RU2799014C1 - Pro-smamp-d1 promoter from stellaria media l. plant for plant biotechnology - Google Patents

Pro-smamp-d1 promoter from stellaria media l. plant for plant biotechnology Download PDF

Info

Publication number
RU2799014C1
RU2799014C1 RU2022124801A RU2022124801A RU2799014C1 RU 2799014 C1 RU2799014 C1 RU 2799014C1 RU 2022124801 A RU2022124801 A RU 2022124801A RU 2022124801 A RU2022124801 A RU 2022124801A RU 2799014 C1 RU2799014 C1 RU 2799014C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
promoter
smamp
pro
plant
gene
Prior art date
Application number
RU2022124801A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Роман Александрович Комахин
Любовь Александровна Иванова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии" (ФГБНУ ВНИИСБ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии" (ФГБНУ ВНИИСБ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии" (ФГБНУ ВНИИСБ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2799014C1 publication Critical patent/RU2799014C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: biochemistry.
SUBSTANCE: invention relates to a DNA fragment for genetic modification of a plant cell in order to express a recombinant gene in a plant. Also a genetic construct containing the specified DNA fragment is disclosed. A method for expressing a recombinant gene in a plant cell is disclosed.
EFFECT: invention makes it possible to efficiently express a recombinant gene in a plant.
3 cl, 10 dwg, 1 tbl, 6 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Изобретение относится к области биологии, молекулярной биологии, биотехнологии и генетической инженерии растений. Изобретение может быть использовано для создания генетических конструкций с целью повышенной экспрессии рекомбинантных генов и продукции рекомбинантных белков. Изобретение может применяться для наработки рекомбинантных белков в клетках растений методом транзиентной экспрессии, для создания трансгенных растений, продуцирующих рекомбинантные белки, для отбора трансгенных клеток, каллусов, побегов и проростков растений на питательной среде с селективным агентом. Настоящее изобретение может применяться в фундаментальных исследованиях биологии растений с использованием методов прямой и обратной генетики.The invention relates to the field of biology, molecular biology, biotechnology and plant genetic engineering. The invention can be used to create genetic constructs for the purpose of increased expression of recombinant genes and production of recombinant proteins. The invention can be used to produce recombinant proteins in plant cells by transient expression, to create transgenic plants producing recombinant proteins, to select transgenic cells, calluses, shoots and seedlings of plants on a nutrient medium with a selective agent. The present invention can be applied in basic plant biology research using forward and reverse genetics methods.

Уровень техникиState of the art

Промотор гена - фрагмент геномной ДНК, обеспечивающий инициацию транскрипции гена. Промоторы необходимы для координированной экспрессии генов в клетках растений в изменяющихся условиях окружающей среды. В растениях полноразмерные промоторы белок-кодирующих генов состоят из дистальной, проксимальной и «коровой» промоторных областей. «Коровая» область содержит, как правило, последовательность известного цис-элемента ТАТА-box, локализованного около - 40-20 п.н. выше (или левее) сайта инициации транскрипции (transcription start site, TSS) в котором белки основного транскрипционного механизма (RNA Pol II, TATA-binding proteins и TBP-associated factors) запускают транскрипцию (Hernandez-Garcia and Finer 2014). Изменение экспрессии генов достигается благодаря физическому взаимодействию между основным транскрипционным механизмом и регуляторными белками (факторами транскрипции), связывающими примыкающую к «коровой» проксимальную промоторную область. Дистальная промоторная область, наиболее удаленная от TSS, может влиять на эффективность экспрессии генов благодаря трехмерной подвижности ДНК и ее пространственному сближению с «коровой» областью.A gene promoter is a fragment of genomic DNA that initiates the transcription of a gene. Promoters are essential for coordinated gene expression in plant cells under changing environmental conditions. In plants, full-length promoters of protein-coding genes consist of distal, proximal, and "core" promoter regions. The "core" region contains, as a rule, the sequence of the known cis-element TATA-box, localized at about - 40-20 bp. upstream (or to the left) of the transcription start site (TSS) where the proteins of the main transcription machinery (RNA Pol II, TATA-binding proteins and TBP-associated factors) start transcription (Hernandez-Garcia and Finer 2014). The change in gene expression is achieved due to the physical interaction between the main transcription mechanism and regulatory proteins (transcription factors) that bind the proximal promoter region adjacent to the "core". The distal promoter region, which is farthest from the TSS, can affect the efficiency of gene expression due to the three-dimensional mobility of DNA and its spatial proximity to the "core" region.

Функциональную архитектуру полноразмерного промотора определяют множественные регуляторные элементы (энхансеры, сайленсеры, инсуляторы и цис-элементы) - специфические последовательности нуклеотидов для связывания регуляторными белками, распределенные вдоль всей нуклеотидной последовательности промотора. Взаимодействия между различными регуляторными элементами и связывающими их регуляторными белками играют главную роль в определении эффективности и специфичности эукариотического промотора.The functional architecture of a full-length promoter is determined by multiple regulatory elements (enhancers, silencers, insulators, and cis-elements) - specific nucleotide sequences for binding by regulatory proteins, distributed along the entire nucleotide sequence of the promoter. Interactions between various regulatory elements and their binding regulatory proteins play a major role in determining the efficiency and specificity of the eukaryotic promoter.

Изолированные нуклеотидные последовательности промоторов и их отдельные структурные области в экспрессионных кассетах генетических конструкций имеют существенное значение для регулирования экспрессии рекомбинантных генов в трансгенных растениях. Под термином «рекомбинантный ген» обычно понимают любой искусственно созданный ген, состоящий из компонентов разных генов. Рекомбинантный ген создается путем соединения отдельных компонентов разных генов в новые комбинации с помощью методов генетической инженерии. Любой ген в составе кассеты экспрессии генетической конструкции для трансформации растений может считаться рекомбинантным.Isolated nucleotide sequences of promoters and their individual structural regions in the expression cassettes of genetic constructs are essential for regulating the expression of recombinant genes in transgenic plants. The term "recombinant gene" is usually understood to mean any artificially created gene, consisting of components of different genes. A recombinant gene is created by combining individual components of different genes into new combinations using genetic engineering techniques. Any gene within the expression cassette of a genetic construct for plant transformation may be considered recombinant.

Изолированные промоторы могут сохранять свои основные функции в составе генетических конструкций, интегрированных в геном трансгенных растений, однако качественные и количественные вариации экспрессии рекомбинантных генов под их контролем не являются редкостью и должны быть изучены для каждого промотора, который предлагается для биотехнологии растений (Hernandez-Garcia and Finer 2014).Isolated promoters can retain their main functions as part of genetic constructs integrated into the genome of transgenic plants; however, qualitative and quantitative variations in the expression of recombinant genes under their control are not uncommon and should be studied for each promoter proposed for plant biotechnology (Hernandez-Garcia and Finer 2014).

Используемые в биотехнологии растений промоторы могут быть классифицированы как конститутивные (активны в большинстве тканей на разных стадиях развития растения), пространственно-временные (активны в определенных тканях и/или на определенных стадиях развития растения) и индуцибельные (активируются при воздействии химических или физических агентов). К отдельному классу можно отнести синтетические промоторы, состоящие из различных по происхождению регуляторных элементов (Hernandez-Garcia and Finer 2014).Promoters used in plant biotechnology can be classified as constitutive (active in most tissues at different stages of plant development), spatiotemporal (active in certain tissues and/or at certain stages of plant development) and inducible (activated when exposed to chemical or physical agents) . Synthetic promoters consisting of regulatory elements of various origins can be classified as a separate class (Hernandez-Garcia and Finer 2014).

Сильные конститутивные промоторы наиболее востребованы в биотехнологии растений. Промоторы этого класса наряду с эффективной экспрессией целевых генов (рекомбинантных генов предназначенных для изменения фенотипа растения) способны контролировать экспрессию селективных генов (рекомбинантных генов предназначенных для отбора трансформированных клеток растения) на уровне, достаточном для селекции трансгенных клеток, каллусов, побегов и проростков растения на питательной среде с селективным агентом.Strong constitutive promoters are most in demand in plant biotechnology. Promoters of this class, along with the effective expression of target genes (recombinant genes intended to change the plant phenotype), are able to control the expression of selective genes (recombinant genes intended to select transformed plant cells) at a level sufficient for the selection of transgenic cells, calli, shoots and seedlings of plants on nutrient environment with a selective agent.

Ранее в биотехнологии растений практически все трансгенные растения содержали два рекомбинантных гена, один из которых под контролем конститутивного промотора был необходим для селективного отбора трансформированных клеток, а другой целевой ген под контролем промотора любого типа был предназначен для изменения фенотипа растения. В настоящее время возможности мультигенной трансформации делают доступными импорт в растения целых метаболических путей, включающих экспрессию нескольких целевых генов, и разработку трансгенных культур, одновременно производящих целый спектр соединений (Zhu et al. 2007; Peremarti et al. 2010). Каждый дополнительный рекомбинантный ген нуждается в собственном промоторе, что требует применения в одной генетической конструкции различных промоторов со схожим уровнем и профилем экспрессии или одного промотора несколько раз. В первом случае ощущается дефицит доступных промоторов с необходимыми параметрами, а во втором случае введение повторяющихся последовательностей в один или разные локусы одного трансгенного растения может иметь отрицательное влияние на экспрессию и наследование входящих в них рекомбинантных генов из-за эффекта гомологозависимого замолкания (Mette et al. 1999; Lessard et al. 2002; Potenza et al. 2004; Mourrain et al. 2007). В настоящее время настоятельно рекомендуется управлять различными рекомбинантными генами, введенными в трансгенные растения, с использованием разных промоторов, чтобы избежать эффекта гомологозависимого замолкания генов из-за гомологии повторяющихся промоторов (Peremarti et al. 2010; Dutt et al. 2014; Nuccio 2017).Previously, in plant biotechnology, almost all transgenic plants contained two recombinant genes, one of which, under the control of a constitutive promoter, was necessary for the selective selection of transformed cells, and the other target gene, under the control of any type of promoter, was intended to change the plant phenotype. Currently, the possibilities of multigene transformation make it possible to import entire metabolic pathways into plants, including the expression of several target genes, and the development of transgenic crops that simultaneously produce a range of compounds (Zhu et al. 2007; Peremarti et al. 2010). Each additional recombinant gene needs its own promoter, which requires the use of different promoters with a similar level and expression profile in one genetic construct, or one promoter several times. In the first case, there is a shortage of available promoters with the necessary parameters, and in the second case, the introduction of repeated sequences into one or different loci of one transgenic plant may have a negative effect on the expression and inheritance of the recombinant genes included in them due to the effect of homologous silencing (Mette et al. 1999; Lessard et al. 2002; Potenza et al. 2004; Mourrain et al. 2007). It is now highly recommended to drive different recombinant genes introduced into transgenic plants using different promoters to avoid the effect of homologous gene silencing due to homology of repetitive promoters (Peremarti et al. 2010; Dutt et al. 2014; Nuccio 2017).

До настоящего времени наиболее популярным сильным конститутивным промотором для генетической инженерии растений является промотор CaMV35S, созданный на основе промоторной области 35S РНК вируса мозаики цветной капусты CaMV (Odell et al. 1985). Промотор CaMV35S обеспечивает высокий уровень экспрессии в большинстве тканей и органов растений и широко используется при разработке трансгенных растений, особенно двудольных видов, поэтому часто в исследованиях других промоторов используется в качестве сравнительного контроля (прототипа). Известны другие сильные конститутивные промоторы из геномов фитопатогенов. Например, промотор из генома вируса мозаики георгин (Kuluev et al. 2010), промотор из генома вируса мозаики норичника (Acharya et al. 2014), промотор nos гена нопалинсинтазы агробактерий (Agrobacterium tumefaciens) (Verdaguer et al. 1996) и др. Однако изолированные из патогенов растений промоторы могут приводить к нарушению развития трансгенных растений (АН and Kim 2019), они менее предпочтительны с экологической точки зрения и их эффективность может подавляться в случае заражения генетически модифицированных растений вирусами (Al-Kaff et al. 2000). Промоторы патогенов растений в кассетах экспрессии могут быть заменены промоторами растительного происхождения для получения cis-генных или intra-генных растений, свободных от нежелательных чужеродных (не растительного происхождения) последовательностей (Holme et al. 2013). Поэтому, в последние два десятилетия активно проводится поиск и тестирование новых эффективных промоторов генов растений и создание синтетических промоторов (АН and Kim 2019).So far, the most popular strong constitutive promoter for plant genetic engineering is the CaMV35S promoter, derived from the cauliflower mosaic virus 35S RNA promoter region CaMV (Odell et al. 1985). The CaMV35S promoter provides a high level of expression in most tissues and organs of plants and is widely used in the development of transgenic plants, especially dicotyledonous species; therefore, it is often used as a comparative control (prototype) in studies of other promoters. Other strong constitutive promoters are known from plant pathogen genomes. For example, the promoter from the genome of the dahlia mosaic virus (Kuluev et al. 2010), the promoter from the genome of the dahlia mosaic virus (Acharya et al. 2014), the nos promoter of the nopaline synthase gene of Agrobacterium tumefaciens (Verdaguer et al. 1996), etc. However, promoters isolated from plant pathogens can disrupt the development of transgenic plants (AH and Kim 2019), they are less favorable from an ecological point of view, and their effectiveness can be suppressed if genetically modified plants are infected with viruses (Al-Kaff et al. 2000). Plant pathogen promoters in expression cassettes can be replaced with plant-derived promoters to produce cis-gene or intra-gene plants free of unwanted foreign (non-plant) sequences (Holme et al. 2013). Therefore, in the last two decades, the search for and testing of new effective promoters of plant genes and the creation of synthetic promoters have been actively carried out (AH and Kim 2019).

