PL245525B1 - Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach i korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk - Google Patents

Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach i korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk Download PDF

Info

Publication number
PL245525B1
PL245525B1 PL442111A PL44211122A PL245525B1 PL 245525 B1 PL245525 B1 PL 245525B1 PL 442111 A PL442111 A PL 442111A PL 44211122 A PL44211122 A PL 44211122A PL 245525 B1 PL245525 B1 PL 245525B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
horvu
morex
barley
zinc
gene
Prior art date
Application number
PL442111A
Other languages
English (en)
Other versions
PL442111A1 (pl
Inventor
Marek Marzec
Original Assignee
Univ Slaski
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Slaski filed Critical Univ Slaski
Priority to PL442111A priority Critical patent/PL245525B1/pl
Publication of PL442111A1 publication Critical patent/PL442111A1/pl
Publication of PL245525B1 publication Critical patent/PL245525B1/pl

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6876Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes
    • C12Q1/6888Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for detection or identification of organisms
    • C12Q1/6895Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for detection or identification of organisms for plants, fungi or algae
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2600/00Oligonucleotides characterized by their use
    • C12Q2600/13Plant traits
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2600/00Oligonucleotides characterized by their use
    • C12Q2600/158Expression markers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia są sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach i korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk. Bardziej szczegółowo zgłoszenie dotyczy starterów do identyfikacji genów o identyfikatorach HORVU.MOREX.r2.2HG0095300, HORVU.MOREX.r2.2HG0114530, HORVU.MOREX.r2.5HG0444510, HORVU.MOREX.r2.2HG0080880, HORVU.MOREX.r2.2HG0081850 kodujących odpowiednio dehydrogenazę NAD(P)H, proteinazę asparaginową, niebieskie białko zasadowe, białko odporności na choroby oraz syntazę kauryny. Dla każdego z genów zaprojektowano startery pozwalające na określenie ich poziomu ekspresji w liściach i korzeniach jęczmienia z użyciem zaproponowanego systemu badania poziomu ekspresji genów. Prezentowane zgłoszenie pozwoli na selekcję odmian roślin pod kątem tolerancji na stres cynku, przez co możliwe będzie wykorzystanie w hodowli takich form, które nie będą akumulowały w swoich tkankach metali ciężkich.

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku są sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach i korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk. Bardziej szczegółowo zgłoszenie dotyczy starterów do identyfikacji genów o identyfikatorach HORVU.MOREX.r2.2HG0095300, HORVU.MOREX.r2.2HG0114530, HORVU.MOREX.r2.5HG0444510, HORVU.MOREX.r2.2HG0080880, HORVU.MOREX.r2.2HGOO8185O, kodujących odpowiednio dehydrogenazę NAD(P)H, proteinazę asparaginową, niebieskie białko zasadowe, białko odporności na choroby oraz syntazę kauryny. Dla każdego z genów zaprojektowano startery pozwalające na określenie ich poziomu ekspresji w liściach i korzeniach jęczmienia z użyciem zaproponowanego systemu badania poziomu ekspresji genów.
Metale ciężkie, do których zaliczane są między innymi ołów (Pb), kadm (Cd), cynk (Zn), rtęć (Hg), arsen (As), srebro (Ag), chrom (Cr), miedź (Cu) czy żelazo (Fe) wykazują działanie toksyczne już w niewielkich dawkach [1,2]. Związki te nie ulegają biodegradacji, przez co obserwuje się u nich zjawisko bioakumulacji i biomagnifikacji. O ile niektóre z metali ciężkich, w ściśle określonych dawkach, niezbędne są do prawidłowego funkcjonowania organizmów roślinnych i zwierzęcych, to już nadmierna ich koncentracja wywołuje efekt toksyczny. Obecność wspomnianych metali ciężkich w glebie bądź wodzie, która dostępna jest dla roślin prowadzi do ich kumulowania w organizmie rośliny, a następnie w organizmach roślinożerców, gdzie stężenie metali ciężkich może osiągnąć jeszcze wyższe koncentracje [3]. Prezentowany wynalazek pozwoli na selekcję odmian roślin pod kątem tolerancji na stres cynku, przez co możliwe będzie wykorzystanie w hodowli takich form, które nie będą akumulowały w swoich tkankach metali ciężkich.
