Взаимодействие гомеодомена транскрипционного фактора WOX4 Raphanus sativus с промотором гена биосинтеза цитокининов LOG3

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Транскрипционный фактор WOX4 — ключевой регулятор развития камбия, однако к настоящему времени нет данных о его прямых мишенях. В задачи нашей работы входило изучение влияния сверхэкспрессии гена RsWOX4-2 на развитие корня и экспрессии генов у редиса (Raphanus sativus L.) — модельного корнеплодного растения, родственного Arabidopsis thaliana, а также поиск вероятных прямых мишеней транскрипционного фактора RsWOX4-2. Сверхэкспрессия и РНК-интерференция RsWOX4-2 вызывает изменение уровней экспрессии ряда генов, промоторы которых содержат консервативные сайты связывания транскрипционных факторов семейства WOX. С помощью дрожжевой одногибридной системы мы показали, что ДНК-связывающий гомеодомен RsWOX4-2 взаимодействует с сайтом TAATCC в промоторе гена RsLOG3, который кодирует фермент биосинтеза цитокининов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ксения Андреевна Кузнецова

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: kskuz95@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3180-5306
SPIN-код: 3864-3062
Россия, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9

Ирина Евгеньевна Додуева

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: wildtype@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5282-718X
SPIN-код: 8061-2388

канд. биол. наук, доцент

Россия, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9

Людмила Алексеевна Лутова

Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: la.lutova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6125-0757
SPIN-код: 3685-7136

