0003-5833-9939PetrovaKarina I.ПетроваКарина Игоревна
Russian Federation
karinkakriukova@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-1791-30638398-1264GurinaAlyona A.ГуринаАлена Алексеевна
Russian Federation
a.gurina@vir.nw.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9631-61433694-4470GanchevaMaria S.ГанчеваМария Семеновна
Russian Federation
m.gancheva@spbu.ruITMO University, St. PetersburgSaint Petersburg State University, St. PetersburgSaint Petersburg State University, St. PetersburgСанкт-Петербургский государственный университет, кафедра генетики и биотехнологии200520262423110202520052026Copyright ©; , Eco-VectorCopyright ©; , Эко-ВекторEco-VectorЭко-Векторhttps://eco-vector.com/for_authors.php#07https://journals.eco-vector.com/ecolgenet/article/view/695457

BACKGROUND: Oca (Oxalis tuberosa M.) is an understudied Andean tuber crop with significant nutritional value. However, its genetic improvement and functional analysis are hindered by the lack of an established genetic transformation system.

AIM: This study aims to establish transformation protocols for O. tuberosa using Rhizobium rhizogenes and Agrobacterium tumefaciens.

METHODS: Composite plants with transgenic roots were generated by inoculating oca stem explants with R. rhizogenes strain ARqua1 carrying reporter constructs (eGFP, DsRED1, GUS, RUBY). Transformation was confirmed using fluorescence microscopy (GFP, DsRED1), histochemical staining (GUS), and visual assessment (RUBY). To obtain fully transgenic plants, oca internodes and petioles were transformed with A. tumefaciens strain AGL1 carrying a vector containing the GUS reporter gene.

RESULTS: Expression of all four reporter genes was detected in transgenic oca roots. Furthermore, the regeneration potential of O. tuberosa explants was confirmed. Following A. tumefaciens transformation, regions with GUS activity were observed on calli, indicating successful transformation events.

CONCLUSION: This study established the first methods for genetic transformation of O. tuberosa using R. rhizogenes and A. tumefaciens. The effectiveness of four reporter systems in transgenic roots was demonstrated, and a regeneration protocol for shoot formation from callus was evaluated. The potential of stable transformation using A. tumefaciens was shown, opening perspectives for the genetic modification of this valuable yet understudied crop.

Обоснование. Кислица клубненосная или ока (Oxalis tuberosa M.) – малоизученная культура, выращиваемая в Андах и обладающая значительной питательной ценностью. Однако для нее не разработаны методы трансформации, что препятствует генно-инженерной работе с ней.

Цель исследования. Данное исследование направлено на разработку методов трансформации кислицы клубненосной с помощью Rhizobium rhizogenes и Agrobacterium tumefaciens.

Методы. Композитные растения с трансгенными корнями были получены путём инокуляции стеблевых эксплантатов оки штаммом R. rhizogenes ARqua1, несущего разные репортерные конструкции (eGFP, DsRED1, GUS, RUBY). Трансформация была подтверждена с помощью флуоресцентной микроскопии (GFP, DsRED1), гистохимического окрашивания (GUS) и визуальной оценки (RUBY). Для получения полностью трансгенных растений, междоузлия и черешки оки были трансформированы штаммом A. tumefaciens AGL1, несущим вектор с репортерной конструкцией GUS.

Результаты. Была подтверждена экспрессия всех четырёх репортерных генов в трансгенных корнях оки. Более того, подтвержден регенерационный потенциал эксплантов O. tuberosa. После трансформации A. tumefaciens на каллусах были выявлены области с GUS-активностью, что свидетельствует об успешной трансформации.

Заключение. В данном исследовании впервые разработаны методы для генетической трансформации O. tuberosa с помощью R. rhizogenes и A. tumefaciens. Была продемонстрирована эффективность четырех репортерных систем в трансгенных корнях и оценен протокол регенерации побегов из каллуса. Была продемонстрирована возможность стабильной трансформации с использованием A. tumefaciens, что открывает перспективы для генетической модификации этой ценной, но малоизученной культуры.