Spośród metali ciężkich jedne z najwyższych wskaźników akumulacji w organizmach roślinnych wykazują Cd, Zn oraz Pb [4], a w Polsce największe zagrożenie skażeniem występuje w przypadku Cd i Pb. Wpływ tych metali ciężkich na wzrost między innymi jęczmienia zwyczajnego (Hordeum vulgare) był już badany przez zespoły badaczy [5]. W ramach badań prowadzących do opracowania niniejszego wynalazku prowadzono hodowlę hydroponiczną roślin jęczmienia z dodatkiem cynku. Do badań wykorzystano dwa genotypy jęczmienia, Sebastian oraz mutanta hvd14.d [6], które wykazały zróżnicowaną odpowiedź na traktowanie metalem ciężkim. Odmiana Sebastian była bardziej tolerancyjna na badaną dawkę cynku niż mutant hvd14.d, co zostało potwierdzone przez słabsze zahamowanie wzrostu oraz słabsze uszkodzenie aparatu fotosyntetycznego w odmianie Sebastian w porównaniu do mutanta. Analizy poziomu ekspresji genów w liściach i korzeniach obu form pozwoliły na wytypowanie genów zaangażowanych w odpowiedź jęczmienia na traktowanie cynkiem, i wskazanie tych, które mogą różnicować genotypy jęczmienia tolerancyjne i wrażliwe na cynk.
Wyróżnić można dwa główne nurty badań związanych z wpływem cynku na rozwój i wzrost roślin, związane z 1) niedoborem bądź 2) ekspozycją na toksyczne dawki tego pierwiastka. Między innymi wykazano, że cynk w koncentracji 1, 5 oraz 50 μmol L-1 działa hamująco na wzrost jęczmienia, podczas gdy koncentracja 0,1 μmol L-1 pobudza wzrost siewek jęczmienia. Dodatkowo autorzy badania wskazują, że zastosowanie kwasu askorbinowego może zniwelować negatywny wpływ wyższych koncentracji cynku na wzrost jęczmienia [9]. Z kolei w innym badaniu wykazano, że każda z zastosowanych dawek cynku (10, 50, 250, 1250, 6250 μg/g suchej gleby) hamuje rozwój części nadziemnej i podziemnej jęczmienia, a efekt ten jest zależny od podanej dawki cynku [10]. W literaturze brakuje informacji odnośnie odpowiedzi globalnego transkryptomu na wyższe, toksyczne, dawki cynku. Znaleźć natomiast można opracowania dotyczące ekspresji wybranych genów na niedobór tego pierwiastka [11], czy ekspresję wybranych genów w sytuacji, gdy badano antagonistyczne działanie cynku i żelaza na jęczmień [12, 13].
Z dotychczasowego stanu techniki znane jest rozwiązanie dotyczące podniesienia tolerancji przedstawiciela zbóż (kukurydzy) na toksyczne dawki cynku. W opisie patentowym CN104212815A autorzy ujawniają gen ZmITR1 kodujący transporter regulowany cynkowo-żelazowo, który może pełnić ważną funkcję przy pobieraniu cynku z podłoża u kukurydzy. Niemniej należy podkreślić, że liczne zgłoszenia patentowe dotyczą innego z metali ciężkich - kadmu. Na przykład w opisie patentowym CN102085527A autorzy opisują możliwość wykorzystania roślin z gatunku Lantana pospolita (Lantana camara), do usuwania kadmu z podłoża. Rośliny te są hiperakumulatorami kadmu i nawet w podłożu skażonym dawką 50 mg/kg są w stanie rozwijać się w prawidłowy sposób. Podczas wzrostu pobierają kadm za pomocą systemu korzeniowego i transportują go do części nadziemnej. Stąd koncentracja kadmu w glebie ulega obniżeniu.
Zgłoszenie EP12191891 opisuje możliwość obniżenia ekspresji genów kodujących transportery z rodziny ATPaz typu P, które zaangażowane są między innymi w transport kadmu. Dzięki temu możliwe jest ograniczenie transportu tego metalu do części nadziemnej rośliny co ogranicza jego akumulację w tkankach rośliny.
Autorzy zgłoszenia CN109880829A wskazują, że wprowadzenie dodatkowej kopii genu HvPAA1 (kodującego ATPazę typu P) pod kontrolą konstytutywnego promotora zwiększa tolerancję roślin jęczmienia na traktowanie kadmem. Podobny efekt, według zgłoszenia o numerze CNI113584047A, można osiągnąć wykorzystując inżynierię genetyczną w celu wprowadzenia dodatkowej kopii genu HvNAT2, kodującego transporter nukleozasady - kwasu askorbinowego.
Z kolei zgłoszenie o numerze CN107326032A prezentuje gen MNB1 kodujący lektynę wiążącą mannozę 1, którego nadekspresja może zwiększać tolerancję roślin Arabidopsis thaliana na obecność kadmu w podłożu.
Pośród zgłoszeń patentowych dotyczących wpływu metali ciężkich na rośliny oraz selekcji form odpornych na metale ciężkie nie znaleziono takich, które opierałyby się o informacje odnośnie poziomu ekspresji genów jęczmienia.
Celem twórców niniejszego wynalazku było opracowanie sekwencji starterów pozwalających na analizę poziomu ekspresji, w liściach i korzeniach jęczmienia, pięciu genów kodujących dehydrogenazę NAD(P)H, proteinazę asparaginową, niebieskie białko zasadowe, białko odporności na choroby oraz syntazę kauryny. Dzięki wykorzystaniu tych starterów możliwa jest analiza odpowiedzi roślin na stres przez pryzmat różnych mechanizmów związanych z odpowiedzią w liściach i korzeniach rośliny jęczmienia na traktowanie cynkiem. Kolejnym celem twórców było opracowanie sposobu identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk, w którym kluczowym etapem jest analiza poziomu ekspresji genów w liściach i korzeniach jęczmienia bazująca na ww. sekwencjach starterów.