доктор биол. наук, профессор

Россия, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9

Список литературы

  1. Ji J., Strable J., Shimizu R., et al. WOX4 promotes procambial development // Plant Physiol. 2010. Vol. 152, N. 3. P. 1346–1356. doi: 10.1104/pp.109.149641
  2. Etchells J.P., Provost C.M., Mishra L., Turner S.R. WOX4 and WOX14 act downstream of the PXY receptor kinase to regulate plant vascular proliferation independently of any role in vascular organisation // Development. 2013. Vol. 140, N. 10. P. 2224–2234. doi: 10.1242/dev.091314
  3. Hirakawa Y., Kondo Y., Fukuda H. Regulation of vascular development by CLE peptide-receptor systems // J Integr Plant Biol. 2010. Vol. 52, N. 1. P. 8–16. doi: 10.1111/j.1744-7909.2010.00904.x
  4. Kuznetsova K., Efremova E., Dodueva I., et al. Functional modules in the meristems: “Tinkering” in action // Plants (Basel). 2023. Vol. 12, N. 20. ID 3661. doi: 10.3390/plants12203661
  5. Schoof H., Lenhard M., Haecker A., et al T. The stem cell population of Arabidopsis shoot meristems in maintained by a regulatory loop between the CLAVATA and WUSCHEL genes // Cell. 2000. Vol. 100, N. 6. P. 635–644. doi: 10.1016/s0092-8674(00)80700-x
  6. Stahl Y., Simon R. Is the Arabidopsis root niche protected by sequestration of the CLE40 signal by its putative receptor ACR4? // Plant Signal Behav. 2009. Vol. 4, N. 7. P. 634–635. doi: 10.4161/psb.4.7.8970
  7. Творогова В.Е., Красноперова Е.Ю., Поценковская Э.А., и др. Что могут рассказать белки WOX? Обзор мишеней, регуляторов, партнеров // Молекулярная биология. 2021. T. 55, № 3. С. 362–391. EDN: XTKTTE doi: 10.31857/S0026898421030174
  8. Lohmann J.U., Hong R.L., Hobe M., et al. A molecular link between stem cell regulation and floral patterning in Arabidopsis // Cell. 2001. Vol. 105, N. 6. P. 793–803. doi: 10.1016/s0092-8674(01)00384-1
  9. Busch W., Miotk A., Ariel F.D., et al. Transcriptional control of a plant stem cell niche // Dev Cell. 2010. Vol. 18, N. 5. P. 849–861. doi: 10.1016/j.devcel.2010.03.012
  10. Yadav R.K., Perales M., Gruel J., et al. WUSCHEL protein movement mediates stem cell homeostasis in the Arabidopsis shoot apex // Genes Dev. 2011. Vol. 25, N. 19. P. 2025–2030. doi: 10.1101/gad.17258511
  11. Perales M., Rodriguez K., Snipes S., et al. Threshold-dependent transcriptional discrimination underlies stem cell homeostasis // PNAS USA. 2016. Vol. 113, N. 41. P. E6298–E6306. doi: 10.1073/pnas.1607669113
  12. Hoang N.V., Park C., Kamran M., Lee J.-Y. Gene regulatory network guided investigations and engineering of storage root development in root crops // Front Plant Sci. 2020. Vol. 11. ID 762. doi: 10.3389/fpls.2020.00762
  13. Kuznetsova K., Dodueva I., Gancheva M., Lutova L. Transcriptomic analysis of radish (Raphanus sativus L.) roots with CLE41 overexpression // Plants (Basel). 2022. Vol. 11, N. 16. ID 2163. doi: 10.3390/plants11162163
  14. Нарбут С.И. Генетическая коллекция инбредных линий редиса // Генетика. 1966. Т. 2, № 5. С. 89–100.
  15. Бузовкина И.С., Лутова Л.А. Генетическая коллекция инбредных линий редиса: история и перспективы // Генетика. 2007. Т. 43, № 10. С. 1411–1423. EDN: HGCCFX
  16. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures // Physiologia Plantarum. 1962. Vol. 15, N. 3. P. 473–497. doi: 10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x
  17. Сазанова Л.В. Raphanus L. – редька, редис. В кн.: Культурная флора СССР. Т. XVIII. Корнеплодные растения. Ленинград: Агропромиздат, 1985.
  18. Aboul-Maaty N.A.-F., Oraby H.A.-S. Extraction of high-quality genomic DNA from different plant orders applying a modified CTAB-based method // Bull Nat Res Cent. 2019. Vol. 43. ID 25. doi: 10.1186/s42269-019-0066-1
  19. Untergasser A., Cutcutache I., Koressaar T., et al. Primer3 – new capabilities and interfaces // Nucleic Acids Res. 2012. Vol. 40, N. 15. ID e115. doi: 10.1093/nar/gks596
  20. Sambrook J., Russell D.W. Preparation and transformation of competent E. coli using calcium chloride // Cold Spring Harbor Protocols. 2006. V. 1. ID pdb.prot3932. doi: 10.1101/pdb.prot3932
