PL245869B1 - Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk i kadm - Google Patents

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

Info

Publication number
PL245869B1
PL245869B1 PL442115A PL44211522A PL245869B1 PL 245869 B1 PL245869 B1 PL 245869B1 PL 442115 A PL442115 A PL 442115A PL 44211522 A PL44211522 A PL 44211522A PL 245869 B1 PL245869 B1 PL 245869B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
barley
cadmium
zinc
horvu
morex
Prior art date
Application number
PL442115A
Other languages
English (en)
Other versions
PL442115A1 (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 PL442115A priority Critical patent/PL245869B1/pl
Publication of PL442115A1 publication Critical patent/PL442115A1/pl
Publication of PL245869B1 publication Critical patent/PL245869B1/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 korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk i kadm. Bardziej szczegółowo zgłoszenie dotyczy starterów do identyfikacji genów o identyfikatorach HORVU.MOREX.r2.5HG0395660, HORVU.MOREX.r2.1HG0017110, kodujących odpowiednio białko zawierające domenę U-box oraz peroksydazę. Dla każdego z genów zaprojektowano startery pozwalające na określenie ich poziomu ekspresji w korzeniach jęczmienia z użyciem zaproponowanego systemu badania poziomu ekspresji genów. Prezentowane zgłoszenie pozwoli na selekcję odmian roślin pod kątem tolerancji na stres cynku i kadmu, 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 korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk i kadm. Bardziej szczegółowo zgłoszenie dotyczy starterów do identyfikacji genów o identyfikatorach HORVU.MOREX.r2.5HG0395660, HORVU.MOREX.r2.1HG0017110 kodujących odpowiednio białko zawierające domenę U-box oraz peroksydazę. Dla każdego z genów zaprojektowano startery pozwalające na określenie ich poziomu ekspresji w 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 i kadmu, 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) było już badane przez zespoły badaczy [5]. W ramach prowadzonych badań, które dostarczyły wyników dla prezentowanego zgłoszenia patentowego prowadzono hodowlę hydroponiczną roślin jęczmienia z dodatkiem cynku i kadmu. 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 i kadmu 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 korzeniach obu form pozwoliły na wytypowanie genów zaangażowanych w odpowiedź jęczmienia na traktowanie cynkiem oraz kadmem, i wskazanie tych, które mogą różnicować genotypy jęczmienia tolerancyjne i wrażliwe na cynk i kadm.
Wyróżnić można dwa główne nurty badań związanych z wpływem cynku i kadmu 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 CN113584047A, 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 korzeniach jęczmienia, dwóch genów kodujących białko zawierające domenę U-box oraz peroksydazę. Dzięki wykorzystaniu tych starterów możliwa jest analiza odpowiedzi roślin na stres przez pryzmat różnych mechanizmów związanych z odpowiedzią w korzeniach rośliny jęczmienia na traktowanie cynkiem i kadmem. Kolejnym celem twórców było opracowanie sposobu identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk i kadm, w którym kluczowym etapem jest analiza poziomu ekspresji genów w korzeniach jęczmienia bazująca na ww. sekwencjach starterów.
Istotę wynalazku stanowią sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów jęczmienia HORVU.MOREX.r2.5HG0395660, HORVU.MOREX.r2.1HG0017110 których ekspresja w korzeniach wskazuje na obniżoną tolerancję na cynk i kadm, przedstawione w wykazie sekwencji:
a. dla genu HORVU.MOREX.r2.5HG0395660 - sekwencje nukleotydowe 1 i 2,
b. dla genu HORVU.MOREX.r2.1HG0017110 - sekwencje nukleotydowe 3 i 4.
Ponadto istotę wynalazku stanowi sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk i kadm, pozwalający na selekcję odmian jęczmienia o zmniejszonej tolerancji na cynk i kadm, 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 i kadmem, natomiast drugą grupę stanowią siewki badane pod kątem ich tolerancji na cynk i kadm, 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 uM do 75 uM cynku, korzystnie 50 uM cynku oraz od 3 uM do 10 uM kadmu, korzystnie 5 uM kadmu,
b. izoluje się RNA z korzeni jęczmienia roślin kontrolnych oraz roślin badanych,
c. przeprowadza się syntezę cDNA,
d. analizuje się poziom ekspresji genów HORVU.MOREX.r2.5HG0395660, HORVU.MOREX.r2.1HG0017110 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.r2.5HG0395660 - sekwencje nukleotydowe 1 i 2, ii. dla genu HORVU.MOREX.r2.1HG0017110 - sekwencje nukleotydowe 3 i 4,
e. oblicza się relatywny poziom ekspresji genów HORVU.MOREX.r2.5HG0395660, HORVU.MOREX.r2.1HG0017110 w oparciu o poziomy ekspresji genów referencyjnych, przy czym poziomy ekspresji genów porównuje się pomiędzy roślinami kontrolnymi oraz roślinami badanymi traktowanymi cynkiem i kadmem,
f. identyfikuje się genotypy jęczmienia wykazujące wyższy w porównaniu do genotypów analogicznych hodowanych w warunkach kontrolnych, poziom ekspresji genów HORVU.MOREX.r2.5HG0395660, HORVU.MOREX.r2.1HG0017110 wskazujący na obniżoną tolerancję na cynk i kadm.
Korzystnie, jako rośliny kontrolne stosuje się tą samą odmianę jęczmienia co rośliny badane pod kątem tolerancji na cynk i kadm.