Istotę wynalazku stanowią sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów jęczmienia HORVU.MOREX.r2.2HG0095300, HORVU.MOREX.r2.2HG0114530, HORVU.MOREX.r2.5HG0444510, HORVU.MOREX.r2.2HG0080880, HORVU.MOREX.r2.2HG0081850, których ekspresja w liściach i korzeniach wskazuje na obniżoną tolerancję na cynk, przedstawione w wykazie sekwencji:
a. dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0095300 - sekwencje nukleotydowe 1 i2,
b. dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0114530 - sekwencje nukleotydowe 3i 4,
c. dla genu HORVU.MOREX.r2.5HG0444510 - sekwencje nukleotydowe 5 i6,
d. dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0080880 - sekwencje nukleotydowe 7 i8,
e. dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0081850 - sekwencje nukleotydowe 9 i10.
Ponadto istotę wynalazku stanowi sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk, pozwalający na selekcję odmian jęczmienia o zmniejszonej tolerancji na cynk, obejmujący następujące etapy:
a. prowadzi się wzrost siewek jęczmienia w warunkach hydroponiki przez czas co najmniej 15 dni, korzystnie 24 dni, przy czym jedną grupę stanowią siewki kontrolne, których wzrost prowadzi się w warunkach zapewniających brak kontaktu roślin z cynkiem, natomiast drugą grupę stanowią siewki badane pod kątem ich tolerancji na cynk, których wzrost przez co najmniej 10 dni, korzystnie 14 dni, prowadzi się w takich samych warunkach jak siewki kontrolne, po czym na czas co najmniej 5 dni, korzystnie 10 dni, poddaje się je stresowi przez dodanie od 35 μM do 75 μM cynku, korzystnie 50 μM cynku,
b. izoluje się RNA z liści i korzeni jęczmienia roślin kontrolnych oraz roślin badanych,
c. przeprowadza się syntezę cDNA,
d. analizuje się poziom ekspresji genów HORVU.MOREX.r2.2HG0095300, HORVU.MOREX.r2.2HG0114530, HORVU.MOREX.r2.5HG0444510, HORVU.MOREX.r2.2HG0080880, HORVU.MOREX.r2.2HGOO8185O metodą qPCR u roślin kontrolnych i badanych, charakteryzujący się tym, że do analizy poziomu ekspresji genów stosuje się sekwencje starterów przedstawione w wykazie sekwencji:
i. dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0095300 - sekwencje nukleotydowe 1 i2, ii. dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0114530 - sekwencje nukleotydowe 3 i4, iii. dla genu HORVU.MOREX.r2.5HG0444510 - sekwencje nukleotydowe 5 i6, iv. dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0080880 - sekwencje nukleotydowe 7 i8,
v. dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0081850 - sekwencje nukleotydowe 9 i10,
e. oblicza się relatywny poziom ekspresji genów HORVU.MOREX.r2.2HG0095300, HORVU.MOREX.r2.2HG0114530, HORVU.MOREX.r2.5HG0444510, HORVU.MOREX.r2.2HG0080880, HORVU.MOREX.r2.2HG0081850, w oparciu o poziomy ekspresji genów referencyjnych, przy czym poziomy ekspresji genów porównuje się pomiędzy roślinami kontrolnymi oraz roślinami badanymi traktowanymi cynkiem,
f. identyfikuje się genotypy jęczmienia wykazujące wyższy w porównaniu do genotypów analogicznych hodowanych w warunkach kontrolnych, poziom ekspresji genów HORVU.MOREX.r2.2HG0095300, HORVU.MOREX.r2.2HG0114530, HORVU.MOREX.r2.5HG0444510, HORVU.MOREX.r2.2HG0080880, HORVU.MOREX.r2.2HG0081850 wskazujący na obniżoną tolerancję na cynk.
Korzystnie, jako rośliny kontrolne stosuje się tą samą odmianę jęczmienia co rośliny badane pod kątem tolerancji na cynk.
Korzystnie, jako geny referencyjne stosuje się geny: EF1 (Elongation factor 1 -a) i/lub GPDH (Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase) [7].
Korzystnie, wzrost roślin kontrolnych jęczmienia w hodowli hydroponicznej odbywa się w pożywce Hoaglanda.
Korzystnie, wzrost roślin jęczmienia prowadzi się w następujących warunkach: temperatura powietrza od 18 do 22°C, najkorzystniej 20°C, fotoperiod od 14/10 do 20/4, najkorzystniej 16/8, intensywność świetlna od 750 do 1000 μmol m-2s-1, najkorzystniej 900 μmol m-2s-1.
Proponowane rozwiązanie techniczne bazujące na analizie poziomów ekspresji pięciu genów w liściach i korzeniach jęczmienia (H0RVU.M0REX.r2.2HG0095300, HORVU.MOREX.r2.2HG0114530, HORVU.MOREX.r2.5HG0444510, HORVU.MOREX.r2.2HG0080880, HORVU.MOREX.r2.2HG0081850) jest metodą pozwalającą na selekcję odmian jęczmienia wrażliwych na kontakt z cynkiem. Poprzez analizę profili ekspresji z użyciem przedstawionych starterów możliwe jest porównanie genotypów jęczmienia między sobą i wybranie tych, które będą gorzej adaptowały się do traktowania cynkiem.
Przedmiot wynalazku przedstawiony został w przykładach wykonania oraz na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia wynik analizy poziomów ekspresji genów u dwóch genotypów po traktowaniu cynkiem. Odmiana wyjściowa Sebastian jest tolerancyjna na cynk, w porównaniu do mutanta hvd14.d, który jest nadwrażliwy na cynk. Ekspresja genów badana była przez porównanie każdego z genotypów, który rósł w warunkach kontrolnych do roślin traktowanych cynkiem (10-dniowe traktowanie dawką 50 μM cynku). Analizę poziomu ekspresji prowadzono metodą qPCR, a na fig. 1 zobrazowano względny poziom ekspresji wspomnianych genów, w liściach i korzeniach badanych roślin, po traktowaniu cynkiem odniesieniu do warunków kontrolnych, dla których poziom ekspresji przyjęto jako wartość 1. Przykłady wykonania, nie mają charakteru ograniczającego.
Dzięki zastosowaniu rozwiązań przedstawionych w zgłoszeniu możliwe jest przeprowadzenie selekcji genotypów jęczmienia pod kątem tolerancji na obecność cynku, a wykorzystanie ich w programach hodowlanych może pozwolić na otrzymanie odmian, które mogą być uprawiane na skażonych glebach.
Przykład 1
Sekwencje starterów według wynalazku oraz analiza poziomu ekspresji genów HORVU.MOREX.r2.2HG0095300, HORVU.MOREX.r2.2HG0114530, HORVU.MOREX.r2.5HG0444510, HORVU.MOREX.r2.2HG0080880, HORVU.MOREX.r2.2HG0081850 z wykorzystaniem tych sekwencji starterów.
RNA wyizolowano z liści i korzeni 24-dniowych roślin jęczmienia, które rosły w warunkach kontrolnych (hodowla hydroponiczna w pożywce Hoaglanda, temperatura powietrza 20°C; fotoperiod 16/8; intensywność światła 900 μmol m-2s-1) oraz tych traktowanych cynkiem (przez pierwsze 14 dni hodowla prowadzona jak dla roślin kontrolnych, przez kolejne 10 dni dodano do pożywki 50 μM cynku), z użyciem mirVana™ miRNA Isolation Kit (ThermoScientific, Waltham, MA, USA, numer katalogowy AM1560). Do syntezy cDNA użyto zestawu RevertAid First Strand cDNA Synthesis Kit (ThermoScientific, Waltham, MA, USA, numer katalogowy K1622) oraz 1 μg RNA. Otrzymane cDNA rozcieńczono 4-krotnie wodą oraz wykorzystano w reakcji qPCR, którą przeprowadzono z użyciem zestawu LightCycler 480 SYBR Green I Master (LifeScience Roche, Indianapolis, IN, USA, numer katalogowy 04707516001) dla każdej z par starterów:
a) dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0095300:
- Sekwencja nukleotydowa1
- Sekwencja nukleotydowa2
b) dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0114530:
- Sekwencja nukleotydowa3
- Sekwencja nukleotydowa4
c) dla genu HORVU.MOREX.r2.5HG0444510:
- Sekwencja nukleotydowa5
- Sekwencja nukleotydowa6
d) dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0080880:
- Sekwencja nukleotydowa7
- Sekwencja nukleotydowa8
e) dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0081850 - sekwencje nukleotydowe 9 i 10.
- Sekwencja nukleotydowa9
- Sekwencja nukleotydowa10
Jako geny referencyjne w tej reakcji wykorzystano EF1 (Elongation factor 1-a) oraz GPDH (Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase) [7]. W odpowiedzi na traktowanie cynkiem zaobserwowano wzrost poziomów ekspresji badanych genów.