  21. Inoue H., Nojima H., Okayama H. High efficiency transformation of Escherichia coli with plasmids // Gene. 1990. Vol. 96, N. 1. P. 23–28. doi: 10.1016/0378-1119(90)90336-p
  22. Lebedeva (Osipova) M.A., Tvorogova V.E., Vinogradova A.P., et al. Initiation of spontaneous tumors in radish (Raphanus sativus): Cellular, molecular and physiological events // J Plant Physiol. 2015. Vol. 173. P. 97–104. doi: 10.1016/j.jplph.2014.07.030
  23. Додуева И.Е., Кирюшкин А.С., Юрлова Е.В., и др. Влияние цитокининов на экспрессию генов CLE редиса // Физиология растений. 2013. Т. 60, № 3. С. 388–395. EDN: PXLFTB doi: 10.7868/S001533031302005X
  24. Livak K.J., Schmittgen T.D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)) method // Methods. 2001. Vol. 25, N. 4. P. 402–408. doi: 10.1006/meth.2001.1262
  25. Gietz R.D., Schiestl R.H. High-efficiency yeast transformation using the LiAc/SS carrier DNA/PEG method // Nature Protoc. 2007. Vol. 2, N. 1. P. 31–34. doi: 10.1038/nprot.2007.13
  26. Davies S.E.W. Transcription factor interactions at the promoter of the Arabidopsis circadian clock gene LHY [dissertation]. University of Warwick, 2013.
  27. Wickham H. ggplot2: Elegant graphics for data analysis. Cham: Springer International Publishing, 2016. doi: 10.1007/978-3-319-24277-4
  28. Kucukoglu M., Nilsson J., Zheng B., et al. WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX4 (WOX4)-like genes regulate cambial cell division activity and secondary growth in Populus trees // New Phytologist. 2017. Vol. 215, N. 2. P. 642–657. doi: 10.1111/nph.14631
  29. Wang H., Xie Y., Liu W., et al. Transcription factor LkWOX4 is involved in adventitious root development in Larix kaempferi // Gene. 2020. Vol. 758. ID 144942. doi: 10.1016/j.gene.2020.144942
  30. Denis E., Kbiri N., Mary V., et al. WOX14 promotes bioactive gibberellin synthesis and vascular cell differentiation in Arabidopsis // Plant J. 2017. Vol. 90, N. 3. P. 560–572. doi: 10.1111/tpj.13513
  31. Ito Y., Nakanomyo I., Motose H., et al. Dodeca-CLE peptides as suppressors of plant stem cell differentiation // Science. 2006. Vol. 313, N. 5788. P. 842–845. doi: 10.1126/science.1128436
  32. Etchells J.P., Turner S.R. The PXY-CLE41 receptor ligand pair defines a multifunctional pathway that controls the rate and orientation of vascular cell division // Development. 2010. Vol. 137, N. 5. P. 767–774. doi: 10.1242/dev.044941
  33. Fisher K., Turner S. PXY, a receptor-like kinase essential for maintaining polarity during plant vascular-tissue development // Curr Biol. 2007. Vol. 17, N. 12. P. 1061–1066. doi: 10.1016/j.cub.2007.05.049
  34. Hirakawa Y., Shinohara H., Kondo Y., et al. Non-cell-autonomous control of vascular stem cell fate by a CLE peptide/receptor system // PNAS USA. 2008. Vol. 105, N. 39. P. 15208–15213. doi: 10.1073/pnas.0808444105
  35. Yu Y., Song W., Zhai N., et al. PXL1 and SERKs act as receptor-coreceptor complexes for the CLE19 peptide to regulate pollen development // Nat Commun. 2023. Vol. 14, N. 1. ID 3307. doi: 10.1038/s41467-023-39074-4
  36. Gursanscky N.R., Jouannet V., Grünwald K., et al. MOL1 is required for cambium homeostasis in Arabidopsis // Plant J. 2016. Vol. 86, N. 3. P. 210–220. doi: 10.1111/tpj.13169
  37. Smit M.E., McGregor S.R., Sun H., et al. A PXY-mediated transcriptional network integrates signaling mechanisms to control vascular development in Arabidopsis // Plant Cell. 2020. Vol. 32, N. 2. P. 319–335. doi: 10.1105/tpc.19.00562
  38. Ye L., Wang X., Lyu M., et al. Cytokinins initiate secondary growth in the Arabidopsis root through a set of LBD genes // Curr Biol. 2021. Vol. 31, N. 15. P. 3365–3373.e7. doi: 10.1016/j.cub.2021.05.036
  39. Krishna A., Gardiner J., Donner T.J., Scarpella E. Control of vein-forming, striped gene expression by auxin signaling // BMC Biology. 2021. Vol. 19, N. 1. ID 213. doi: 10.1186/s12915-021-01143-9
  40. Guo Y., Han L., Hymes M., et al. CLAVATA2 forms a distinct CLE-binding receptor complex regulating Arabidopsis stem cell specification // Plant J. 2010. Vol. 63, N. 6. P. 889–900. doi: 10.1111/j.1365-313X.2010.04295.x