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 gmol m-2s-1, najkorzystniej 900 gmol m-2s-1.
Proponowane rozwiązanie techniczne dotyczące analizy poziomów ekspresji dwóch genów w korzeniach jęczmienia (HORVU.MOREX.r2.5HG0395660, HORVU.MOREX.r2.1HG0017110) jest metodą pozwalającą na selekcję odmian jęczmienia wrażliwych na kontakt z cynkiem i kadmem. 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 i kadmem.
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 i kadmem. Odmiana wyjściowa Sebastian jest tolerancyjna na cynk i kadm, w porównaniu do mutanta hvd14.d, który jest nadwrażliwy na cynk i kadm. Ekspresja genów badana była przez porównanie każdego z genotypów, który rósł w warunkach kontrolnych do roślin traktowanych cynkiem i kadmem (10-dniowe traktowanie dawką 50 gM cynku i 5 gM kadmu). Analizę poziomu ekspresji prowadzono metodą qPCR, a na fig. 1 zobrazowano względny poziom ekspresji wspomnianych genów, w korzeniach badanych roślin, po traktowaniu cynkiem i kadmem w 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 i kadmu, 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.r2.5HG0395660, HORVU.MOREX.r2.1HG0017110 z wykorzystaniem tych sekwencji starterów.
RNA wyizolowano z 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 gmol m-2s-1) oraz tych traktowanych cynkiem i kadmem (przez pierwsze 14 dni hodowla prowadzona jak dla roślin kontrolnych, przez kolejne 10 dni dodano do pożywki 50 gM cynku i 5 gM kadmu), 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 KI622) oraz 1 gg 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.r2.5HG0395660:
- sekwencja nukleotydowa1
- sekwencja nukleotydowa2
b) dla genu HORVU.MOREX.r2.1HG0017110:
- sekwencja nukleotydowa3
- sekwencja nukleotydowa4
Jako geny referencyjne w tej reakcji wykorzystano EF1 (Elongation factor 1-a) oraz GPDH (Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase) [7]. W odpowiedzi na traktowanie cynkiem i kadmem zaobserwowano wzrost poziomów ekspresji badanych genów.
Przykład 2
Sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk i kadm w oparciu o analizę poziomów ekspresji genów HORVU.MOREX.r2.5HG0395660, HORVU.MOREX.r2.1HG0017110 w 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 gmol m-2s-1) na po żywce Hoaglanda [8], natomiast wzrost roślin mających kontakt z cynkiem i kadmem prowadzi się przez 14 dni w tych samych warunkach kontrolnych, po czym dodaje się do pożywki 50 μΜ cynku oraz 5 μΜ kadmu na 10 kolejnych dni,
2. izoluje się RNA z 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.r2.5HG0395660, HORVU.MOREX.r2.1HG0017110 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:
c) dla genu HORVU.MOREX.r2.5HG0395660:
- sekwencja nukleotydowa1
- sekwencja nukleotydowa2
d) dla genu HORVU.MOREX.r2.1HG0017110:
- sekwencja nukleotydowa3
- sekwencja nukleotydowa4
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 genów HORVU.MOREX.r2.5HG0395660, HORVU.MOREX.r2.1HG0017110 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 i kadmem, dla każdego z genotypów,
7. identyfikuje się genotypy jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk i kadm, na podstawie podwyższonego poziomu ekspresji genów HORVU.MOREX.r2.5HG0395660, HORVU.MOREX.r2.1HG0017110; dla każdego z genotypów porównuje się poziom ekspresji każdego z badanych genów pomiędzy kontrolą a roślinami traktowanymi cynkiem i kadmem; im wyższa ekspresja genów u roślin stresowanych tym bardziej zostały one uszkodzone przez cynk i kadm, co oznacza niższą tolerancję rośliny na cynk i kadm.
Przedstawiona procedura powinna być przeprowadzona dla wszystkich analizowanych genotypów, a wartością użytą do porównania ich wrażliwości na cynk i kadm 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 i kadm. Wynik porównania dwóch odmian o zróżnicowanej tolerancji na cynk i kadm przedstawiono na fig. 1 rysunku.
U 24-dniowych roślin jęczmienia, nadwrażliwych na cynk i kadm, które zostały potraktowane cynkiem (dawka od 35 do 75 μM, najkorzystniej 50 μM; traktowanie od 5 do 15 dni, najkorzystniej 10) oraz kadmem (dawka od 3 do 10 μM, najkorzystniej 5 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.r2.5HG0395660, HORVU.MOREX.r2.1HG0017110 nie ulegała zmianie w takich samych warunkach traktowania u roślin jęczmienia tolerancyjnych na cynk i kadm. Stąd rośliny wykazujące podwyższoną ekspresję wymienionych genów w odpowiedzi na traktowanie cynkiem i kadmem zaliczone mogą być do genotypów wrażliwych na cynk i kadm.
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 245869 Β1
Wykaz sekwencji starterów <110> Uniwersytet Śląski w Katowicach <120> Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk i kadm <130> 644 <140> P.442115 <141> 2023-02-27 <160> 4 <170> Patcntln vcrsion 3.5 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Hordeum yulgarc <400> 1
ctcgccgtta gctacatcgt 20
<210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Hordeum vulgare <400> 2
gaagagcgct cggtagaaca 20
<210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Hordeum yulgare <400> 3
agateteggt ccagctgtct 20
<210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Hordeum vulgarc <400> 4
gaatgggccl gglaggttcc 20

Claims (6)

1. Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów jęczmienia, których ekspresja w korzeniach wskazuje na obniżoną tolerancję na cynk i kadm, przedstawione w wykazie sekwencji:
a) dla genu HORVU.MOREX.r2.5HG0395660 - sekwencje nukleotydowe 1 i 2,
b) dla genu HORVU.MOREX.r2.1HG0017110 - sekwencje nukleotydowe 3 i 4.
2. Sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk i kadm, 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 i kadmem, natomiast drugą grupę stanowią siewki badane pod kątem ich tolerancji na cynk i kadm, 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 uM do 75 uM cynku, korzystnie 50 uM cynku oraz od 3 uM do 10 uM kadmu, korzystnie 5 uM kadmu,
b. izoluje się RNA z korzeni jęczmienia roślin kontrolnych oraz roślin badanych,
c. przeprowadza się syntezę cDNA,
d. analizuje się poziom ekspresji genów HORVU.MOREX.r2.5HG0395660, HORVU.MOREX.r2.1HG0017110 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.r2.5HG0395660 - sekwencje nukleotydowe 1 i 2, ii. dla genu HORVU.MOREX.r2.1HG0017110 - sekwencje nukleotydowe 3 i 4,
e. oblicza się relatywny poziom ekspresji genów HORVU.MOREX.r2.5HG0395660, HORVU.MOREX.r2.1HG0017110 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.r2.5HG0395660, HORVU.MOREX.r2.1HG0017110 wskazujący na obniżoną tolerancję na cynk i kadm.
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 i kadm.
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. Sposób według zastrz. 2 znamienny tym, że wzrost roślin kontrolnych jęczmienia w hodowli hydroponicznej odbywa się w pożywce Hoaglanda.
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 umol m-2s-1, najkorzystniej 900 umol m-2s-1.
PL442115A 2022-08-27 2022-08-27 Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk i kadm PL245869B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL442115A PL245869B1 (pl) 2022-08-27 2022-08-27 Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk i kadm

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL442115A PL245869B1 (pl) 2022-08-27 2022-08-27 Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk i kadm

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL442115A1 PL442115A1 (pl) 2024-03-04
PL245869B1 true PL245869B1 (pl) 2024-10-21

Family

ID=90106999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL442115A PL245869B1 (pl) 2022-08-27 2022-08-27 Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk i kadm

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL245869B1 (pl)

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DERAKHSHANI B., JAFARY H., MALEKI ZANJANI B., HASANPUR K., MISHINA K., TANAKA T. I IN.: "PLoS ONE 15(4): e0230820", COMBINED QTL MAPPING AND RNA-SEQ PROFILING REVEALS CANDIDATE GENES ASSOCIATED WITH CADMIUM TOLERANCE IN BARLEY, DOI: doi.org/10.1371/journal.pone.0230820 *
JINGWEN TIONG, GLENN MCDONALD, YUSUF GENC, NEIL SHIRLEY, PETER LANGRIDGE, CHUN Y. HUANG: "New Phytologist (2015) 207:1097–1109", INCREASED EXPRESSION OF SIX ZIP FAMILY GENES BY ZINC (ZN)DEFICIENCY IS ASSOCIATED WITH ENHANCED UPTAKE AND ROOT-TO-SHOOT TRANSLOCATION OF ZN IN BARLEY (HORDEUM VULGARE), DOI: 10.1111/nph.13413 *
KINTLOVÁ M., VRÁNA J., HOBZA R., BLAVET N., HUDZIECZEK V.: "Front. Plant Sci. 12: 629089", TRANSCRIPTOME RESPONSE TO CADMIUM EXPOSURE IN BARLEY (HORDEUM VULGARE L.), DOI: 10.3389/fpls.2021.629089 *

Also Published As

Publication number Publication date
PL442115A1 (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
Wang et al. Silver nanoparticles regulate Arabidopsis root growth by concentration-dependent modification of reactive oxygen species accumulation and cell division
Xiao et al. Relationship between ionomics and transcriptomics of rice plant in response to arsenite stress
Imtiaz et al. Physiological and anthocyanin biosynthesis genes response induced by vanadium stress in mustard genotypes with distinct photosynthetic activity
Cai et al. Effects of external Mn2+ activities on OsNRAMP5 expression level and Cd accumulation in indica rice
Qiu et al. Melatonin enhances cadmium tolerance in rice via long non-coding RNA-mediated modulation of cell wall and photosynthesis
Kumar et al. Interference between arsenic‐induced toxicity and hypoxia
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
Vilas et al. Sex and heavy metals: Study of sexual dimorphism in response to soil pollution
Dobroviczká et al. Effects of cadmium and arsenic ions on content of photosynthetic pigments in the leaves of Glycine max (L.) Merrill
Kılıç et al. The influence of nanosized zero-valent iron (nZVI) on the micropropagation, antioxidant activity, and phenolic compound content of cherry laurel (Prunus laurocerasus L.)
Abdolmalaki et al. Exploring genotypic variation and gene expression associated to cadmium accumulation in bread wheat
Murgia et al. Analysis of Arabidopsis thaliana atfer4-1, atfh and atfer4-1/atfh mutants uncovers frataxin and ferritin contributions to leaf ionome homeostasis
PL245868B1 (pl) Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o podwyższonej tolerancji na cynk i kadm
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
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
PL245524B1 (pl) Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o podwyższonej 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
PL245471B1 (pl) Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk
PL245525B1 (pl) Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach i korzeniach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o obniżonej tolerancji na cynk
PL245472B1 (pl) Sekwencje starterów pozwalające na analizę poziomu ekspresji genów w liściach jęczmienia oraz sposób identyfikacji genotypów jęczmienia o podwyższonej tolerancji na cynk