Przykład 2
Sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk w oparciu o analizę poziomów ekspresji genów H0RVU.M0REX.r2.2HG0095300, HORVU.MOREX.r2.2HG0114530, HORVU.MOREX.r2.5HG0444510, H0RVU.M0REX.r2.2HG0080880, HORVU.MOREX.r2.2HG0081850 w liściach i korzeniach jęczmienia obejmujący następujące etapy:
1. prowadzi się wzrost siewek kontrolnych jęczmienia przez 24 dni w warunkach kontrolnych (temperatura powietrza 20°C; fotoperiod 16/8; intensywność światła 900 μmol m-2s-1) na pożywce Hoaglanda [8], natomiast wzrost roślin mających kontakt z cynkiem prowadzi się przez 14 dni w tych samych warunkach kontrolnych, po czym dodaje się do pożywki 50 μM cynku na 10 kolejnych dni,
2. izoluje się RNA z liści i korzeni jęczmienia, przy czym ten etap przeprowadza się z użyciem mirVana™ miRNA Isolation Kit (ThermoScientific, Waltham, MA, USA, numer katalogowy AM1560) lub MagMAX™-96 Total RNA Isolation Kit (ThermoScientific, Waltham, MA, USA, numer katalogowy AM1830) pozwalający na otrzymanie czystego chemicznie ekstraktu RNA przy zachowaniu jego integralności,
3. prowadzi się syntezę jednoniciowego cDNA, z użyciem zestawu RevertAid First Strand cDNA
Synthesis Kit (ThermoScientific, Waltham, MA, USA, numer katalogowy K1622) lub równoważnego oraz 1 μg RNA,
4. analizuje się poziom ekspresji genów u roślin kontrolnych oraz badanych, prowadząc reakcje qPCR z użyciem otrzymanego cDNA (rozcieńczonego 4-krotnie wodą), starterów specyficznych dla genów HORVU.MOREX.r2.2HG0095300, HORVU.MOREX.r2.2HG0114530, HORVU.MOREX.r2.5HG0444510, HORVU.MOREX.r2.2HG0080880, HORVU.MOREX.r2.2HG0081850 oraz zestawu LightCycler 480 SYBR Green I Master (LifeScience Roche, Indianapolis, IN, USA numer katalogowy 04707516001) lub równoważnego pozwalającego na analizę amplifikacji DNA w czasie rzeczywistym, przy czym do analizy poziomu ekspresji genów stosuje się sekwencje starterów przedstawione w wykazie sekwencji:
a) dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0095300:
- Sekwencja nukleotydowa1
- Sekwencja nukleotydowa2
b) dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0114530:
- Sekwencja nukleotydowa3
- Sekwencja nukleotydowa4
c) dla genu HORVU.MOREX.r2.5HG0444510:
- Sekwencja nukleotydowa5
- Sekwencja nukleotydowa6
d) dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0080880:
- Sekwencja nukleotydowa7
- Sekwencja nukleotydowa8
e) dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0081850 - sekwencje nukleotydowe 9 i 10.
- Sekwencja nukleotydowa9
- Sekwencja nukleotydowa10
5. prowadzi się reakcję qPCR z użyciem starterów genów referencyjnych EF1 (Elongation factor 1-a) oraz GPDH (Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase) [7] dla każdej próby cDNA,
6. bazując na kinetyce reakcji amplifikacji każdego z HORVU.MOREX.r2.2HG0095300, HORVU.MOREX.r2.2HG0114530, HORVU.MOREX.r2.5HG0444510, HORVU.MO-
REX.r2.2HG0080880, HORVU.MOREX.r2.2HG0081850 oraz genów referencyjnych oblicza się względny poziom ekspresji badanych genów; poziomy ekspresji genów porównuje się pomiędzy roślinami rosnącymi w warunkach kontrolnych oraz roślinami narażonymi na 10-dniowy stres traktowania cynkiem, dla każdego z genotypów,
7. identyfikuje się genotypy jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk, na podstawie podwyższonego poziomu ekspresji genów H0RVU.M0REX.r2.2HG0095300, HORVU.MOREX.r2.2HG0114530, HORVU.MOREX.r2.5HG0444510, HORVU.MOREX.r2.2HG0080880, HORVU.MOREX.r2.2HG0081850; dla każdego z genotypów porównuje się poziom ekspresji każdego z badanych genów pomiędzy kontrolą a roślinami traktowanymi cynkiem; im wyższa ekspresja genów u roślin stresowanych tym bardziej zostały one uszkodzone przez cynk, co oznacza niższą tolerancję rośliny na cynk.
Przedstawiona procedura powinna być przeprowadzona dla wszystkich analizowanych genotypów, a wartością użytą do porównania ich wrażliwości na cynk jest krotność wzrostu ekspresji u roślin stresowanych. Rośliny o najwyższych wskaźnikach są najbardziej wrażliwe. Otrzymane wyniki porównuje się pomiędzy dwiema bądź większą liczbą odmian. Im wyższy poziom ekspresji tym mniejsza tolerancja na cynk. Wynik porównania dwóch odmian o zróżnicowanej tolerancji na cynk przedstawiono na fig. 1 rysunku.
U 24-dniowych roślin jęczmienia, nadwrażliwych na cynk, które zostały potraktowane cynkiem (dawka od 35 do 75 μM, najkorzystniej 50 μM; traktowanie od 5 do 15 dni, najkorzystniej 10), w porównaniu do roślin rosnących w warunkach kontrolnych (temperatura powietrza od 18 do 22°C, najkorzystniej 20°C; fotoperiod od 14/10 do 20/4, najkorzystniej 16/8; intensywność światła od 100 do 150 μmol m-2s-1, najkorzystniej 120 μmol m-2s-1), wykazano podwyższoną ekspresję wspomnianych genów. Ekspresja genów HORVU.MOREX.r2.2HG0095300, HORVU.MOREX.r2.2HG0114530, HORVU.MOREX.r2.5HG0444510, HORVU.MOREX.r2.2HG0080880, HORVU.MOREX.r2.2HG0081850 nie ulegała zmianie w takich samych warunkach traktowania u roślin jęczmienia tolerancyjnych na cynk. Stąd rośliny wykazujące podwyższoną ekspresję wymienionych genów w odpowiedzi na traktowanie cynkiem zaliczone mogą być do genotypów wrażliwych na cynk.
Literatura:
[1] Hawkes J.S. 1997. What is a heavy metal? J. Chem. Educat. 74. 1374-1378.
[2] Duruibe J.O., Ogwuegbu M.O.C., Egwurugwu J.N. 2007. Heavy metal pollution and human biotoxic effects. Int. J. Phys. Sci. 2. 112-118.
[3] Asati, A., Pichhode, M., & Nikhil, K. 2016. Effect of heavy metals on plants: an overview. IJAIEM, 5(3), 56-66.
[4] Kabata-Pendias A., Piotrowska M. 1984. Zanieczyszczenia gleb i roślin uprawnych pierwiastkami śladowymi. Wyd. CBR Warszawa, 1-28.
[5] Nowakowski, W. Podgórski, M. 1989. Tolerancja siewek jęczmienia jarego na Cd i Pb w warunkach kwaśnego odczynu. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 380.
[6] Marzec, M., Gruszka, D., Tylec, P., Szarejko, I. 2016. Identification and functional analysis of the HvD14 gene involved in strigolactone signaling in Hordeum vulgare. Physiologia Plantarum, 158(3), 341-355.
[7] Rapacz, M., Stępień, A., & Skorupa, K. (2012). Internal standards for quantitative RT-PCR studies of gene expression under drought treatment in barley (Hordeum vulgare L.): the effects of developmental stage and leaf age. Acta Physiologiae Plantarum, 34(5), 1723-1733.
[8] Hoagland, D. R., & Amon, D. I. (1950). The water-culture method for growing plants without soil. Circular. California agricultural experiment station, 347(2nd edit).
[9] Wu, F., Zhang, G. (2002). Alleviation of cadmium-toxicity by application of zinc and ascorbic acid in barley. Journal of Plant Nutrition, 25(12), 2745-2761.
[10] Aery, N. C., Jagetiya, B. L. (1997). Relative toxicity of cadmium, lead, and zinc on barley. Communications in soil science and plant analysis, 28(11-12), 949-960.
[11] Huang, C., Barker, S. J., Langridge, P., Smith, F. W., & Graham, R. D. (2000). Zinc deficiency up-regulates expression of high-affinity phosphate transporter genes in both phosphate-sufficient and-deficient barley roots. Plant Physiology, 124(1), 415-422.
[12] Hodoshima, H., Enomoto, Y., Shoji, K., Shimada, H., Goto, F., & Yoshihara, T. (2007). Differential regulation of cadmium-inducible expression of iron-deficiency-responsive genes in tobacco and barley. Physiologia Plantarum, 129(3), 622-634.
[13] Sharma, S. S., Kaul, S., Metwally, A., Goyal, K. C., Finkemeier, I., Dietz, K. J. (2004). Cadmium toxicity to barley (Hordeum vulgare) as affected by varying Fe nutritional status. Plant science, 166(5), 1287-1295.
PL 245525 Β1
Wykaz sekwencji starterów '110> Uniwersytet Śląski w Katowicach <12O> Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach i korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk <130> 640 <140> P.442111 <141> 2023-02-27 <160> 10 <170> Patcntln version 3.5 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Hordeum yulgare <400> 1 aggaccaccc ggtgataacg 20 <210> 2 <211> 19 <212> DNA <213> Hordeum yulgare <400> 2 gcccgtggag tcgaagaag 19 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Hordeum yulgare <400> 3 tgctgccagt ggacaactac 20 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Hordeum yulgare <400> 4
PL 245525 Β1 ggtgaacgtt ctgctgttgg 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Hordeum vulgare <400> 5 agtgttcaag tacgacgcga 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Hordeum yulgare <400> 6 gccggacttg tagaccttgg 20 <210> 7 <211> 20 <212> DNA <213> Hordeum yulgare <400> 7 tctcagaggc catgtaccga 20 <210> 8 <211> 20 <212> DNA <213> Hordeum yulgare <400> 8 gctgctgcta gatgagtcgt 20 <210> 9 <211> 20 <212> DNA <213> Hordeum yulgare <400> 9 acggcatatg tcgagagcag 20 <210> 10 <211> 20 <212> DNA <213> Hordeum yulgare <400> 10 tgtcatacgg tgatggcgag 20

Claims (6)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Sekwencje starterów pozwalających na analizę poziomu ekspresji genów jęczmienia, których ekspresja w liściach i korzeniach wskazuje na obniżoną tolerancję na cynk, przedstawione w wykazie sekwencji:
    a) dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0095300 - sekwencje nukleotydowe 1 i2,
    b) dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0114530 - sekwencje nukleotydowe 3 i4,
    c) dla genu HORVU.MOREX.r2.5HG0444510 - sekwencje nukleotydowe 5 i6,
    d) dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0080880 - sekwencje nukleotydowe 7 i8,
    e) dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0081850 - sekwencje nukleotydowe 9 i10.
  2. 2. Sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk, obejmujący następujące etapy:
    a. prowadzi się wzrost siewek jęczmienia w warunkach hydroponiki przez czas co najmniej 15 dni, korzystnie 24 dni, przy czym jedną grupę stanowią siewki kontrolne, których wzrost prowadzi się w warunkach zapewniających brak kontaktu roślin z cynkiem, natomiast drugą grupę stanowią siewki badane pod kątem ich tolerancji na cynk, których wzrost przez co najmniej 10 dni, korzystnie 14 dni, prowadzi się w takich samych warunkach jak siewki kontrolne, po czym na czas co najmniej 5 dni, korzystnie 10 dni, poddaje się je stresowi przez dodanie od 35 μM do 75 μM cynku, korzystnie 50 μM cynku,
    b. izoluje się RNA z liści i korzeni jęczmienia roślin kontrolnych oraz roślin badanych,
    c. przeprowadza się syntezę cDNA,
    d. analizuje się poziom ekspresji genów HORVU.MOREX.r2.2HG0095300, HORVU.MOREX.r2.2HG0114530, HORVU.MOREX.r2.5HG0444510, HORVU.MOREX.r2.2HG0080880, HORVU.MOREX.r2.2HG0081850 metodą qPCR, u roślin kontrolnych i badanych, znamienny tym, że do analizy poziomu ekspresji genów stosuje się sekwencje starterów przedstawione w wykazie sekwencji:
    i. dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0095300 - sekwencje nukleotydowe 1 i2, ii. dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0114530 - sekwencje nukleotydowe 3 i4, iii. dla genu HORVU.MOREX.r2.5HG0444510 - sekwencje nukleotydowe 5 i6, iv. dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0080880 - sekwencje nukleotydowe 7 i8,
    v. dla genu HORVU.MOREX.r2.2HG0081850 - sekwencje nukleotydowe 9 i10
    e. oblicza się relatywny poziom ekspresji genów HORVU.MOREX.r2.2HG0095300, HORVU.MOREX.r2.2HG0114530, HORVU.MOREX.r2.5HG0444510, HORVU.MO-
    REX.r2.2HG0080880, HORVU.MOREX.r2.2HG0081850, w oparciu o poziomy ekspresji genów referencyjnych, przy czym poziomy ekspresji genów porównuje się pomiędzy roślinami kontrolnymi oraz roślinami badanymi,
    f. identyfikuje się genotypy jęczmienia wykazujące wyższy w porównaniu do genotypów analogicznych hodowanych w warunkach kontrolnych, poziom ekspresji genów HORVU.MOREX.r2.2HG0095300, HORVU.MOREX.r2.2HG0114530, HORVU.MOREX.r2.5HG0444510, HORVU.MOREX.r2.2HG0080880, HORVU.MOREX.r2.2HG0081850 wskazujący na obniżoną tolerancję na cynk.
  3. 3. Sposób według zastrz. 2 znamienny tym, że jako rośliny kontrolne stosuje się tą samą odmianę jęczmienia co rośliny badane pod kątem tolerancji na cynk.
  4. 4. Sposób według zastrz. 2 znamienny tym, że jako geny referencyjne stosuje się geny: EF1 (Elongation factor 1-a) i/lub GPDH (Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase).
  5. 5. Sposób według zastrz. 2 znamienny tym, że wzrost roślin kontrolnych jęczmienia w hodowli hydroponicznej odbywa się w pożywce Hoaglanda.
  6. 6. Sposób według zastrz. 2 znamienny tym, że wzrost roślin jęczmienia prowadzi się w następujących warunkach: temperatura powietrza od 18 do 22°C, najkorzystniej 20°C, fotoperiod od 14/10 do 20/4, najkorzystniej 16/8, intensywność świetlna od 750 do 1000 μmol m-2s-1, najkorzystniej 900 μmol m-2s-1.
PL442111A 2022-08-27 2022-08-27 Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach i korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk PL245525B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL442111A PL245525B1 (pl) 2022-08-27 2022-08-27 Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach i korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL442111A PL245525B1 (pl) 2022-08-27 2022-08-27 Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach i korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL442111A1 PL442111A1 (pl) 2024-03-04
PL245525B1 true PL245525B1 (pl) 2024-08-19

Family

ID=90106957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL442111A PL245525B1 (pl) 2022-08-27 2022-08-27 Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach i korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL245525B1 (pl)

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AMELIE DETTERBECK, MANUELA NAGEL, STEFAN RENSCH, MICHAEL WEBER, ANDREAS BÖRNER, DANIEL P. PERSSON, JAN KOFOD SCHJOERRING, VESSELIN: "Biochem J ; 2019, 476 (13): 1889–1909", THE SEARCH FOR CANDIDATE GENES ASSOCIATED WITH NATURAL VARIATION OF GRAIN ZN ACCUMULATION IN BARLEY, DOI: org/10.1042/BCJ20190181 *
JINGWEN TIONG, GLENN K. MCDONALD, YUSUF GENC, PAI PEDAS, JULIE E. HAYES, JOHN TOUBIA, PETER LANGRIDGE, CHUN Y. HUANG: "New Phytologist, 2014, 201:131–143", HVZIP7 MEDIATES ZINC ACCUMULATION IN BARLEY (HORDEUM VULGARE) AT MODERATELY HIGH ZINC SUPPLY, DOI: 10.1111/nph.12468; *
MIKKELSEN MD, PEDAS P, SCHILLER M, VINCZE E, MILLS RF, I IN.: "PLoS ONE, 2012, 7(11): e49027", BARLEY HVHMA1 IS A HEAVY METAL PUMP INVOLVED IN MOBILIZING ORGANELLAR ZN AND CU AND PLAYS A ROLE IN METAL LOADING INTO GRAINS, DOI: 10.1371/journal.pone.0049027 *
PALOMA MENGUER, THOMAS VINCENT, ANTHONY J. MILLER, JAMES K.M. BROWN, EVA VINCZE, SØREN BORG, PREBEN BACH HOLM, DALE SANDERS, DORIN: "Plant Biotechnol J; 2018, 16(1):63-71", IMPROVING ZINC ACCUMULATION IN CEREAL ENDOSPERM USING HVMTP1, A TRANSITION METAL TRANSPORTER, DOI: 10.1111/pbi.12749 *

Also Published As

Publication number Publication date
PL442111A1 (pl) 2024-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dai et al. Physiological and transcriptomic analyses of mulberry (Morus atropurpurea) response to cadmium stress
Murugaiyan et al. Mapping of genomic regions associated with arsenic toxicity stress in a backcross breeding populations of rice (Oryza sativa L.)
Khan et al. Functional characterization of a new metallochaperone for reducing cadmium concentration in rice crop
Rasheed et al. Role of genetic factors in regulating cadmium uptake, transport and accumulation mechanisms and quantitative trait loci mapping in rice. a review.
Xiao et al. Relationship between ionomics and transcriptomics of rice plant in response to arsenite stress
Abate et al. Aluminium toxicity tolerance in cereals: Mechanisms, genetic control and breeding methods
Singh et al. Glycine betaine modulates chromium (VI)-induced morpho-physiological and biochemical responses to mitigate chromium toxicity in chickpea (Cicer arietinum L.) cultivars
Gitto et al. Zinc treatment of hydroponically grown barley plants causes a reduction in root and cell hydraulic conductivity and isoform‐dependent decrease in aquaporin gene expression
Meng et al. Toxicity effects of zinc supply on growth revealed by physiological and transcriptomic evidences in sweet potato (Ipomoea batatas (L.) Lam)
Fahr et al. Assessment of lead tolerance and accumulation in metallicolous and non-metallicolous populations of Hirschfeldia incana
Darko et al. Addition of Aegilops biuncialis chromosomes 2M or 3M improves the salt tolerance of wheat in different way
Al-Qurainy et al. Biochemical and genetical responses of Phoenix dactylifera L. to cadmium stress
Ashrafuzzaman et al. Natural sequence variation at the OsORAP1 locus is a marker for ozone tolerance in Asian rice
Dobroviczká et al. Effects of cadmium and arsenic ions on content of photosynthetic pigments in the leaves of Glycine max (L.) Merrill
Abdolmalaki et al. Exploring genotypic variation and gene expression associated to cadmium accumulation in bread wheat
Horvath et al. Microarray analysis of late-season velvetleaf (Abutilon theophrasti) effect on corn
PL245472B1 (pl) Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o podwyższonej tolerancji na cynk
PL245552B1 (pl) Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk i kadm
PL245473B1 (pl) Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk
PL245524B1 (pl) Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o podwyższonej tolerancji na cynk
PL245871B1 (pl) Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach i korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk i kadm
PL245471B1 (pl) Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk
PL245551B1 (pl) Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach i korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o podwyższonej tolerancji na cynk
PL245910B1 (pl) Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach i korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o podwyższonej tolerancji na cynk i kadm
PL245869B1 (pl) Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk i kadm