  41. Tokunaga H., Kojima M., Kuroha T., et al. Arabidopsis lonely guy (LOG) multiple mutants reveal a central role of the LOG-dependent pathway in cytokinin activation // Plant J. 2012. Vol. 69, N. 2. P. 355–365. doi: 10.1111/j.1365-313X.2011.04795.x
  42. Leibfried A., To J.P.C., Busch W., et al. WUSCHEL controls meristem function by direct regulation of cytokinin-inducible response regulators // Nature. 2005. Vol. 438, N. 7071. P. 1172–1175. doi: 10.1038/nature04270
  43. Randall R.S., Miyashima S., Blomster T., et al. AINTEGUMENTA and the D-type cyclin CYCD3;1 regulate root secondary growth and respond to cytokinins // Biol Open. 2015. Vol. 4, N. 10. P. 1229–1236. doi: 10.1242/bio.013128
  44. Savina M.S., Pasternak T., Omelyanchuk N.A., et al. Cell dynamics in WOX5-overexpressing root tips: The impact of local auxin biosynthesis // Front Plant Sci. 2020. Vol. 11. ID 560169. doi: 10.3389/fpls.2020.560169
  45. Schuetz M., Berleth T., Mattsson J. Multiple MONOPTEROS-dependent pathways are involved in leaf initiation // Plant Physiol. 2008. Vol. 148, N. 2. P. 870–880. doi: 10.1104/pp.108.119396
  46. Schlegel J., Denay G., Wink R., et al. Control of Arabidopsis shoot stem cell homeostasis by two antagonistic CLE peptide signalling pathways // eLife. 2021. Vol. 10. ID e70934. doi: 10.7554/eLife.70934
  47. Pi L., Aichinger E., van der Graaff E., et al. Organizer-derived WOX5 signal maintains root columella stem cells through chromatin-mediated repression of CDF4 expression // Dev Cell. 2015. Vol. 33, N. 5. P. 576–588. doi: 10.1016/j.devcel.2015.04.024
  48. Kuroha T., Tokunaga H., Kojima M., et al. Functional analyses of LONELY GUY cytokinin-activating enzymes reveal the importance of the direct activation pathway in Arabidopsis // Plant Cell. 2009. Vol. 21, N. 10. P. 3152–3169. doi: 10.1105/tpc.109.068676
  49. Ohashi-Ito K., Oguchi M., Kojima M., et al. Auxin-associated initiation of vascular cell differentiation by LONESOME HIGHWAY // Development. 2013. Vol. 140, N. 4. P. 765–769. doi: 10.1242/dev.087924
  50. Brackmann K., Qi J., Gebert M., et al. Spatial specificity of auxin responses coordinates wood formation // Nat Commun. 2018. Vol. 9, N. 1. ID 875. doi: 10.1038/s41467-018-03256-2
  51. Won C., Shen X., Mashiguchi K., et al. Conversion of tryptophan to indole-3-acetic acid by TRYPTOPHAN AMINOTRANSFERASES OF ARABIDOPSIS and YUCCAs in Arabidopsis // PNAS USA. 2011. Vol. 108, N. 45. P. 18518–18523. doi: 10.1073/pnas.1108436108
  52. Mason M.G., Li J., Mathews D.E., et al. Type-B response regulators display overlapping expression patterns in Arabidopsis // Plant Physiol. 2004. Vol. 135, N. 2. P. 927–937. doi: 10.1104/pp.103.038109
  53. Bishopp A., Help H., El-Showk S., et al. A mutually inhibitory interaction between auxin and cytokinin specifies vascular pattern in roots // Curr Biol. 2011. Vol. 21, N. 11. P. 917–926. doi: 10.1016/j.cub.2011.04.017
  54. Miyashima S., Roszak P., Sevilem I., et al. Mobile PEAR transcription factors integrate positional cues to prime cambial growth // Nature. 2019. Vol. 565, N. 7740. P. 490–494. doi: 10.1038/s41586-018-0839-y
  55. Matsumoto-Kitano M., Kusumoto T., Tarkowski P., et al. Cytokinins are central regulators of cambial activity // PNAS USA. 2008. Vol. 105, N. 50. P. 20027–20031. doi: 10.1073/pnas.0805619105
  56. Nieminen K., Blomster T., Helariutta Y., Mähönen A.P. Vascular cambium development // Arabidopsis Book. 2015. Vol. 13. ID e0177. doi: 10.1199/tab.0177
  57. Scheres B., Di Laurenzo L., Willemsen V., et al. Mutations affecting the radial organization of the Arabidopsis root display specific defects throughout the embryonic axis // Development. 1995. Vol. 121, N. 1. P. 53–62. doi: 10.1242/dev.121.1.53
  58. Mähönen A.P., Bonke M., Kauppinen L., et al. A novel two-component hybrid molecule regulates vascular morphogenesis of the Arabidopsis root // Genes Dev. 2000. Vol. 14, N. 23. P. 2938–2943. doi: 10.1101/gad.189200