Сильных конститутивных промоторов растительного происхождения, одновременно эффективных для экспрессии целевых и селективных генов, известно крайне мало. Одним из немногих является промотор AtTCTP из арабидопсиса (Arabidopsis thaliana), конститутивной активности которого достаточно как для высокоуровневой экспрессии репортерного гена gus в различных органах трансгенных растений арабидопсиса, так и для контроля селективного гена фосфинотрицинацетилтрансферазы при отборе на питательной среде с гербицидом фосфинотрицином трансгенных каллусов и растений полевицы побегообразующей (Agvyrostis stoloniferd) (Han et al. 2015). Промотор Actinl из риса (Oryza sativa) проявил себя как сильный конститутивный при селекции на среде с антибиотиком паромомицином трансгенных каллусов и растений кукурузы (Zea mays) (Prakash et al. 2008). Относительно недавно для генетической инженерии однодольных сельскохозяйственных растений предложен сильный промотор UBI10 из коротконожки лесной (Brachypodium distachyon), который до 35 раз более эффективен, чем CaMV35S (Coussens et al. 2012). Для генетической инженерии двудольных был клонирован целый спектр сильных промоторов различных генов растений, но превосходство их над CaMV35S было не так существенно, как у однодольных. Промоторы генов UBQ1 и UBQ6 из А. thaliana активны во всех тканях табака на уровне вирусного промотора CaMV35S (Callis et al. 1990). Сильный промотор MtHP из Medicago truncatula в растениях арабидопсиса, клевера ползучего (Trifolium repens) и люцерны посевной (Medicago sativa) по эффективности примерно в полтора раза превосходил CaMV35S (Xiao et al. 2005). В сравнении с CaMV35S в трансгенных растениях табака и арабидопсиса до шести раз более эффективным был промотор гена АЦЦ-синтазы VR-ACS1 из вигны лучистой (Vigna radiata), однако его явное превосходство было результатом не столько транскрипционной, сколько трансляционной активации (Cazzonelli et al. 2005).There are very few known strong constitutive promoters of plant origin that are simultaneously effective for the expression of target and selective genes. One of the few is the AtTCTP promoter from Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), whose constitutive activity is sufficient both for high-level expression of the gus reporter gene in various organs of transgenic Arabidopsis plants and for controlling the selective phosphinothricin acetyltransferase gene when selecting transgenic calli and plants on a nutrient medium with the herbicide phosphinothricin. bent grass (Agvyrostis stoloniferd) (Han et al. 2015). The Actinl promoter from rice (Oryza sativa) proved to be a strong constitutive promoter in the selection of transgenic calli and maize (Zea mays) plants on a medium with the antibiotic paromomycin (Prakash et al. 2008). Relatively recently, a strong UBI10 promoter from Brachypodium distachyon was proposed for the genetic engineering of monocot crops, which is up to 35 times more efficient than CaMV35S (Coussens et al. 2012). For the genetic engineering of dicots, a whole spectrum of strong promoters of various plant genes was cloned, but their superiority over CaMV35S was not as significant as in monocots. The promoters of the UBQ1 and UBQ6 genes from A. thaliana are active in all tobacco tissues at the level of the CaMV35S viral promoter (Callis et al. 1990). The strong MtHP promoter from Medicago truncatula in plants of Arabidopsis, creeping clover (Trifolium repens), and alfalfa (Medicago sativa) was about 1.5 times more efficient than CaMV35S (Xiao et al. 2005). Compared to CaMV35S, the promoter of the ACC synthase gene VR-ACS1 from cowpea radiata (Vigna radiata) was up to six times more efficient in transgenic tobacco and Arabidopsis plants, but its clear superiority was the result of translational rather than transcriptional activation (Cazzonelli et al. 2005).

Ранее нами были клонированы промоторы генов антимикробных пептидов pro-SmAMP1 (MF461278) и pro-SmAMP2 (КХ196447) из растения звездчатка средняя (S. media), которые по эффективности сопоставимы или превосходят вирусный промотор CaMV35S (Komakhin et al. 2016; Vysotskii et al. 2016; Madzharova et al. 2018). Эффективность промоторов первоначально оценивали по экспрессии репортерного гена gus путем измерения активности его белкового продукта GUS. Установлено, что эти промоторы при транзиентной экспрессии в растениях Nicotiana benthamiana по эффективности до 3,4 раз превосходили вирусный промотор CaMV35S. В гомозиготных линиях трансгенных растений табака {Nicotiana tabacum) промоторы pro-SmAMP1 и pro-SmAMP2 были в 2 раза сильнее, чем вирусный промотор CaMV35S. Промотор pro-SmAMP2 по эффективности контроля гена неомицинфосфотрансферазы II (nptII) при селекции трансгенных растений табака и арабидопсиса на средах с антибиотиком канамицином в рекомендованных концентрациях не уступает дуплицированному вирусному промотору 2х CaMV35S. Но при этом выяснилось, что нуклеотидные последовательности промоторов pro-SmAMP1 и pro-SmAMP2 идентичны на 94%, что препятствует их использованию для управления целевым и селективным генами в составе одной генетической конструкции из-за возможного эффекта гомологозависимого замолкания. Поэтому в настоящее время необходим поиск новых растительных промоторов со схожим паттерном активности в клетках растений и отличающейся от промоторов pro-SmAMP1 и pro-SmAMP2 генетической основой (нуклеотидной последовательностью).Previously, we cloned the promoters of the pro-SmAMP1 (MF461278) and pro-SmAMP2 (KX196447) antimicrobial peptide genes from the S. media plant, which are comparable or superior in efficiency to the CaMV35S viral promoter (Komakhin et al. 2016; Vysotskii et al. 2016; Madzharova et al. 2018). Promoter efficiency was initially assessed by the expression of the gus reporter gene by measuring the activity of its GUS protein product. It was found that these promoters, when transiently expressed in Nicotiana benthamiana plants, were up to 3.4 times more efficient than the CaMV35S viral promoter. In homozygous lines of transgenic tobacco plants (Nicotiana tabacum), the pro-SmAMP1 and pro-SmAMP2 promoters were two times stronger than the CaMV35S viral promoter. The pro-SmAMP2 promoter is as efficient as controlling the neomycin phosphotransferase II (nptII) gene in the selection of transgenic tobacco and Arabidopsis plants on media with the antibiotic kanamycin at recommended concentrations as well as the duplicated viral 2x CaMV35S promoter. But at the same time, it turned out that the nucleotide sequences of the pro-SmAMP1 and pro-SmAMP2 promoters are 94% identical, which prevents their use to control the target and selective genes in the same genetic construct due to the possible effect of homologous silencing. Therefore, it is currently necessary to search for new plant promoters with a similar pattern of activity in plant cells and a genetic basis (nucleotide sequence) that differs from the pro-SmAMP1 and pro-SmAMP2 promoters.

Таким образом, несмотря на существующие достижения в области молекулярной биологии и биотехнологии, необходимость высокой, конститутивной, стабильной и точной экспрессии рекомбинантных генов в трансгенных растениях обуславливает потребность поиска новых промоторов генов растений с разной генетической основой. Использование таких промоторов для экспрессии рекомбинантных генов позволит создавать стабильные трансгенные растения, эффективно экспрессирующие множество целевых генов и продуцирующие ценные вторичные метаболиты или сложные белки, состоящие из нескольких полипептидных цепей.Thus, despite the existing achievements in the field of molecular biology and biotechnology, the need for high, constitutive, stable, and accurate expression of recombinant genes in transgenic plants necessitates the search for new gene promoters for plants with different genetic bases. The use of such promoters for the expression of recombinant genes will make it possible to create stable transgenic plants that efficiently express many target genes and produce valuable secondary metabolites or complex proteins consisting of several polypeptide chains.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Объектом изобретения является нуклеотидная последовательность промоторной области гена дефензина SmAMP-D1 из генома растения звездчатка средняя, или мокрица, (Stellaria media). Впервые выделенный из генома промотор pro-SmAMP-D1 представлен двумя полиморфными версиями и их 5'-делеционными вариантами различной длины. Первая версия промотора pro-SmAMP-D1, обозначена как pro-SmAMP-D1-1 и представлена 5'-делеционными вариантами -303 п.н. (SEC ID NO 1) и -118 п.н. (SEC ID NO 2) относительно +1 п.н. TSS гена дефензина SmAMP-D1. Вторая версия промотора pro-SmAMP-D1, обозначена как pro-SmAMP-D1-2 и представлена 5'-делеционными вариантами -304 п.н. (SEC ID NO 3) и -118 п.н. (SEC ID NO 4) относительно +1 п.н. TSS гена дефензина SmAMP-D1. Версии промотора pro-SmAMP-D1-1 и pro-SmAMP-D1-2 идентичны на 93% и различаются заменами отдельных нуклеотидов в их последовательностях.The object of the invention is the nucleotide sequence of the promoter region of the SmAMP-D1 defensin gene from the genome of the plant Stellaria media. The pro-SmAMP-D1 promoter isolated from the genome for the first time is represented by two polymorphic versions and their 5'-deletion variants of various lengths. The first version of the pro-SmAMP-D1 promoter, designated as pro-SmAMP-D1-1, is represented by 5' deletion variants -303 bp. (SEC ID NO 1) and -118 b.p. (SEC ID NO 2) relative to +1 b.p. TSS of the SmAMP-D1 defensin gene. The second version of the pro-SmAMP-D1 promoter is designated as pro-SmAMP-D1-2 and is represented by 5'-deletion variants -304 bp. (SEC ID NO 3) and -118 b.p. (SEC ID NO 4) relative to +1 b.p. TSS of the SmAMP-D1 defensin gene. The versions of the pro-SmAMP-D1-1 and pro-SmAMP-D1-2 promoters are 93% identical and differ in the substitutions of individual nucleotides in their sequences.

Изолированные нуклеотидные последовательности растительного промотора pro-SmAMP-D1 предназначены для создания генетических конструкций с целью экспрессии рекомбинантных генов на высоком и конститутивном уровнях в генетически модифицированных клетках растений и в генетически модифицированных растениях.Isolated nucleotide sequences of the pro-SmAMP-D1 plant promoter are designed to create genetic constructs to express recombinant genes at high and constitutive levels in genetically modified plant cells and genetically modified plants.

Генетические конструкции, несущие рекомбинантный ген (целевой или селективный) под контролем промотора pro-SmAMP-D1, также содержащие терминатор транскрипции, предназначены для генетической трансформации клеток растений, в том числе, с использованием штаммов агробактерий (Agrobacterium).Genetic constructs carrying a recombinant gene (target or selective) under the control of the pro-SmAMP-D1 promoter, also containing a transcription terminator, are intended for genetic transformation of plant cells, including those using Agrobacterium strains.

Штаммы агробактерий, содержащие генетические конструкции с целевым или селективным генами под контролем промотора pro-SmAMP-D1 в составе бинарного вектора для трансформации растений, предназначены для агробактериальной инфильтрации тканей растений или для ко-культивации с растительными эксплантами.Agrobacterium strains containing genetic constructs with target or selective genes under the control of the pro-SmAMP-D1 promoter as part of a binary vector for plant transformation are intended for agrobacterial infiltration of plant tissues or for co-cultivation with plant explants.

Инфильтрация растительных тканей с использованием штаммов агробактерий, содержащих целевой ген под контролем промотора рго-SmAMP-D1 в составе бинарного вектора для трансформации растений, обеспечивает накопление целевого белка на уровне, который сопоставим или превосходит уровень накопления целевого белка при использовании сильного вирусного промотора CaMV35S.Infiltration of plant tissues using strains of agrobacteria containing the target gene under the control of the pro-SmAMP-D1 promoter as part of a binary vector for plant transformation ensures the accumulation of the target protein at a level that is comparable to or exceeds the level of accumulation of the target protein when using the strong viral CaMV35S promoter.

Агробактериальные штаммы, содержащие генетические конструкции с целевым геном под контролем промотора pro-SmAMP-D1 в составе бинарного вектора для трансформации растений, после ко-культивации с растительными эксплантами позволяют создавать трансгенные растения, продуцирующие целевой белок на уровне, который сопоставим или превосходит уровень накопления целевого белка при использовании сильного вирусного промотора CaMV35S.Agrobacterium strains containing genetic constructs with the target gene under the control of the pro-SmAMP-D1 promoter as part of a binary vector for plant transformation, after co-cultivation with plant explants, make it possible to create transgenic plants that produce the target protein at a level that is comparable to or exceeds the level of accumulation of the target protein. protein using a strong viral promoter CaMV35S.

Агробактериальные штаммы, содержащие генетические конструкции с селективным геном под контролем промотора pro-SmAMP-D1 в составе бинарного вектора для трансформации растений, после ко-культивации с растительными эксплантами позволяют создавать и отбирать на питательной среде с селективным агентом трансгенные клетки, каллусы, побеги и проростки растений без использования промоторов из патогенов растений.Agrobacterium strains containing genetic constructs with a selective gene under the control of the pro-SmAMP-D1 promoter as part of a binary vector for plant transformation, after co-cultivation with plant explants, make it possible to create and select transgenic cells, calli, shoots and seedlings on a nutrient medium with a selective agent plants without the use of promoters from plant pathogens.

Основной технический результат изобретения заключается в расширении арсенала новых эффективных промоторов растительного происхождения для биотехнологии растений, в том числе для экспрессии рекомбинантных генов на высоком и конститутивном уровне без использования промоторов из патогенов растений.The main technical result of the invention is to expand the arsenal of new effective promoters of plant origin for plant biotechnology, including for the expression of recombinant genes at a high and constitutive level without the use of promoters from plant pathogens.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Фиг. 1. Нуклеотидная последовательность промоторной области гена SmAMP-D1. (а) Промоторная версия pro-SmAMP-D1-1 длиною -303 п.н. относительно +1 п.н. TSS вместе с 5'-НТО гена SmAMP-D1; (б) Промоторная версия pro-SmAMP-D1-2 длиною -304 п.н. относительно +1 п.н. TSS вместе с 5'-НТО гена SmAMP-D1. 5'-НТО подчеркнута, основные цис-действующие элементы в промоторной последовательности выделены рамкой и обозначенных надписями. Сайт начала трансляции белка atg выделен красным цветом. Вертикальными красными стрелками и зелеными цифрами отмечены начальные точки нуклеотидных последовательностей 5'-делеционных вариантов промотора.Fig. Fig. 1. Nucleotide sequence of the promoter region of the SmAMP-D1 gene. (a) -303 bp pro-SmAMP-D1-1 promoter version. relative to +1 b.p. TSS together with 5'-UTR of the SmAMP-D1 gene; (b) Promoter version of pro-SmAMP-D1-2, -304 bp in length. relative to +1 b.p. TSS together with the 5'-UTR of the SmAMP-D1 gene. The 5'-UTR is underlined, the main cis-acting elements in the promoter sequence are boxed and labeled. The translation start site of the atg protein is highlighted in red. Vertical red arrows and green numbers mark the starting points of the nucleotide sequences of the 5' deletion variants of the promoter.

Фиг. 2. Генетические конструкции на основе растительного экспрессионного вектора pCAMBIA1381Z, в которых содержащий интрон репортерный ген gus находится под контролем 5'-делеционных вариантов -303 и -118 п.н. версии промотора pro-SmAMP-D1-1 и 5'-делеционных вариантов -304 и -118 п.н. версии промотора pro-SmAMP-D1-2. Растительный экспрессионный вектор pMOG35SintGUS с содержащим интрон геном gus под контролем вирусного промотора CaMV35S использован в качестве сравнительного контроля. Черным цветом показана кодирующая область гена gus; Int - модифицированный интрон каталазы клещевины внутри транслируемой области гена gus; PIV2 - модифицированный интрон гена ST-LS1 картофеля внутри транслируемой области гена gus. Промоторы изображены в виде стрелок с соответствующими подписями.Fig. 2. Genetic constructs based on the plant expression vector pCAMBIA1381Z, in which the intron-containing gus reporter gene is controlled by the -303 and -118 bp 5' deletion variants. versions of the pro-SmAMP-D1-1 promoter and 5'-deletion variants -304 and -118 bp. versions of the pro-SmAMP-D1-2 promoter. The pMOG35SintGUS plant expression vector containing the gus intron gene under the control of the CaMV35S viral promoter was used as a comparative control. The coding region of the gus gene is shown in black; Int - modified castor catalase intron within the translated region of the gus gene; PIV2 is a modified intron of the potato ST-LS1 gene within the translated region of the gus gene. Promoters are depicted as arrows with corresponding labels.

Фиг. 3. Генетические конструкции на основе растительного экспрессионного вектора pCAMBIA2300, в которых селективный ген nptII находится под контролем 5'-делеционных вариантов -303 и -118 п.н. версии промотора рго-SmAMP-D1-1 и 5'-делеционных вариантов -304 и -118 п.н. версии промотора pro-SmAMP-D1-2. Вектор pCAMBIA2300 с геном nptII под контролем дуплицированного промотора 2х CaMV35S использован в качестве сравнительного контроля. Кодирующая область гена nptII показана синим цветом. Промоторы изображены в виде стрелок с соответствующими подписями.Fig. 3. Genetic constructs based on the plant expression vector pCAMBIA2300, in which the selective nptII gene is under the control of the -303 and -118 bp 5'-deletion variants. versions of the pro-SmAMP-D1-1 promoter and 5'-deletion variants -304 and -118 bp. versions of the pro-SmAMP-D1-2 promoter. The pCAMBIA2300 vector with the nptII gene under the control of the duplicated 2x CaMV35S promoter was used as a comparative control. The coding region of the nptII gene is shown in blue. Promoters are depicted as arrows with corresponding labels.

Фиг. 4. Уровни активности репортерного белка GUS в листьях растений N. benthamiana при транзиентной экспрессии гена gus под контролем разных версий и 5'-делеционных вариантов промотора pro-SmAMP-D1 и промотора CaMV35S (контроль). Горизонтальными линиями отмечены делеционные варианты на основе промоторных версий pro-SmAMP-D1-1 и pro-SmAMP-D1-2. Цифрами ниже оси абсцисс показаны размеры 5'-делеционных вариантов в п.н. относительно +1 п.н. TSS. Планки погрешностей соответствуют стандартным ошибкам. * - значения, существенно отличающиеся от контроля при р≤0.05.Fig. Fig. 4. Activity levels of the GUS reporter protein in the leaves of N. benthamiana plants with transient expression of the gus gene under the control of different versions and 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter and the CaMV35S promoter (control). Horizontal lines mark deletion variants based on pro-SmAMP-D1-1 and pro-SmAMP-D1-2 promoter versions. The numbers below the abscissa show the sizes of the 5'-deletion variants in bp. relative to +1 b.p. TSS. Error bars correspond to standard errors. * - values significantly different from control at p≤0.05.

Фиг. 5. Гистохимическая локализация активности репортерного белка GUS в 2-х недельных трансгенных растениях A. thaliana поколения Т2, экспрессирующих ген gus под контролем разных версий и 5'-делеционных вариантов промотора pro-SmAMP-D1 и промотора CaMV35S (контроль). Горизонтальными линиями отмечены 5'-делеционные варианты на основе промоторных версий pro-SmAMP-D1-1 и pro-SmAMP-D1-2. Цифрами показаны размеры 5'-делеционных вариантов в п.н. относительно +1 п.н. TSS. Показана локализация активности GUS (синяя окраска тканей) в листьях, черешках, стеблях, корнях и семядолях трансгенных растений в сравнении с аналогичными органами интактных растений арабидопсиса экотипа Colambia-0.Fig. Fig. 5. Histochemical localization of GUS reporter protein activity in 2-week-old T2 generation transgenic A. thaliana plants expressing the gus gene under the control of different versions and 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter and the CaMV35S promoter (control). Horizontal lines mark 5'-deletion variants based on pro-SmAMP-D1-1 and pro-SmAMP-D1-2 promoter versions. The numbers show the sizes of the 5'-deletion variants in bp. relative to +1 b.p. TSS. The localization of GUS activity (blue tissue color) in leaves, petioles, stems, roots, and cotyledons of transgenic plants was shown in comparison with similar organs of intact Arabidopsis plants of the Columbia-0 ecotype.

Фиг. 6. Уровни активности репортерного белка GUS в листьях 3-х недельных трансгенных растений A. thaliana поколения Т2, экспрессирующих ген gus под контролем разных версий и 5'-делеционных вариантов промотора pro-SmAMP-D1 и промотора CaMV35S (контроль). Горизонтальными линиями отмечены 5'-делеционные варианты на основе промоторных версий рго-SmAMP-D1-1 и pro-SmAMP-D1-2. Цифрами ниже оси абсцисс показаны размеры 5-делеционных вариантов в п.н. относительно +1 п.н. TSS. n-количество независимых линий трансгенных растений. Планки погрешностей соответствуют стандартным ошибкам. * - значения, существенно отличающиеся от контроля при р≤0.05.Fig. Fig. 6. Activity levels of the GUS reporter protein in the leaves of 3-week-old T2 generation transgenic A. thaliana plants expressing the gus gene under the control of different versions and 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter and the CaMV35S promoter (control). Horizontal lines mark 5'-deletion variants based on pro-SmAMP-D1-1 and pro-SmAMP-D1-2 promoter versions. The numbers below the abscissa show the sizes of the 5-deletion variants in bp. relative to +1 b.p. TSS. n is the number of independent lines of transgenic plants. Error bars correspond to standard errors. * - values significantly different from control at p≤0.05.

Фиг. 7. Морфогенез побегов из соматических клеток листовых эксплантов табака на питательной среде с антибиотиком канамицином в высокой концентрации 350 мг/л. Для управления экспрессией селективного гена nptII использовали разные версии и 5'-делеционные варианты промотора pro-SmAMP-D1 и промотор 2х CaMV35S (контроль). Цифрами показаны размеры 5'-делеционных вариантов промотора в п.н. относительно +1 п.н. TSS.Fig. Fig. 7. Morphogenesis of shoots from somatic cells of tobacco leaf explants on a nutrient medium with the antibiotic kanamycin at a high concentration of 350 mg/l. To control the expression of the selective nptII gene, different versions and 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter and the 2x CaMV35S promoter (control) were used. The numbers show the sizes of the 5'-deletion variants of the promoter in bp. relative to +1 b.p. TSS.

Фиг. 8. Сегрегация проростков табака поколения T1 на селективной питательной среде с антибиотиком канамицином. Зеленые растения устойчивы к канамицину. Чувствительные к канамицину растения - белые. Для контроля экспрессии селективного гена nptII использовали разные версии и 5'-делеционные варианты промотора pro-SmAMP-D1 и промотор 2х CaMV35S (контроль). Цифрами показаны размеры 5'-делеционных вариантов промотора в п.н. относительно +1 п.н. TSS.Fig. Fig. 8. Segregation of T 1 generation tobacco seedlings on a selective nutrient medium with the antibiotic kanamycin. Green plants are resistant to kanamycin. Plants sensitive to kanamycin are white. Different versions and 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter and the 2x CaMV35S promoter (control) were used to control the expression of the selective nptII gene. The numbers show the sizes of the 5'-deletion variants of the promoter in bp. relative to +1 b.p. TSS.

Фиг. 9. Анализ с помощью ПЦР геномной ДНК растений табака поколения T1 на наличие ДНК-сегмента, состоящего из нуклеотидных последовательностей гена nptII и 5'-делеционных вариантов версии промотора рго-SmAMP-D1-1, версии промотора pro-SmAMP-D1-2 и промотора 2х CaMV35S. М - ДНК-маркер. «К+» - положительный контроль. «K-» - отрицательный контроль. Цифрами показаны индивидуальные образцы растений.Fig. Fig. 9. PCR analysis of the genomic DNA of T1 generation tobacco plants for the presence of a DNA segment consisting of the nucleotide sequences of the nptII gene and 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1-1 promoter version, the pro-SmAMP-D1-2 promoter version and 2x CaMV35S promoter. M - DNA marker. "K+" - positive control. "K-" - negative control. Numbers show individual plant samples.

Фиг. 10. Гистохимическая локализация активности репортерного белка GUS в трансгенных растениях картофеля, экспрессирующих ген gus под контролем 5'-делеционного варианта -304 п.н. промотора pro-SmAMP-D1-2 и промотора CaMV35S. Показана локализация активности GUS в листьях, черешках, стеблях, цветках и клубнях трансгенных растений в сравнении с аналогичными органами интактных растений сорта Вектор (К). Слово «нет» свидетельствует об отсутствие цветков у растения.Fig. 10. Histochemical localization of GUS reporter protein activity in transgenic potato plants expressing the gus gene under the control of a -304 bp 5'-deletion variant. the pro-SmAMP-D1-2 promoter; and the CaMV35S promoter. The localization of GUS activity in leaves, petioles, stems, flowers and tubers of transgenic plants was shown in comparison with similar organs of intact plants of the variety Vector (K). The word "no" indicates the absence of flowers in the plant.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Приведенное выше раскрытие описывает изобретение в общих чертах. Более полное понимание может быть достигнуто за счет представления соответствующих примеров. Представленные здесь примеры приводятся исключительно с целью иллюстрации и никоим образом не претендуют на то, чтобы сузить область данного изобретения в рамках этих примеров. Изменение формы или замещение эквивалентов допускается на основании его целесообразности в соответствующих условиях. Хотя здесь и будут применяться специфические термины, они используются исключительно с описательной целью.The above disclosure describes the invention in general terms. A fuller understanding can be gained by presenting relevant examples. The examples presented here are for illustrative purposes only and are in no way intended to limit the scope of the present invention within the scope of these examples. Modification of the form or substitution of equivalents is allowed on the basis of its expediency in the relevant conditions. Although specific terms will be used here, they are used for descriptive purposes only.

Пример 1. Клонирование промотора гена дефензина SmAMP-D1 из генома растения звездчатка средняя (Stellaria media)Example 1. Cloning of the SmAMP-D1 defensin gene promoter from the genome of the Stellaria media plant

Геном растения звездчатки средней в настоящее время не секвенирован, поэтому не представляется возможным непосредственно амплифицировать нуклеотидную последовательность промотора гена дефензина SmAMP-D1 из интактной ДНК растения S. media. Однако ранее клонировали нуклеотидную последовательность гена SmAMP-D1, включающую 5'-нетранслируемую (5'-НТО) и кодирующую белок области (Slavokhotova et al. 2011). Поэтому в данной работе для клонирования промотора вместе с 5'-НТО гена SmAMP-D1 использовали метод, который ранее разработали для обнаружения локусов интеграции Т-ДНК в геноме растений арабидопсиса (Pogorelko and Fursova 2008). Для этого выделили геномную ДНК растений звездчатки и гидролизовали ее с использованием рестриктазы HinfI, для которой обнаружили сайт рестрикции в прилежащей кодирующей области гена SmAMP-D1. Затем в соответствии с методикой лигировали ДНК и использовали в качестве матрицы для последовательной амплификации с двумя парами ориентированных противоположно праймеров. Для этого разработали праймеры комплементарные 5'-НТО и прилежащей кодирующей области гена SmAMP-D1: «внешние» smDa1 (5'-aaatccagtgcattattttctgtgtcga-3') и smDa2 (5'-aggaaagtaacatggatacccaacaca-3') и «внутренние» smDb3 (5'-aacttacatattcctcttaggctaat-3') и smDb4 (5'-tcttttttgtttagtttaagtcgatca-3'). В результате последовательных раундов амплификации, сначала с «внешними», а потом с «внутренними» праймерами получили единственный ампликон размером около 750 п.н. При его секвенировании установили, что между последовательностями для отжига «внутренних» праймеров находятся известные нуклеотидные последовательности гена SmAMP-D1, между которыми располагается предполагаемая промоторная область. С целью проверки существования данной области в интактном геноме звездчатки средней, а также для клонирования промотора, разработали два новых праймера. Первый праймер smD4.3(E) (5'-gaattcaactataacattttgtattctttt-3') комплементарен 5'-концу предполагаемой нуклеотидной последовательности промотора и содержит сайт рестрикции EcoRI. Второй - smD11(N) (5'-ccatggtttcttttttgtttagtttaagtc-3') комплементарен 5-НТО вплоть до инициирующего кодона atg гена SmAMP-D1 и содержит сайт рестрикции NcoI В результате амплификации интактной ДНК звездчатки с использованием праймеров smD4.3(E) и smD11(N) получили ампликон размером около 350 п.н. При его секвенировании в составе Т-вектора установили, что он состоит из известной 5-НТО гена SmAMP-D1 размером 42 п.н. и примыкающей к ней проксимальной и «коровой» промоторных областей гена SmAMP-D1 размером около 300 п.н. С помощью сравнения десяти клонов установили, что в геноме звездчатки средней присутствуют как минимум две идентичные на 93% версии промотора гена SmAMP-D1, обозначенные как pro-SmAMP-D1-1 (размером -303 п.н. относительно +1 п.н. TSS) и pro-SmAMP-D1-2 (размером -304 п.н. относительно +1 п.н. TSS), различающиеся полиморфизмом отдельных нуклеотидов (фиг. 1).The stellate plant genome has not yet been sequenced; therefore, it is not possible to directly amplify the nucleotide sequence of the SmAMP-D1 defensin gene promoter from intact S. media plant DNA. However, the nucleotide sequence of the SmAMP-D1 gene, including the 5'-untranslated (5'-UTR) and protein-coding regions, was previously cloned (Slavokhotova et al. 2011). Therefore, in this work, to clone the promoter together with the 5'-UTR of the SmAMP-D1 gene, we used a method that was previously developed to detect T-DNA integration loci in the genome of Arabidopsis plants (Pogorelko and Fursova 2008). To do this, the genomic DNA of stellate plants was isolated and hydrolyzed using the HinfI restriction enzyme, for which a restriction site was found in the adjacent coding region of the SmAMP-D1 gene. The DNA was then ligated according to the procedure and used as a template for sequential amplification with two pairs of primers oriented oppositely. For this, primers complementary to the 5'-UTR and the adjacent coding region of the SmAMP-D1 gene were developed: "outer" smDa1 (5'-aaatccagtgcattattttctgtgtcga-3') and smDa2 (5'-aggaaagtaacatggatggatacccaacaca-3') and "inner" smDb3 (5' -aacttacatattcctcttaggctaat-3') and smDb4 (5'-tcttttttgtttagtttaagtcgatca-3'). As a result of successive rounds of amplification, first with "external" and then with "internal" primers, a single amplicon of about 750 bp was obtained. During its sequencing, it was found that between the sequences for annealing the "internal" primers, there are known nucleotide sequences of the SmAMP-D1 gene, between which the putative promoter region is located. In order to test the existence of this region in the intact genome of starfish, as well as to clone the promoter, two new primers were developed. The first primer smD4.3(E) (5'-gaattcaactataacattttgtattctttt-3') is complementary to the 5' end of the putative promoter nucleotide sequence and contains the EcoRI restriction site. The second, smD11(N) (5'-ccatggtttctttttgtttagtttaagtc-3'), is complementary to 5-UTR up to the atg initiation codon of the SmAMP-D1 gene and contains the NcoI restriction site. (N) received an amplicon of about 350 bp. When sequencing it as part of the T-vector, it was found that it consists of the known 5-UTR of the SmAMP-D1 gene, 42 bp in size. and the adjacent proximal and core promoter regions of the SmAMP-D1 gene, about 300 bp in size. By comparing ten clones, it was established that the genome of the stellate average contains at least two 93% identical versions of the SmAMP-D1 gene promoter, designated as pro-SmAMP-D1-1 (-303 bp in size relative to +1 bp . TSS) and pro-SmAMP-D1-2 (-304 bp relative to +1 bp TSS), differing in individual nucleotide polymorphisms (Fig. 1).

С использование программы Blast не обнаружили в GenBank (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/) других нуклеотидных последовательностей, идентичных последовательностям нового промотора pro-SmAMP-D1.Using the Blast program, no other nucleotide sequences identical to those of the new pro-SmAMP-D1 promoter were found in GenBank (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/).

Анализ in silico нуклеотидных последовательностей обеих версий промотора рrо-SmAMP-D1-1 и pro-SmAMP-D1-2 выполнили с помощью программы «New place A Database of Plant Cis-acting Regulatory DNA Elements» (https://www.dna.affrc.go.jp/PLACE/?action=newplace). Установили, что обе версии промотора содержат консервативный цис-элемент ТАТА-box в ожидаемом положении -34 п.н. влево относительно +1 п.н. TSS. В области минимального промотора в положении -107 п.н. относительно +1 п.н. TSS обнаружили консервативный цис-элемент СААТ-box (фиг. 1). Кроме этого, идентифицировали и другие потенциальные цис-элементы в промоторе pro-SmAMP-D1, способные обеспечить ткане-специфичную или индуцибельную экспрессию гена SmAMP-D1 или выступить в качестве энхансеров или супрессоров его экспрессии. Они включали цис-элементы реагирующие на свет (GATABOX, GT1CONSENSUS) и на фитогормоны (PYRIMIDINEBOXHVEPB1), необходимые для ткане- и органспецифической экспрессии (CACTFTPPCA1, WRKY710S, RAV1AAT), для ответа на абиотический стресс (ССААТВОХ1, CBFHV и MYCCONSENSUSAT), для метаболизма углеводов (DOFCOREZM, WBOXHVISO1), для ответа на атаку патогенов (BIHD10S, SEBFCONSSTPR10A) и др.In silico analysis of the nucleotide sequences of both versions of the pro-SmAMP-D1-1 and pro-SmAMP-D1-2 promoters was performed using the New place A Database of Plant Cis-acting Regulatory DNA Elements program (https://www.dna. affrc.go.jp/PLACE/?action=newplace). Both versions of the promoter were found to contain the conserved cis-element TATA-box at the expected -34 bp position. to the left relative to +1 b.p. TSS. In the region of the minimal promoter at position -107 b.p. relative to +1 b.p. TSS found a conserved cis element of the CAAT-box (FIG. 1). In addition, other potential cis-elements in the pro-SmAMP-D1 promoter were identified that can provide tissue-specific or inducible expression of the SmAMP-D1 gene or act as enhancers or suppressors of its expression. They included cis-elements responsive to light (GATABOX, GT1CONSENSUS) and phytohormones (PYRIMIDINEBOXHVEPB1), required for tissue- and organ-specific expression (CACTFTPPCA1, WRKY710S, RAV1AAT), for response to abiotic stress (CCAATBOX1, CBFHV and MYCCONSENSUSAT), for metabolism carbohydrates (DOFCOREZM, WBOXHVISO1), to respond to the attack of pathogens (BIHD10S, SEBFCONSSTPR10A), etc.

Пример 2. Создание 5'-делеционных вариантов промотора pro-SmAMP-D1 и генетических конструкций для агробактериальной трансформации растенийExample 2. Creation of 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter and genetic constructs for agrobacterial transformation of plants

На основе проведенного анализа нуклеотидных последовательностей версий pro-SmAMP-D1-1 и pro-SmAMP-D1-2 подобрали праймеры для создания 5'-делеционных вариантов с целью последующей оценки промоторной эффективности при управлении экспрессией рекомбинантных генов. Создали один новый «прямой» праймер SmD12(E) (5'-gaattcgcatgtcacaatt-3'), содержащий сайт рестрикции EcoRI, ограничивающий области обеих версий промотора до -118 п.н. относительно +1 п.н. TSS (фиг. 1). В качестве «обратного» использовали ранее созданный праймер smD11(N).Based on the analysis of the nucleotide sequences of the pro-SmAMP-D1-1 and pro-SmAMP-D1-2 versions, primers were selected to create 5'-deletion variants in order to subsequently assess the promoter efficiency in controlling the expression of recombinant genes. Created one new "forward" primer SmD12(E) (5'-gaattcgcatgtcacaatt-3') containing an EcoRI restriction site, limiting the region of both versions of the promoter to -118 bp. relative to +1 b.p. TSS (Fig. 1). The previously created primer smD11(N) was used as the reverse.

В качестве матриц для амплификации новых 5'-делеционных вариантов обеих версий рго-SmAMP-D1-1 и pro-SmAMP-D1-2 размером -118 п.н. использовали плазмидные ДНК с их более длинными 5'-делеционными вариантами.As templates for the amplification of new 5'-deletion variants of both versions of pro-SmAMP-D1-1 and pro-SmAMP-D1-2 -118 bp in size. used plasmid DNA with their longer 5'-deletion variants.

С применением новых праймеров амплифицировали и клонировали по сайтам рестрикции EcoRI и NcoI в растительный экспрессионный (бинарный) вектор pCAMBIA1381Z (Cambia, Australia) два новых коротких 5'-делеционных варианта промоторных версий, обозначенные, как pro-SmAMP-D1-1-118 и pro-SmAMP-D1-2-118, а также созданные ранее их более длинные 5'-делеционные варианты pro-SmAMP-D1-1-303 и pro-SmAMP-D1-2-304. Схема полученных генетических конструкций, обозначенных, соответственно, pC1381Z-pro-SmAMP-D1-1-303, pC1381Z-pro-SmAMP-D1-1-118, pC1381Z-pro-SmAMP-D1-2-304 и pC1381Z-pro-SmAMP-D1-2-118 отображена на фиг. 2.Using the new primers, two new short 5'-deletion variants of the promoter versions, designated as pro-SmAMP-D1-1-118 and pro-SmAMP-D1-2-118, as well as their previously created longer 5'-deletion variants pro-SmAMP-D1-1-303 and pro-SmAMP-D1-2-304. Scheme of the resulting genetic constructs, designated pC1381Z-pro-SmAMP-D1-1-303, pC1381Z-pro-SmAMP-D1-1-118, pC1381Z-pro-SmAMP-D1-2-304, and pC1381Z-pro-SmAMP, respectively -D1-2-118 is shown in FIG. 2.

Созданные генетические конструкции предназначены для экспрессии в растениях целевого гена, находящегося под контролем промотора pro-SmAMP-D1. В качестве целевого гена использовали содержащий интрон репортерный ген gus (gusA или uidA), позволяющий качественно и количественно оценить промоторную эффективность по активности его белкового продукта - фермента β-глюкуронидазы или GUS. Растительный экспрессионный вектор pMOG35SintGUS, содержащий ген gus под контролем известного сильного и конститутивного вирусного промотора CaMV35S применили в качестве сравнительного контроля. Перечисленные выше генетические конструкции использовали для создания агробактериальных штаммов на основе клеток GV3101 Agrobacterium tumefaciens.The created genetic constructs are intended for expression in plants of the target gene, which is under the control of the pro-SmAMP-D1 promoter. The gus intron-containing reporter gene (gusA or uidA) was used as the target gene. The pMOG35SintGUS plant expression vector containing the gus gene under the control of the known strong and constitutive CaMV35S viral promoter was used as a comparative control. The genetic constructs listed above were used to create agrobacterial strains based on GV3101 Agrobacterium tumefaciens cells.

При создании трансгенных растений для оптимизации селекции трансформированных клеток и проростков на питательной среде с относительно дешевым антибиотиком канамицином использовали растительный (бинарный) вектор pCAMBIA2301 (Cambia, Australia). Для этого по сайтам рестрикции Eco91I и EcoRI перенесли в вектор pCAMBIA2301 фрагменты из генетических конструкций pC1381Z-pro-SmAMP-D1-1-303, pC1381Z-pro-SmAMP-D1-1-118, pC1381Z-pro-SmAMP-D1-2-304 и pC1381Z-pro-SmAMP-D1-2-118, содержащие нуклеотидные последовательности соответствующих 5'-делеционных вариантов промотора и гена gus, и предварительно вырезанные по сайтам Eco91I и EcoRI. В результате создали генетические конструкции pC2301-pro-SmAMP-D1-1-303, pC2301-pro-SmAMP-D1-1-118, pC2301-pro-SmAMP-D1-2-304 и pC2301-pro-SmAMP-D1-2-118.When creating transgenic plants, the plant (binary) vector pCAMBIA2301 (Cambia, Australia) was used to optimize the selection of transformed cells and seedlings on a nutrient medium with a relatively cheap antibiotic kanamycin. For this, fragments from the pC1381Z-pro-SmAMP-D1-1-303, pC1381Z-pro-SmAMP-D1-1-118, pC1381Z-pro-SmAMP-D1-2- 304 and pC1381Z-pro-SmAMP-D1-2-118, containing the nucleotide sequences of the corresponding 5'-deletion variants of the promoter and the gus gene, and pre-cut at the Eco91I and EcoRI sites. As a result, pC2301-pro-SmAMP-D1-1-303, pC2301-pro-SmAMP-D1-1-118, pC2301-pro-SmAMP-D1-2-304 and pC2301-pro-SmAMP-D1-2 genetic constructs were created. -118.

Для оценки возможности использования промотора pro-SmAMP-D1 для контроля экспрессии селективного гена неомицинфосфотрансферазы II (nptII), придающего клеткам растений устойчивость к антибиотику канамицину, создали генетические конструкции на основе бинарного вектора pCAMBIA2300 (Cambia, Australia). Для этого клонировали по сайтам рестрикции EcoRI и NcoI в вектор pCAMBIA2300 нуклеотидные последовательности 5'-делеционных вариантов -303 и -118 п.н. версии промотора рго-SmAMP-D1-1 и 5-делеционных вариантов -304 и -118 п.н. версии промотора pro-SmAMP-D1-2. Созданные генетические конструкции, обозначенные как pC2300-pro-SmAMP-D1-1-303, pC2300-pro-SmAMP-D1-1-118, pC2300-pro-SmAMP-D1-2-304 и pC2300-pro-SmAMP-D1-2-118, содержат ген nptII под контролем различных 5'-делеционных вариантов промотора pro-SmAMP-D1 (фиг. 3). В качестве сравнительного контроля использовали интактный вектор pCAMBIA2300 с геном nptII под контролем дуплицированного вирусного промотора 2х CaMV35S.To assess the possibility of using the pro-SmAMP-D1 promoter to control the expression of the selective neomycin phosphotransferase II (nptII) gene, which confers resistance to the antibiotic kanamycin in plant cells, genetic constructs based on the pCAMBIA2300 binary vector (Cambia, Australia) were created. For this, the nucleotide sequences of the -303 and -118 bp 5'-deletion variants were cloned at the EcoRI and NcoI restriction sites into the pCAMBIA2300 vector. versions of the pro-SmAMP-D1-1 promoter and 5-deletion variants -304 and -118 bp. versions of the pro-SmAMP-D1-2 promoter. Created genetic constructs designated as pC2300-pro-SmAMP-D1-1-303, pC2300-pro-SmAMP-D1-1-118, pC2300-pro-SmAMP-D1-2-304 and pC2300-pro-SmAMP-D1- 2-118 contain the nptII gene under the control of various 5' deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter (FIG. 3). An intact pCAMBIA2300 vector with the nptII gene under the control of a duplicated 2x CaMV35S viral promoter was used as a comparative control.

Генетические конструкции на основе плазмид pCAMBIA2300 и pCAMBIA2301 использовали для получения агробактериальных штаммов с применением клеток AGLO A. tumefaciens.Genetic constructs based on plasmids pCAMBIA2300 and pCAMBIA2301 were used to obtain agrobacterial strains using A. tumefaciens AGLO cells.

Пример 3. Транзиентная экспрессия репортеного гена gus под контролем различных версий и 5'-делеционных вариантов промотора pro-SmAMP-D1 в агроинфильтрированных растениях Nicotiana benthamianaExample 3. Transient expression of the reporten gus gene under the control of different versions and 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter in agroinfiltrated Nicotiana benthamiana plants

Инфильтрацию листьев растений N. benthamiana проводили пятью вариантами агробактерий штамма GV3101 с плазмидными генетическими конструкциями pC1381Z-pro-SmAMP-D1-1-303, pC1381Z-pro-SmAMP-D1-1-118, pC1381Z-pro-SmAMP-D1-2-304 и pC1381Z-pro-SmAMP-D1-2-118 и pMOG35SintGUS в качестве сравнительного контроля. Первоначально штаммы агробактерий культивировали на агаризованной питательной среде LB с антибиотиками канамицином (100 мг/л), рифампицином (100 мг/л) и гентамицином (25 мг/л). Затем, для выполнения агроинфильтрации листьев растений штаммы выращивали в жидкой питательной среде LB при тех же концентрациях перечисленных выше антибиотиков в течение суток при температуре 28°С и перемешивании (160 об/мин). Для подавления РНК-интерференции в клетках растений использовали штамм A. tumifaciens GV2260/C58C1 pLH7000 р19, который выращивали в жидкой питательной среде LB с антибиотиками рифампицином (100 мг/л) и стрептомицином (50 мг/л) в течении суток при температуре 28°С и перемешивании (160 об/мин).Leaves of N. benthamiana plants were infiltrated with five variants of agrobacteria of strain GV3101 with plasmid genetic constructs pC1381Z-pro-SmAMP-D1-1-303, pC1381Z-pro-SmAMP-D1-1-118, pC1381Z-pro-SmAMP-D1-2- 304 and pC1381Z-pro-SmAMP-D1-2-118 and pMOG35SintGUS as a comparative control. Initially, agrobacterial strains were cultivated on LB agar medium with antibiotics kanamycin (100 mg/L), rifampicin (100 mg/L), and gentamicin (25 mg/L). Then, to perform agroinfiltration of plant leaves, the strains were grown in a liquid LB nutrient medium at the same concentrations of the above antibiotics during the day at a temperature of 28°C and stirring (160 rpm). To suppress RNA interference in plant cells, the A. tumifaciens GV2260/C58C1 pLH7000 p19 strain was used, which was grown in liquid LB nutrient medium with antibiotics rifampicin (100 mg/l) and streptomycin (50 mg/l) during the day at a temperature of 28°C. C and stirring (160 rpm).

Суспензии клеток агробактерий разбавляли до оптической плотности 0.6 при длине волны 600 нм. Затем штаммы GV3101 pMOG35SintGUS, GV3101 pC1381Z-pro-SmAMP-D1-1-303, GV3101 pC1381Z-pro-SmAMP-D1-1-118, GV3101 pC1381Z-pro-SmAMP-D1-2-304 и GV3101 pC1381Z-pro-SmAMP-D1-2-118 смешивали в соотношение 1:1 с суспензией агробактерий GV2260/C58C1 pLH7000 р19. Готовую смесь агробактерий вводили в листья растений N. benthamiana шприцом без иглы с внутренней стороны. После инфильтрации растения содержали при температуре 21°С и 16/8 часовом искусственном освещении. На 7 день из места инокуляции брали высечки массой около 10 мг и замораживали при -70°С.Agrobacterium cell suspensions were diluted to an optical density of 0.6 at a wavelength of 600 nm. Then the strains GV3101 pMOG35SintGUS, GV3101 pC1381Z-pro-SmAMP-D1-1-303, GV3101 pC1381Z-pro-SmAMP-D1-1-118, GV3101 pC1381Z-pro-SmAMP-D1-2-304 and GV3101 pC1381Z-pro- SmAMP -D1-2-118 was mixed in a ratio of 1:1 with a suspension of agrobacteria GV2260/C58C1 pLH7000 p19. The prepared mixture of agrobacteria was injected into the leaves of N. benthamiana plants with a syringe without a needle from the inside. After infiltration, the plants were kept at 21° C. and 16/8 hours of artificial light. On the 7th day, cuttings weighing about 10 mg were taken from the inoculation site and frozen at -70°C.

Затем из каждой высечки выделяли белковые экстракты в которых измеряли активность рекомбинантного фермента β-глюкуронидазы с использованием субстрата 4-methylumbelliferyl-β-D-glucuronide Trihydrate (MUG, PhytoTechnology Laboratories) и концентрацию водорастворимых белков по методу Бредфорд; на основе полученных результатов рассчитывали активность репортерного белка GUS в пмоль 4MU/мг⋅мин или пмоль/мг мин. Для каждой генетической конструкции проанализировали от 60 до 100 высечек, полученных за три повторения эксперимента. Средний уровень активности GUS при использовании каждого делеционного варианта промотора pro-SmAMP-D1 и вирусного промотора CaMV35S представлен на фиг. 4.Then, protein extracts were isolated from each cut, in which the activity of the recombinant β-glucuronidase enzyme was measured using the substrate 4-methylumbelliferyl-β-D-glucuronide Trihydrate (MUG, PhytoTechnology Laboratories) and the concentration of water-soluble proteins by the Bradford method; Based on the results obtained, the activity of the GUS reporter protein was calculated in pmol 4MU/mg⋅min or pmol/mg min. For each genetic construct, 60 to 100 cuttings were analyzed, obtained in three repetitions of the experiment. The mean level of GUS activity using each deletion variant of the pro-SmAMP-D1 promoter and the CaMV35S viral promoter is shown in FIG. 4.

Как следует из фиг. 4, новый промотор pro-SmAMP-D1 функционален для транзиентной экспрессии репортерного гена gus и продукции его белкового продукта GUS в клетках гетерологичных растений. Средний уровень активности GUS в листьях N. benthamiana, агроинфильтрированных генетическими конструкциями pCambia1381Z, несущими различные 5'-делеционные варианты промоторов рго-SmAMP-D1-1 и pro-SmAMP-D1-2, варьировал от 29914 до 98338 пмоль/мин⋅мг, что как ниже, так и выше активности, стимулируемой промотором CaMV35S (53161 пмоль/мин⋅мг). В частности, длинный 5'-делеционный вариант -304 п.н. версии промотора pro-SmAMP-D1-2 был в 1,9 раз достоверно сильнее, чем вирусный промотор CaMV35S. Короткий 5'-делеционный вариант -118 п.н. версии pro-SmAMP-D1-2 и длинный 5'-делеционный вариант -303 п.н. версии pro-SmAMP-D1-1 были сравнимы по эффективности с промотором CaMV35S. Короткий 5'-делеционный вариант -118 п.н. версии рго-SmAMP-D1-1 был в 1,7 раз достоверно слабее, чем CaMV35S. В целом, короткие 5'-делеционные варианты pro-SmAMP-D1 ожидаемо, менее эффективны, чем их более длинные 5'-делеционные варианты.As follows from FIG. 4, the novel pro-SmAMP-D1 promoter is functional for transient expression of the gus reporter gene and production of its GUS protein product in heterologous plant cells. The average level of GUS activity in N. benthamiana leaves agroinfiltrated with pCambia1381Z genetic constructs carrying various 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1-1 and pro-SmAMP-D1-2 promoters varied from 29914 to 98338 pmol/min⋅mg, which is both lower and higher than the activity stimulated by the CaMV35S promoter (53161 pmol/min⋅mg). In particular, the long 5'-deletion variant -304 bp. version of the pro-SmAMP-D1-2 promoter was 1.9 times significantly stronger than the CaMV35S viral promoter. Short 5'-deletion variant -118 b.p. versions of pro-SmAMP-D1-2 and a long 5'-deletion version -303 b.p. the pro-SmAMP-D1-1 versions were comparable in efficiency to the CaMV35S promoter. Short 5'-deletion variant -118 b.p. version of pro-SmAMP-D1-1 was 1.7 times significantly weaker than CaMV35S. In general, short 5'-deletion variants of pro-SmAMP-D1 are expected to be less efficient than their longer 5'-deletion variants.

Пример 4. Трансгенные растения Arabidopsis thaliana, экспрессирующие репортерный ген gus под контролем различных версий и 5'-делеционных вариантов промотора pro-SmAMP-D1Example 4 Transgenic Arabidopsis thaliana Plants Expressing the gus Reporter Gene under the Control of Different Versions and 5' Deletion Variants of the pro-SmAMP-D1 Promoter

С использованием конструкций pC2301-pro-SmAMP-D1-1-303, рС2301-pro-SmAMP-D1-1-118, pC2301-pro-SmAMP-D1-2-304 и pC2301-pro-SmAMP-D1-2-118 выполнили генетическую трансформацию растений арабидопсиса (A. thaliana) экотипа Colambia-0 методом погружения соцветий в суспензию агробактерий. При использовании всех генетических конструкций на селективной питательной среде с антибиотиком канамицином в концентрации 50 мг/л отобрали устойчивые растения поколения Т1, продуцирующие репортерный белок GUS. В результате самоопыления трансгенных растений получили семена поколения Т2. С помощью их селекции на питательной среде с антибиотиком канамицином отобрали популяции растений с моногенным наследованием Т-ДНК, из которых выбрали индивидуальные гомозиготные растения (по уровню активности GUS и отсутствию сегрегации на селективном агенте проростков поколения Т3), которые использовали для исследования (фиг. 5).Using constructs pC2301-pro-SmAMP-D1-1-303, pC2301-pro-SmAMP-D1-1-118, pC2301-pro-SmAMP-D1-2-304 and pC2301-pro-SmAMP-D1-2-118 performed the genetic transformation of Arabidopsis (A. thaliana) plants of the Colambia-0 ecotype by immersing inflorescences in a suspension of agrobacteria. When using all genetic constructs on a selective nutrient medium with the antibiotic kanamycin at a concentration of 50 mg/l, resistant T 1 generation plants producing the GUS reporter protein were selected. As a result of self-pollination of transgenic plants, seeds of the T 2 generation were obtained. With the help of their selection on a nutrient medium with the antibiotic kanamycin, plant populations with monogenic T-DNA inheritance were selected, from which individual homozygous plants were selected (according to the level of GUS activity and the absence of segregation on the selective agent of T 3 generation seedlings), which were used for the study (Fig. 5).

Установили, что все версии и 5'-делеционные варианты промотора pro-SmAMP-D1 способны управлять экспрессией гена gus в разных тканях и органах трансгенных растений A. thaliana (фиг. 5). Активность репортера GUS, визуализированная с использованием субстрата 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-glucuronic acid sodium salt (X-Gluc, PhytoTechnology Laboratories) была представлена в корнях, стеблях, семядолях и листьях, хотя интенсивность окрашивания тканей визуально различалась в зависимости от использованного варианта генетической конструкции.All versions and 5' deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter were found to be able to drive gus gene expression in different tissues and organs of transgenic A. thaliana plants (Fig. 5). GUS reporter activity visualized using the substrate 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-glucuronic acid sodium salt (X-Gluc, PhytoTechnology Laboratories) was present in roots, stems, cotyledons, and leaves, although staining intensity tissues visually differed depending on the used version of the genetic construct.

Для ясной дифференциации уровней экспрессии gus среди версий и 5'-делеционных вариантов промотора pro-SmAMP-D1 выполнили количественное определение активности GUS в листьях 3-х недельных трансгенных растений (фиг. 6). Средний уровень активности GUS в листьях трансгенных растений A. thaliana варьировал от 5054 до 20770 пмоль/мин⋅мг, что как ниже, так и выше активности, стимулируемой промотором CaMV35S (около 8050 пмоль/мин⋅мг). В частности, длинный 5'-делеционный вариант -304 п.н. версии pro-SmAMP-D1-2 в 2,1 раза достоверно сильнее, чем вирусный промотор CaMV35S. Короткий 5'-делеционный вариант -118 п.н. версии pro-SmAMP-D1-2, длинный 5'-делеционный вариант -303 п.н. и короткий 5'-делеционный вариант -118 п.н. версии pro-SmAMP-D1-1 сравнимы по эффективности с промотором CaMV35S. Картина распределения уровней активности GUS в зависимости от использованной промоторной версии и 5'-делеционного варианта в трансгенных растениях арабидопсиса (фиг. 6) в целом соответствовала распределению активностей при транзиентной экспрессии гена gus в растениях N. benthamiana (фиг. 4).To clearly differentiate the levels of gus expression among versions and 5' deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter, GUS activity was quantified in the leaves of 3 week old transgenic plants (FIG. 6). The average level of GUS activity in the leaves of transgenic A. thaliana plants varied from 5054 to 20770 pmol/min⋅mg, which is both lower and higher than the activity stimulated by the CaMV35S promoter (about 8050 pmol/min⋅mg). In particular, the long 5'-deletion variant -304 bp. the pro-SmAMP-D1-2 version is 2.1 times significantly stronger than the CaMV35S viral promoter. Short 5'-deletion variant -118 b.p. pro-SmAMP-D1-2 version, long 5'-deletion variant -303 b.p. and a short 5' deletion variant -118 bp. the pro-SmAMP-D1-1 versions are comparable in efficiency to the CaMV35S promoter. The pattern of the distribution of GUS activity levels depending on the promoter version used and the 5' deletion variant in transgenic Arabidopsis plants (Fig. 6) generally corresponded to the distribution of activities during transient expression of the gus gene in N. benthamiana plants (Fig. 4).

Пример 5. Использование селективного гена nptll под контролем различных версий и 5 -делеционных вариантов промотора pro-SmAMP-D1 для селекции трансгенных клеток и растений табакаExample 5. Use of the selective nptll gene under the control of different versions and 5-deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter for the selection of transgenic cells and tobacco plants

Методом агробактериальной трансформации листовых эксплантов (дисков) растений табака (Nicotiana tabacum) оценили эффективность селекции трансгенных клеток, каллусов и побегов на питательной среде с антибиотиком канамицином. Для этого выполнили агробактериальную трансформацию растений табака с помощью генетических конструкций pC2300-pro-SmAMP-D1-1-303, pC2300-pro-SmAMP-D1-1-118, pC2300-pro-SmAMP-D1-2-304, pC2300-pro-SmAMP-D1-2-118 и pC2300 "газонным" методом, использованным нами ранее (Komakhin et al. 2010; Madzharova et al. 2018). Установили, что все версии и 5'-делеционные варианты промотора pro-SmAMP-D1 достаточны для конститутивного уровня экспрессии селективного гена nptII, поскольку позволяют селекцию трансформированных клеток, каллусов и побегов табака на питательной среде с канамицином (фиг. 7).The method of agrobacterial transformation of leaf explants (disks) of tobacco plants (Nicotiana tabacum) was used to evaluate the efficiency of selection of transgenic cells, calluses and shoots on a nutrient medium with the antibiotic kanamycin. To do this, agrobacterial transformation of tobacco plants was performed using genetic constructs pC2300-pro-SmAMP-D1-1-303, pC2300-pro-SmAMP-D1-1-118, pC2300-pro-SmAMP-D1-2-304, pC2300-pro -SmAMP-D1-2-118 and pC2300 by the "lawn" method we used earlier (Komakhin et al. 2010; Madzharova et al. 2018). It was found that all versions and 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter are sufficient for the constitutive level of expression of the selective nptII gene, since they allow the selection of transformed cells, calli and shoots of tobacco on a nutrient medium with kanamycin (Fig. 7).

В частности, на питательной среде с канамицином в рекомендованной концентрации 100 мг/л (Дрейпер и др. 1991) за три месяца селекции обе версии и все 5'-делеционные варианты промотора pro-SmAMP-Dl и промотор 2х CaMV35S позволили сформировать устойчивые к канамицину каллусы и побеги у всех листовых эксплантов табака. На питательной среде с канамицином в избыточной концентрации 350 мг/л за четыре месяца селекции обе версии и все 5'-делеционные варианты промотора pro-SmAMP-D1 позволили сформировать устойчивые к канамицину каллусы и побеги у 35-55% листовых эксплантов табака (табл. 1, столбец «В/А × 100%»).In particular, on a nutrient medium with kanamycin at the recommended concentration of 100 mg/L (Draper et al. 1991), after three months of selection, both versions and all 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter and the 2x CaMV35S promoter allowed the formation of kanamycin-resistant calli and shoots of all tobacco leaf explants. Both versions and all 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter allowed the formation of kanamycin-resistant calli and shoots in 35-55% of tobacco leaf explants on a nutrient medium with kanamycin at an excess concentration of 350 mg/L for four months of selection (Table 1). 1, column "B/A × 100%").

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

В этих же условиях при использовании промотора 2х CaMV35S морфогенез наблюдали у 95-100% эксплантов (табл. 1, столбец «В/А × 100%»).Under the same conditions, using the 2x CaMV35S promoter, morphogenesis was observed in 95–100% of explants (Table 1, column “B/A × 100%”).

Регенерацию побегов табака, устойчивых к антибиотику канамицину, оценивали в течение трех месяцев культивирования на селективной питательной среде с рекомендованной 100 мг/л и избыточной 350 мг/л концентрацией. Сформированные побеги отделяли от каллуса и селектировали на питательной среде с канамицином в концентрации 100 мг/л в течение 1,5 месяца.The regeneration of tobacco shoots resistant to the antibiotic kanamycin was evaluated during three months of cultivation on a selective nutrient medium with a recommended concentration of 100 mg/l and an excess concentration of 350 mg/l. Formed shoots were separated from the callus and selected on a nutrient medium with kanamycin at a concentration of 100 mg/l for 1.5 months.

Укореняющиеся побеги из расчета 1,5-1,8 побега на один эксплант взятый изначально для трансформации получили при использовании обеих версий и всех 5'-делеционных вариантов промотора pro-SmAMP-D1 и промотора 2х CaMV35S на питательной среде с канамицином в рекомендованной концентрации 100 мг/л. При этих условиях селекции побегов достоверных различий между вариантами генетических конструкций не обнаружили.Rooting shoots at the rate of 1.5-1.8 shoots per explant taken initially for transformation were obtained using both versions and all 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter and the 2x CaMV35S promoter on a nutrient medium with kanamycin at the recommended concentration of 100 mg/l. Under these conditions of shoot selection, no significant differences were found between the variants of genetic constructs.

Укореняющиеся побеги с эффективностью 0,3-0,6 побега на один эксплант получили при использовании обеих версий и всех 5'-делеционных вариантов промотора pro-SmAMP-D1 на питательной среде с канамицином в избыточной концентрации 350 мг/л (табл. 1, столбец «D/А, шт.»). При использовании промотора 2х CaMV35S эффективность образования побегов составила 1,2-1,3 побега на один эксплант. Более высокая эффективность промотора 2х CaMV35S в условиях избытка канамицина была ожидаема, поскольку в интактной плазмиде рС2300 он содержит две промоторные копии CaMV35S, которые заведомо определяют его более высокую эффективность для экспрессии nptII (фиг. 3). Эти результаты призваны дополнительно продемонстрировать способность промотора pro-SmAMP-D1 для эффективной работы в условиях кратного избытка селективного агента. Ранее в растениях табака только промотор pro-SmAMP2 из звездчатки средней был сопоставимым по эффективности с промотором 2х CaMV35S для продукции побегов на питательной среде с канамицином в концентрации 350 мг/л (Madzharova et al. 2018). В этих же условиях промотор pro-SmAMP1 из звездчатки средней оказался в три раза менее эффективным.Rooting shoots with an efficiency of 0.3-0.6 shoots per explant were obtained using both versions and all 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter on a nutrient medium with kanamycin at an excess concentration of 350 mg/l (Table 1, column "D / A, pieces"). When using the 2x CaMV35S promoter, the efficiency of shoot formation was 1.2-1.3 shoots per explant. The higher efficiency of the 2x CaMV35S promoter under conditions of excess kanamycin was expected, since in the intact pC2300 plasmid it contains two copies of the CaMV35S promoter, which obviously determine its higher efficiency for nptII expression (Fig. 3). These results are intended to further demonstrate the ability of the pro-SmAMP-D1 promoter to work efficiently under conditions of a multiple excess of the selective agent. Previously, in tobacco plants, only the pro-SmAMP2 promoter from the chickweed was comparable in efficiency to the 2x CaMV35S promoter for the production of shoots on a nutrient medium with kanamycin at a concentration of 350 mg/L (Madzharova et al. 2018). Under the same conditions, the pro-SmAMP1 promoter from chickweed was three times less effective.

С использованием метода ПЦР и ранее созданных праймеров virE2F и virE2R (Komakhin et al. 2010) к последовательности гена VirE2 агробактерий установили, что укоренившиеся на питательной среде с канамицином растения табака не имели агробактериальной контаминации. Для проверки присутствия гена nptII под контролем разных промоторов в укоренившихся побегах использовали метод ПЦР и первоначально созданные праймеры к последовательностям длинных и коротких 5'-делеционных вариантов промотора pro-SmAMP-D1, соответственно, smD4.3(E) или SmD12(E). Для анализа растений, созданных с использованием промотора 2х CaMV35S использовали разработанный ранее праймер 35Splus (Madzharova et al. 2018). В качестве «обратного» во всех анализах использовали первоначально созданный праймер olgminus, который комплементарен участку в последовательности гена nptII (Madzharova et al. 2018). С использованием образцов ДНК из десяти укоренившихся растений каждого варианта генетических конструкций установили, что они все содержали нуклеотидные последовательности, соответствующие гибридной области, состоящей из последовательности соответствующего 5'-делеционного варианта промотора и гена nptII. В частности, для длинных 5'-делеционных вариантов промотора pro-SmAMP-D1 и фрагмента гена nptII были получены ампликоны ожидаемого размера около 400 п.н., для коротких 5'-делеционных вариантов промотора pro-SmAMP-D1 и фрагмента гена nptII - около 300 п.н. При использовании образцов ДНК из трансгенных растений с дуплицированным промотором 2х CaMV35S ожидаемо получили два ампликона около 500 и 800 п.н., соответственно, для каждой из копий CaMV35S и фрагмента гена nptII. Таким образом, создали первичные трансформанты табака, которые обозначили как T02300-pro-SmAMP-D1-1-303, T02300-pro-SmAMP-D1-1-118, T02300-pro-SmAMP-D1-2-304, T02300-pro-SmAMP-D1-2-118 и T02300.Using the PCR method and previously created primers virE 2 F and virE 2 R (Komakhin et al. 2010) to the VirE2 gene sequence of agrobacteria, it was established that tobacco plants rooted on a nutrient medium with kanamycin did not have agrobacterial contamination. To check the presence of the nptII gene under the control of different promoters in rooted shoots, we used the PCR method and initially created primers to the sequences of long and short 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter, respectively, smD4.3(E) or SmD12(E). The previously developed 35Splus primer (Madzharova et al. 2018) was used to analyze plants created using the 2x CaMV35S promoter. The originally designed olgminus primer, which is complementary to the site in the nptII gene sequence, was used as a “reverse” in all analyzes (Madzharova et al. 2018). Using DNA samples from ten rooted plants of each genetic construct variant, it was determined that they all contained nucleotide sequences corresponding to a hybrid region consisting of the sequence of the corresponding 5' deletion variant of the promoter and the nptII gene. In particular, for long 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter and the nptII gene fragment, amplicons of the expected size of about 400 bp were obtained, for short 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter and the nptII gene fragment about 300 b.p. When using DNA samples from transgenic plants with a duplicated 2x CaMV35S promoter, two amplicons of about 500 and 800 bp, respectively, were obtained for each of the copies of CaMV35S and the nptII gene fragment. Thus, primary tobacco transformants were created, which were designated as T 0 2300-pro-SmAMP-D1-1-303, T 0 2300-pro-SmAMP-D1-1-118, T 0 2300-pro-SmAMP-D1-2 -304, T 0 2300-pro-SmAMP-D1-2-118 and T 0 2300.

В следующем поколении Т1 проростки табака, несущие nptll под контролем обеих версий и всех 5'-делеционных вариантов промотора pro-SmAMP-D1, сегрегировали в зависимости от резистентности к канамицину на устойчивые и чувствительные растения, в некоторых популяциях в соотношении 3:1 (устойчивые:чувствительные), предполагающем моногенное наследование трансгена (фиг. 8). Все растения табака, устойчивые к канамицину (от 8 до 14 шт. для каждой конструкции) были свободны от агробактериальной контаминации и в соответствии с результатами ПЦР все содержали ожидаемого размера гибридные нуклеотидные последовательности между промоторными вариантами и геном nptII (фиг. 9).In the next generation of T 1 , tobacco seedlings carrying nptll under the control of both versions and all 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter segregated depending on resistance to kanamycin into resistant and susceptible plants, in some populations in a ratio of 3:1 ( resistant:susceptible), suggesting monogenic inheritance of the transgene (Fig. 8). All kanamycin-resistant tobacco plants (from 8 to 14 for each construct) were free from Agrobacterium contamination and, according to the PCR results, all contained hybrid nucleotide sequences between the promoter variants and the nptII gene of the expected size (Fig. 9).

Таким образом, новый промотор pro-SmAMP-D1 является конститутивным и заведомо достаточным для селекции трансформированных клеток, каллусов, побегов и проростков на среде с рекомендованной для создания трансгенных растений табака концентрацией антибиотика канамицина от 50 до 100 мг/л (Дрейпер и др. 1991). Промотор pro-SmAMP-D1-2 не уступает в эффективности конститутивному вирусному промотору CaMV35S при селекции на питательной среде с канамицином в рекомендованной концентрации 100 мг/л. С экологической точки зрения и с позиции современной науки в области биологии растительной клетки растительный промотор pro-SmAMP-D1-2 предпочтительнее для генетической модификации растений, чем вирусный промотор CaMV35S.Thus, the new pro-SmAMP-D1 promoter is constitutive and certainly sufficient for the selection of transformed cells, calluses, shoots, and seedlings on a medium with the concentration of the antibiotic kanamycin recommended for the creation of transgenic tobacco plants from 50 to 100 mg/L (Draper et al. 1991 ). The pro-SmAMP-D1-2 promoter is not inferior in efficiency to the constitutive viral CaMV35S promoter when selected on a nutrient medium with kanamycin at the recommended concentration of 100 mg/l. From an ecological point of view and from the position of modern science in the field of plant cell biology, the pro-SmAMP-D1-2 plant promoter is preferable for genetic modification of plants than the CaMV35S viral promoter.

Пример 6. Трансгенные растения картофеля, экспрессирующие репортерный ген gus под контролем промотора pro-SmAMP-D1Example 6 Transgenic potato plants expressing the gus reporter gene under the control of the pro-SmAMP-D1 promoter

Для проверки эффективности промотора pro-SmAMP-D1 для генетической модификации сельскохозяйственных растений, выполнили агробактериальную трансформацию растений картофеля (Solanum tuberosum) сорта Вектор (оригинатор сорта Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт картофельного хозяйства имени А.Г. Лорха»). Генетическую трансформацию выполнили в соответствие с методикой опубликованной нами ранее (Vetchinkina et al. 2016). В результате исследований создали девять независимых трансформантов картофеля с использованием каждой генетической конструкции pC2301-pro-SmAMP-D1-2-304 и pMOG35SintGUS, которые были устойчивы к антибиотику канамицину в концентрации 75 мг/л и продуцировали репортерный белок GUS.To test the effectiveness of the pro-SmAMP-D1 promoter for the genetic modification of agricultural plants, we performed agrobacterial transformation of potato plants (Solanum tuberosum) of the variety Vector (originator of the variety is the Federal State Budgetary Scientific Institution "All-Russian Research Institute of Potato Farming named after A.G. Lorch") . Genetic transformation was performed in accordance with the method published by us earlier (Vetchinkina et al. 2016). As a result of the research, nine independent potato transformants were created using each genetic construct pC2301-pro-SmAMP-D1-2-304 and pMOG35SintGUS, which were resistant to the antibiotic kanamycin at a concentration of 75 mg/l and produced the GUS reporter protein.

Установили, что 5'-делеционный вариант -304 п.н. версии промотора pro-SmAMP-D1-2, наиболее перспективный для биотехнологии растений, способен управлять экспрессией гена gus в разных тканях и органах трансгенных растений картофеля (фиг. 10). Активность репортера GUS, визуализированная окрашиванием тканей с использованием субстрата X-Gluc, была представлена в стеблях, черешках, листьях, клубнях и цветках трансгенных растений на высоком уровне при использовании обоих промоторов pro-SmAMP-D1-2 и CaMV35S. Заметные различия между паттернами промоторов наблюдали только при окрашивании листьев. В частности, промотор pro-SmAMP-D1-2 способствовал более интенсивной окраске проводящих тканей листа, в то время как промотор CaMV35S способствовал более равномерной окраске паренхимы листа.It was found that the 5'-deletion variant -304 b.p. version of the pro-SmAMP-D1-2 promoter, which is the most promising for plant biotechnology, is able to control the expression of the gus gene in various tissues and organs of transgenic potato plants (Fig. 10). GUS reporter activity, visualized by tissue staining using X-Gluc substrate, was present in stems, petioles, leaves, tubers, and flowers of transgenic plants at a high level using both pro-SmAMP-D1-2 and CaMV35S promoters. Noticeable differences between promoter patterns were observed only when staining leaves. In particular, the pro-SmAMP-D1-2 promoter promoted a more intense staining of leaf conductive tissues, while the CaMV35S promoter promoted a more uniform staining of the leaf parenchyma.

Таким образом, новый промотор pro-SmAMP-D1-2 может быть использован для биотехнологии растений картофеля и по эффективности экспрессии рекомбинантного гена в разных органах растений не уступает сильному вирусному промотору CaMV35S. С экологической точки зрения и с позиции современной науки в области биологии растительной клетки растительный промотор pro-SmAMP-D1-2 предпочтительнее для генетической модификации растений, чем вирусный промотор CaMV35S.Thus, the new pro-SmAMP-D1-2 promoter can be used for potato plant biotechnology and is not inferior to the strong viral CaMV35S promoter in terms of the efficiency of recombinant gene expression in various plant organs. From an ecological point of view and from the position of modern science in the field of plant cell biology, the pro-SmAMP-D1-2 plant promoter is preferable for genetic modification of plants than the CaMV35S viral promoter.

ЗаключениеConclusion

Промотор pro-SmAMP-D1 может быть рекомендован для биотехнологии в качестве регуляторного элемента, эффективно управляющего экспрессией рекомбинантных генов в клетках генетически модифицированных растений. Промотор pro-SmAMP-D1 может быть рекомендован для управления целевыми или селективными генами в составе кассет экспрессии генетических конструкций. Применение разных версий и 5'-делеционных вариантов промотора pro-SmAMP-D1 может быть использовано для оптимизации экспрессии рекомбинантных генов на разных уровнях, в том числе превышающем уровень экспрессии при использовании сильного вирусного промотора CaMV35S. Преимуществом промотора pro-SmAMP-D1 является то, что он имеет растительное происхождение и представлен нуклеотидной последовательностью, отличающейся от нуклеотидных последовательностей других известных растительных промоторов, и поэтому может быть использован в составе одной генетической конструкции с другими промоторами генов растений.The pro-SmAMP-D1 promoter can be recommended for biotechnology as a regulatory element that effectively controls the expression of recombinant genes in the cells of genetically modified plants. The pro-SmAMP-D1 promoter can be recommended for controlling target or selective genes within expression cassettes of genetic constructs. The use of different versions and 5'-deletion variants of the pro-SmAMP-D1 promoter can be used to optimize the expression of recombinant genes at different levels, including those exceeding the expression level when using the strong CaMV35S viral promoter. The advantage of the pro-SmAMP-D1 promoter is that it is of plant origin and is represented by a nucleotide sequence that differs from the nucleotide sequences of other known plant promoters, and therefore can be used as part of the same genetic construct with other plant gene promoters.

Список литературыBibliography

Acharya S, Ranjan R, Pattanaik S et al. (2014) Efficient chimeric plant promoters derived from plant infecting viral promoter sequences. Planta 239:381-396. https://doi.org/10.1007/s00425-013-1973-2Acharya S, Ranjan R, Pattanaik S et al. (2014) Efficient chimeric plant promoters derived from plant infecting viral promoter sequences. Planta 239:381-396. https://doi.org/10.1007/s00425-013-1973-2

Ali S, Kim W-C (2019) A Fruitful Decade Using Synthetic Promoters in the Improvement of Transgenic Plants. Frontiers in Plant Science https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01433Ali S, Kim W-C (2019) A Fruitful Decade Using Synthetic Promoters in the Improvement of Transgenic Plants. Frontiers in Plant Science https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01433

Al-Kaff NS, Kreike MM, Covey SN et al. (2000) Plants rendered herbicide-susceptible by cauliflower mosaic virus-elicited suppression of a 35S promoter-regulated transgene. Nature Biotechnol. 18:995-999. https://doi.org/10.1038/79501Al-Kaff NS, Kreike MM, Covey SN et al. (2000) Plants rendered herbicide-susceptible by cauliflower mosaic virus-elicited suppression of a 35S promoter-regulated transgene. nature biotechnol. 18:995-999. https://doi.org/10.1038/79501

Cazzonelli CI, McCallum EJ, Lee R, Botella JR. (2005) Characterization of a strong, constitutive mung bean (Vigna radiata L.) promoter with a complex mode of regulation in planta. Transgenic Res. 14(6):941-67. doi: 10.1007/s11248-005-2539-2Cazzonelli CI, McCallum EJ, Lee R, Botella JR. (2005) Characterization of a strong, constitutive mung bean (Vigna radiata L.) promoter with a complex mode of regulation in planta. Transgenic Res. 14(6):941-67. doi:10.1007/s11248-005-2539-2

Coussens G, Aesaert S, Verelst W, Demeulenaere M et al. Brachypodium distachyon promoters as efficient building blocks for transgenic research in maize, J. Exp.Bot., 2012, vol. 63, pp. 4263-4273.Coussens G, Aesaert S, Verelst W, Demeulenaere M et al. Brachypodium distachyon promoters as efficient building blocks for transgenic research in maize, J. Exp.Bot., 2012, vol. 63, pp. 4263-4273.

Dutt M, Dhekney S, Soriano L, Kandel R, Grosser JW (2014) Temporal and spatial control of gene expression in horticultural crops. Hortic Res. 1:14047. https://doi.org/10.1038/hortres.2014.47Dutt M, Dhekney S, Soriano L, Kandel R, Grosser JW (2014) Temporal and spatial control of gene expression in horticultural crops. Hortic Res. 1:14047. https://doi.org/10.1038/hortres.2014.47

Callis J, Raasch JA, Vierstra RD (1990) Ubiquitin extension proteins of Arabidopsis thaliana. Structure, localization, and expression of their promoters in transgenic tobacco. J Biol Chem. 265:12486-12493.Callis J, Raasch JA, Vierstra RD (1990) Ubiquitin extension proteins of Arabidopsis thaliana. Structure, localization, and expression of their promoters in transgenic tobacco. J Biol Chem. 265:12486-12493.

Han Y, Kim Y, Hwang О et al. (2015) Characterization of a small constitutive promoter from Arabidopsis translationally controlled tumor protein (AtTCTP) gene for plant transformation. Plant Cell Rep 34:265-275. https://doi.org/10.1007/s00299-014-1705-5Han Y, Kim Y, Hwang O et al. (2015) Characterization of a small constitutive promoter from Arabidopsis translationally controlled tumor protein (AtTCTP) gene for plant transformation. Plant Cell Rep 34:265-275. https://doi.org/10.1007/s00299-014-1705-5

Hernandez-Garcia CM, Finer JJ (2014) Identification and validation of promoters and cis-acting regulatory elements. Plant Science 217:109-119. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2013.12.007Hernandez-Garcia CM, Finer JJ (2014) Identification and validation of promoters and cis-acting regulatory elements. Plant Science 217:109-119. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2013.12.007

Holme IB, Wendt T, Holm PB (2013) Intragenesis and cisgenesis as alternatives to transgenic crop development. J Plant. Biotechnol. 11:395-407. https://doi.org/10.1111/pbi.12055Holme IB, Wendt T, Holm PB (2013) Intragenesis and cisgenesis as alternatives to transgenic crop development. J Plant. Biotechnol. 11:395-407. https://doi.org/10.1111/pbi.12055

Komakhin RA, Komakhina VV, Milyukova NA et al. (2010) Transgenic tomato plants expressing recA and NLS-recA-licBM3 genes as a model for studying meiotic recombination. Russ. J. Genet. 46:1440-1448. https://doi.org/10.1134/S1022795410120069Komakhin RA, Komakhina VV, Milyukova NA et al. (2010) Transgenic tomato plants expressing recA and NLS-recA-licBM3 genes as a model for studying meiotic recombination. Russ. J. Genet. 46:1440-1448. https://doi.org/10.1134/S1022795410120069

Komakhin RA, Vysotskii DA, Shukurov RR et al. (2016) Novel strong promoter of antimicrobial peptides gene pro-SmAMP2 from chickweed (Stellaria media). BMC Biotechnol. 16(1):43. doi: 10.1186/s12896-016-0273-x.Komakhin RA, Vysotskii DA, Shukurov RR et al. (2016) Novel strong promoter of antimicrobial peptides gene pro-SmAMP2 from chickweed (Stellaria media). BMC Biotechnol. 16(1):43. doi: 10.1186/s12896-016-0273-x.

KuluevBR, Knyazev AV, Chemeris, AV and Vakhitov VA. Morphological features of transgenic tobacco plants expressing the AINTEGUMENTA gene of rape under control of the dahlia mosaic virus promoter. Russ. J. Dev. Biol., 2013, vol. 44, pp. 86-89.KuluevBR, Knyazev AV, Chemeris, AV and Vakhitov VA. Morphological features of transgenic tobacco plants expressing the AINTEGUMENTA gene of rape under control of the dahlia mosaic virus promoter. Russ. J. Dev. Biol., 2013, vol. 44, pp. 86-89.

Lessard PA et al. (2002) Manipulating gene expression for the metabolic engineering of plants. Metabolic Engineering. 4(1):67-79.Lessard PA et al. (2002) Manipulating gene expression for the metabolic engineering of plants. metabolic engineering. 4(1):67-79.

Madzharova NV, Kazakova KA, Strelnikova SR et al. (2018) Promoters pro-SmAMPl and pro-SmAMP2 from Wild Plant Stellaria media for the Biotechnology of Dicotyledons. Russ J Plant Physiol 65:750-761. https://doi.org/10.1134/S1021443718040040Madzharova NV, Kazakova KA, Strelnikova SR et al. (2018) Promoters pro-SmAMPl and pro-SmAMP2 from Wild Plant Stellaria media for the Biotechnology of Dicotyledons. Russ J Plant Physiol 65:750-761. https://doi.org/10.1134/S1021443718040040

Mette MF et al. (1999) Production of aberrant promoter transcripts contributes to methylation and silencing of unlinked homologous promoters in trans // The EMBO journal. 18(1):241-248.Mette MF et al. (1999) Production of aberrant promoter transcripts contributes to methylation and silencing of unlinked homologous promoters in trans // The EMBO journal. 18(1):241-248.

Mourrain P et al. (2007) A single transgene locus triggers both transcriptional and post-transcriptional silencing through double-stranded RNA production // Planta. 225(2):365-379.Mourrain P et al. (2007) A single transgene locus triggers both transcriptional and post-transcriptional silencing through double-stranded RNA production // Planta. 225(2):365-379.

Nuccio ML (2017) A Brief history of promoter development for use in transgenic maize applications. Methods Mol Biol. 1676:61-93. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-7315-6_4.Nuccio ML (2017) A Brief history of promoter development for use in transgenic maize applications. Methods Mol Biol. 1676:61-93. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-7315-6_4.

Odell JT, Nagy F, Chua NH (1985) Identification of DNA sequences required for activity of the cauliflower mosaic virus 35S promoter. Nature. 313(6005):810-812.Odell JT, Nagy F, Chua NH (1985) Identification of DNA sequences required for activity of the cauliflower mosaic virus 35S promoter. Nature. 313(6005):810-812.

Prakash NS, Prasad V, Chidambram TP et al. Effect of promoter driving selectable marker on corn transformation, Transgenic Res., 2008, vol. 17, pp. 695-704.Prakash NS, Prasad V, Chidambram TP et al. Effect of promoter driving selectable marker on corn transformation, Transgenic Res., 2008, vol. 17, pp. 695-704.

Peremarti A et al. (2010) Promoter diversity in multigene transformation // Plant molecular biology. 73(4-5):363-378.Peremarti A et al. (2010) Promoter diversity in multigene transformation // Plant molecular biology. 73(4-5):363-378.

Pogorelko GV and Fursova OV (2008) A highly efficient miPCR method for isolating FSTs from transgenic Arabidopsis thaliana plants. Journal of Genetics. 87(2):133-140.Pogorelko GV and Fursova OV (2008) A highly efficient miPCR method for isolating FSTs from transgenic Arabidopsis thaliana plants. Journal of Genetics. 87(2):133-140.

Potenza C, Aleman L, Sengupta-Gopalan С (2004) Targeting transgene expression in research, agricultural, and environmental pplications: Promoters used in plant transformation. In Vitro CellDevBiol-Plant. 40(1):1-22.Potenza C, Aleman L, Sengupta-Gopalan C (2004) Targeting transgene expression in research, agricultural, and environmental applications: Promoters used in plant transformation. In Vitro CellDevBiol-Plant. 40(1):1-22.

Slavokhotova AA, Odintsova TI, Rogozhin EA et al. (2011) Isolation, molecular cloning and antimicrobial activity of novel defensins from common chickweed (Stellaria media L.) seeds. Biochimie 93 (2011) 450e456 doi:10.1016/j.biochi.2010.10.019.Slavokhotova AA, Odintsova TI, Rogozhin EA et al. (2011) Isolation, molecular cloning and antimicrobial activity of novel defensins from common chickweed (Stellaria media L.) seeds. Biochimie 93 (2011) 450e456 doi:10.1016/j.biochi.2010.10.019.

Verdaguer B, de Kochko A, Beachy RN, and Fauquet C. Isolation and expression in transgenic tobacco and rice plants, of the cassava vein mosaic virus (CVMV) promoter. Plant Mol. Biol, 1996, vol. 31, pp. 1129-1139.Verdaguer B, de Kochko A, Beachy RN, and Fauquet C. Isolation and expression in transgenic tobacco and rice plants, of the cassava vein mosaic virus (CVMV) promoter. Plant Mol. Biol, 1996, vol. 31, pp. 1129-1139.

Vetchinkina EM, Komakhina VV, Vysotskii DA et al. (2016) Expression of plant antimicrobial peptide pro-SmAMP2 gene increases resistance of transgenic potato plants to Alternaria and Fusarium pathogens. Russ. J. Genet. 52(9): 1055-68.Vetchinkina EM, Komakhina VV, Vysotskii DA et al. (2016) Expression of plant antimicrobial peptide pro-SmAMP2 gene increases resistance of transgenic potato plants to Alternaria and Fusarium pathogens. Russ. J. Genet. 52(9): 1055-68.

Vysotskii DA, Strelnikova SR, Efremova LN et al. (2016) Structural and functional analysis of new plant promoter pro-SmAMPl from Stellaria media. Russ J Plant Physiol 63:663-672. https://doi.org/10.1134/S1021443716050174.Vysotskii DA, Strelnikova SR, Efremova LN et al. (2016) Structural and functional analysis of new plant promoter pro-SmAMPl from Stellaria media. Russ J Plant Physiol 63:663-672. https://doi.org/10.1134/S1021443716050174.

Xiao K, Zhang C, Harrison M, Wang Z-Y (2005) Isolation and characterization of a novel plant promoter that directs strong constitutive expression of transgenes in plants. Mol Breeding. 15(2):221-31. https://doi.org/10.1007/sll032-004-5679-9.Xiao K, Zhang C, Harrison M, Wang Z-Y (2005) Isolation and characterization of a novel plant promoter that directs strong constitutive expression of transgenes in plants. Mol Breeding. 15(2):221-31. https://doi.org/10.1007/sll032-004-5679-9.

Zhu С et al. (2007) Transgenic strategies for the nutritional enhancement of plants. Trends in plant science. 12(12):548-555.Zhu C et al. (2007) Transgenic strategies for the nutritional enhancement of plants. Trends in plant science. 12(12):548-555.

Дрейпер Д, Скотт P, Армитидж Ф и др., Генная инженерия растений. Лабораторное руководство. Учебное издание. Москва: Мир. 1991. 408 с.Draper D, Scott P, Armitage F et al. Plant genetic engineering. Laboratory guide. Educational edition. Moscow: Mir. 1991. 408 p.

--->--->

СПИСОК ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙSEQUENCE LIST

<210> SEC ID NO 1<210> SEC ID NO 1

<211> Длина: 303<211> Length: 303

<212> Тип: ДНК<212> Type: DNA

<213> Организм: Stellaria media<213> Organism: Stellaria media

<400> Последовательность: 1-1-303<400> Sequence: 1-1-303

aactataaca ttttgtattc tttttttttg ctaccctatt tataaatttc ttgatcctcc 60aactataaca ttttgtattc ttttttttttg ctaccctatt tataaatttc ttgatcctcc 60

cctggtttga ttatcacccg atgttgctaa attttaattc ttaaaaaata atagtaaaac 120cctggtttga ttatcacccg atgttgctaa attttaattc ttaaaaaata atagtaaaac 120

gatagttttt tccaaaaaac gaaaatcgac gtccctgcta tccccttcct cttgttgtcg 180gatagttttt tccaaaaaac gaaaatcgac gtccctgcta tccccttcct cttgttgtcg 180

cccgtgcatg tcacaattat tttatttgct cttatcatga caacacttgc gtcgccttac 240cccgtgcatg tcacaattat tttatttgct cttatcatga caacacttgc gtcgccttac 240

atgaatattc ttcgaagagg cctataaaac accccattgt cactctaaaa tgatcaaaat 300atgaatattc ttcgaagagg cctataaaac accccattgt cactctaaaa tgatcaaaat 300

ctt 303ctt 303

<210> SEC ID NO 2<210> SEC ID NO 2

<211> Длина: 118<211> Length: 118

<212> Тип: ДНК<212> Type: DNA

<213> Организм: Stellaria media<213> Organism: Stellaria media

<400> Последовательность: 1-1-118<400> Sequence: 1-1-118

gcatgtcaca attattttat ttgctcttat catgacaaca cttgcgtcgc cttacatgaa 60gcatgtcaca attattttat ttgctcttat catgacaaca cttgcgtcgc cttacatgaa 60

tattcttcga agaggcctat aaaacacccc attgtcactc taaaatgatc aaaatctt 118118

<210> SEC ID NO 3<210> SEC ID NO 3

<211> Длина: 304<211> Length: 304

<212> Тип: ДНК<212> Type: DNA

<213> Организм: Stellaria media<213> Organism: Stellaria media

<400> Последовательность: 1-2-304<400> Sequence: 1-2-304

aactataaca ttttgtattc ttttttttgc taccctattt atgaatttct ggatcctcac 60aactataaca ttttgtattc ttttttttgc taccctattt atgaatttct ggatcctcac 60

ctgatttgat taccacccga tgtcgctaca ttttaattct taaaatataa tattaaaatg 120ctgatttgat taccacccga tgtcgctaca ttttaattct taaaatataa tattaaaatg 120

atagtttttc ccaaaaaaaa gaaggatcga cgtccctgct atcccgttcc tcttgtcgtc 180180

gcccgtgcat gtcacaattc tttcatttgc tcttatcatg acaacacttg tgtcgcctta 240gcccgtgcat gtcacaattc tttcatttgc tcttatcatg acaacacttg tgtcgcctta 240

catgactatt cttcgaagag gcctataaaa taccccattg tcactctaaa atgatcaaaa 300catgactatt cttcgaagag gcctataaaa taccccattg tcactctaaa atgatcaaaa 300

tctt 304tctt 304

<210> SEC ID NO 4<210> SEC ID NO 4

<211> Длина: 118<211> Length: 118

<212> Тип: ДНК<212> Type: DNA

<213> Организм: Stellaria media<213> Organism: Stellaria media

<400> Последовательность: 1-2-118<400> Sequence: 1-2-118

gcatgtcaca attctttcat ttgctcttat catgacaaca cttgtgtcgc cttacatgac 60gcatgtcaca attctttcat ttgctcttat catgacaaca cttgtgtcgc cttacatgac 60

tattcttcga agaggcctat aaaatacccc attgtcactc taaaatgatc aaaatctt 118tattcttcga agaggcctat aaaatacccc attgtcactc taaaatgatc aaaatctt 118

<---<---

Claims (3)

1. Фрагмент ДНК для генетической модификации растительной клетки с целью экспрессии рекомбинантного гена в растении, имеющий нуклеотидную последовательность, выбранную из группы, включающей SEC ID NO 1, SEC ID NO 2, SEC ID NO 3 и SEC ID NO 4.1. DNA fragment for genetic modification of a plant cell to express a recombinant gene in a plant, having a nucleotide sequence selected from the group consisting of SEC ID NO 1, SEC ID NO 2, SEC ID NO 3 and SEC ID NO 4. 2. Генетическая конструкция, содержащая фрагмент ДНК по п. 1 и рекомбинантную последовательность ДНК, включающую ген рекомбинантного белка и терминатор транскрипции, для экспрессии рекомбинантного гена в растении.2. A genetic construct containing a DNA fragment according to claim 1 and a recombinant DNA sequence, including a gene for a recombinant protein and a transcription terminator, for the expression of a recombinant gene in a plant. 3. Способ экспрессии рекомбинантного гена в растительной клетке, включающий использование генетической конструкции по п. 2, состоящий из этапов: создание генетической конструкции по п. 2, содержащей нуклеотидную последовательность по п. 1; введение генетической конструкций по п. 2 в растительную клетку; селекция трансформированной клетки на питательной среде и регенерация трансформированного растения; экспрессия рекомбинантного гена в растении.3. The method of expression of a recombinant gene in a plant cell, including the use of a genetic construct according to claim 2, consisting of the steps: creating a genetic construct according to claim 2, containing the nucleotide sequence according to claim 1; introduction of genetic constructs according to claim 2 into a plant cell; selection of the transformed cell on a nutrient medium and regeneration of the transformed plant; expression of the recombinant gene in the plant.
RU2022124801A 2022-09-21 Pro-smamp-d1 promoter from stellaria media l. plant for plant biotechnology RU2799014C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2799014C1 true RU2799014C1 (en) 2023-06-30

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014023285A2 (en) * 2012-08-08 2014-02-13 Kws Saat Ag Transgenic plant of the species solanum tuberosum with resistance to phytophthora
WO2014171860A1 (en) * 2013-04-19 2014-10-23 Закрытое Акционерное Общество "Синтол" Powerful plant promoter pro-smamp2 from the weed stellaria media
RU2766095C1 (en) * 2020-11-13 2022-02-07 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии" (ФГБНУ ВНИИСБ) Pro-smamp-x promoter from the chickweed (stellaria media l.) plant for expression of recombinant genes in plant cells

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014023285A2 (en) * 2012-08-08 2014-02-13 Kws Saat Ag Transgenic plant of the species solanum tuberosum with resistance to phytophthora
WO2014171860A1 (en) * 2013-04-19 2014-10-23 Закрытое Акционерное Общество "Синтол" Powerful plant promoter pro-smamp2 from the weed stellaria media
RU2766095C1 (en) * 2020-11-13 2022-02-07 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной биотехнологии" (ФГБНУ ВНИИСБ) Pro-smamp-x promoter from the chickweed (stellaria media l.) plant for expression of recombinant genes in plant cells

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
МАДЖАРОВА Н.В. и др., Промоторы pro-smamp1 и pro-smamp2 из дикорастущего растения stellaria media для биотехнологии двудольных растений, ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2018, том 65. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021141082A1 (en) Enhancer
Madzharova et al. Promoters pro-SmAMP1 and pro-SmAMP2 from Wild Plant Stellaria media for the Biotechnology of Dicotyledons
US11959085B2 (en) Regulatory elements from lamium leaf distortion associated virus (LLDAV)
US8338662B2 (en) Viral promoter, truncations thereof, and methods of use
RU2799014C1 (en) Pro-smamp-d1 promoter from stellaria media l. plant for plant biotechnology
EP2655632A1 (en) Viral promoter, truncations thereof, and methods of use
US8350121B2 (en) Viral promoter, truncations thereof, and methods of use
US9150624B2 (en) Green tissue-preferred promoter from maize
US8395022B2 (en) Viral promoter, truncations thereof, and methods of use
RU2766095C1 (en) Pro-smamp-x promoter from the chickweed (stellaria media l.) plant for expression of recombinant genes in plant cells
US7557264B2 (en) Gossypium hirsutum tissue-specific promoters and their use
JP4452823B2 (en) Promoter with callus and seed embryo specific expression activity
RU2697014C2 (en) Method for efficient biosynthesis of recombinant proteins in dicot plants using promoter of pro-smamp1 gene from stellaria media
US8344206B2 (en) Viral promoter, truncations thereof, and methods of use
CN107513532B (en) Pear constitutive expression promoter PbTMT4P and application thereof
WO2004101614A1 (en) Promoter sequences from hevea brasiliensis hevein genes
ES2938850T3 (en) Regulatory elements of plants and methods of use thereof
US9102945B2 (en) Constitutive promoter from oil palm
US20090205078A1 (en) Maize Leaf- and Stalk-Preferred Promoter
JP2004534535A (en) New plant promoter
JP2004049143A (en) Infection-inducing pr4 gene promoter
JP2009201422A (en) Sulfur deficiency-responsive cis factor, and utilization thereof