Agrobacterium-mediated transformationOxalisocareporter genesregenerationtransgenic plants.Агробактериальная трансформацияOxalisкислицарепортерные генырегенерациятрансгенные растения.Russian Science Foundation24-76-00018The work is supported by Russian Science Foundation grant No. 24-76-00018.1.Khan MRI, Heyes JK, Cohen D. Plant regeneration from oca (Oxalis tuberosa M.): the effect of explant type and culture media. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 1988;14:41–50. doi: 10.1007/BF000433842.Llaja-Zuta E, Fernández-Poquioima DM, Añazco-Urbina B, Hernández-Amasifuen AD, Condori-Apfata JA. In vitro micropropagation of oca (Oxalis tuberosa Mol.): an important plant genetic resource from the high Andean region. Plants. 2026;15(1):62. doi: 10.3390/plants150100623.de Ruijter NCA, Verhees J, van Leeuwen W, van der Krol AR. Evaluation and comparison of the GUS, LUC and GFP reporter system for gene expression studies in plants. Plant Biology. 2003;5:103–115. doi: 10.1055/s-2003-407224.Murashige T, Skoog F. A revised medium for rapid growth and bio assays with tobacco tissue cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473–497. doi: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x5.Ilina EL, Logachov AA, Laplaze L, Demchenko NP, Pawlowski K, Demchenko KN. Composite Cucurbita pepo plants with transgenic roots as a tool to study root development. Annals of Botany. 2012;110(2):479–489. doi: 10.1093/aob/mcs0866.Karimi M, Inzé D, Depicker A. GATEWAY vectors for Agrobacterium-mediated plant transformation. Trends in Plant Science. 2002;7(5):193–195. doi: 10.1016/s1360-1385(02)02251-37.He Y, Zhang T, Sun H, Zhan H, Zhao Y. A reporter for noninvasively monitoring gene expression and plant transformation. Horticulture Research. 2020;7(1):152. doi: 10.1038/s41438-020-00390-18.Jyothishwaran G, Kotresha D, Selvaraj T, Srideshikan SM, Rajvanshi PK, Jayabaskaran C. A modified freeze–thaw method for efficient transformation of Agrobacterium tumefaciens. Current Science. 2007;93:770–772.9.Wu H-Y, Liu K-H, Wang Y-C, Wu J-F, Chiu W-L, Chen C-Y, et al. AGROBEST: an efficient Agrobacterium-mediated transient expression method for versatile gene function analyses in Arabidopsis seedlings. Plant Methods. 2014;10:19. doi: 10.1186/1746-4811-10-1910.Berg RH, Beachy RN. Fluorescent protein applications in plants. Methods in Cell Biology. 2008;85:153–177. doi: 10.1016/S0091-679X(08)85008-X11.Shi L, Li X, Fu Y, Li C. Environmental stimuli and phytohormones in anthocyanin biosynthesis: a comprehensive review. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(22):16415. doi: 10.3390/ijms24221641512.Collier R, Fuchs B, Walter N, Kevin Lutke W, Taylor CG. Ex vitro composite plants: an inexpensive, rapid method for root biology. The Plant Journal. 2005;43(3):449–457. doi: 10.1111/j.1365-313X.2005.02454.x13.Kiryushkin AS, Ilina EL, Guseva ED, Pawlowski K, Demchenko KN. Hairy CRISPR: genome editing in plants using hairy root transformation. Plants. 2021;11(1):51. doi: 10.3390/plants1101005114.Gancheva M, Tkachenko A. Genome and transcriptome sequencing of oca (Oxalis tuberosa Molina) reveals photoperiod-induced FT homologs as candidate tuberigens. International Journal of Plant Biology. 2026;17(2):11. doi: 10.3390/ijpb17020011