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Влияние сверхэкспрессии RsWOX4-2 (a) и RsWOX14 (c) на развитие корнеплода редиса по сравнению со сверхэкспрессией GUS (контроль, b). c — камбий; px — первичная ксилема; sx — вторичная ксилема

Скачать (982KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Влияние сверхэкспрессии (oe) RsWOX4 и RsWOX14 на количество клеток ксилемы (а) и камбия (b) в стебле корня по сравнению со сверхэкспрессией GUS. Подсчет клеток проводили в части сектора корня размером 200 × 200 мкм в 10 срезах. Уровень значимости оценивали с помощью t-теста Стьюдента в секторах корня со сверхэкспрессией RsWOX14 (слева) и GUS (справа). с — камбий

Скачать (442KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Предсказанные взаимодействия между WOX4 (а) и WOX14 (b) и их предполагаемыми мишенями, построенные с помощью программы STRING. Линии разного цвета обозначают разные типы взаимодействий, предсказанных для белковых продуктов этих генов: бирюзовый — известные взаимодействия на основе информации из баз данных; малиновый — известные экспериментально подтвержденные взаимодействия; зеленый — предсказанные соседние взаимодействия генов; красный — предсказанные взаимодействия на основе исследований слияния генов; синий — предсказанные взаимодействия на основе исследований совместного действия генов; светло-зеленый — другие типы взаимодействий на основе textmining; темный — другие типы взаимодействий на основе исследований коэкспрессии; светло-фиолетовый — другие типы взаимодействий на основе гомологии белков. Круги разных цветов обозначают различные белковые продукты генов; структура соответствующих белков изображена в центре каждого круга

Скачать (465KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Относительные уровни экспрессии генов-кандидатов (генов, которые повышались при сверхэкспрессии (oe) RsWOX4-2 и понижались при RsWOX4-2 RNAi) при сверхэкспрессии (малиновый цвет столбца) и RNAi (синий цвет столбца) RsWOX4 по сравнению с растениями со сверхэкспрессией GUS (серый цвет столбца). Остальные 33 гена, изученные в данной работе, либо экспрессировались на невысоком уровне, либо их экспрессия не изменялась в корнях со сверхэкспрессией и RNAi RsWOX4-2. Планки указывают на ошибку среднего. Уровень значимости оценивали по t-тесту Стьюдента

Скачать (376KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Результаты эксперимента с использованием метода дрожжевой одногибридной системы для оценки взаимодействия между промоторными областями генов RsLOG3 и RsARR18 и гомеодоменом TF RsWOX4. Подтвержденное взаимодействие выделено зеленым цветом. Колонии выращивали на средах с различными концентрациями 3-АТ, серия фотографий показывает рост колоний на среде с 10 мМ 3-АТ. *В качестве контроля 3 (положительный контроль) использовали плазмиды pHisLeu-pAtLHY и pDEST22-NAM, содержащие последовательность промотора и сайты связывания TF, соответственно, которые, как было показано ранее, взаимодействуют друг с другом

Скачать (276KB)
Метаданные
7. Кузнецова_доп1
Скачать (1MB)
Метаданные
8. Кузнецова_доп2
Скачать (1MB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2024


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 65617 от 04.05.2016.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах