RU2817905C1 - Олигонуклеотидные днк праймеры для оценки суммарной экспрессии всех генов, кодирующих каталазу у персика prunus persica (l.) batsch - Google Patents

Олигонуклеотидные днк праймеры для оценки суммарной экспрессии всех генов, кодирующих каталазу у персика prunus persica (l.) batsch Download PDF

Info

Publication number
RU2817905C1
RU2817905C1 RU2023100136A RU2023100136A RU2817905C1 RU 2817905 C1 RU2817905 C1 RU 2817905C1 RU 2023100136 A RU2023100136 A RU 2023100136A RU 2023100136 A RU2023100136 A RU 2023100136A RU 2817905 C1 RU2817905 C1 RU 2817905C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalase
genes
primers
expression
total expression
Prior art date
Application number
RU2023100136A
Other languages
English (en)
Inventor
Екатерина Александровна Водясова
Валентина Анатольевна Цюпка
Виктория Александровна Уппе
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Ордена Трудового Красного знамени Никитский ботанический сад-Национальный научный центр РАН"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Ордена Трудового Красного знамени Никитский ботанический сад-Национальный научный центр РАН" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Ордена Трудового Красного знамени Никитский ботанический сад-Национальный научный центр РАН"
Application granted granted Critical
Publication of RU2817905C1 publication Critical patent/RU2817905C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к области молекулярной биологии. Описан набор олигонуклеотидных праймеров для одновременной амплификации кодирующих фрагментов генов САТ1 и САТ2 для оценки их суммарной экспрессии и минимальной зависимости от остатков геномной ДНК, содержащий праймеры: catPP-twd 5'-TTCTGGAAAGCGTGAGAAGTGC-3' и catPP-rev 5'-TGTCTGGCGCCCAAGATCTGTA-3'. Техническим результатом предлагаемого изобретения является синтез в результате реакции ПЦР в реальном времени двух целевых фрагментов к ДНК, кодирующих фрагмент каталазы, что может быть использовано для оценки суммарной экспрессии двух генов каталазы у персиков. 1 ил., 2 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к области молекулярной биологии и может быть использовано для оценки суммарной экспрессии генов, которые кодируют важный антиоксидантный фермент каталазу, при изучении влияния различных стрессовых факторов во время культивирования персика (неблагоприятные условия, такие как засуха, возвратные заморозки и другие, а также патогенная нагрузка). Изобретение может быть использовано различными научно-исследовательскими учреждениями, занимающимися селекцией, биохимией и физиологией растений.
Каталаза (CAT; ЕС 1.11.1.6) представляет собой в основном железосодержащий гомотетрамерный белок, который катализирует разложение пероксида водорода на воду и молекулярный кислород (Н2О2 → H2O и O2) и играет центральную роль в антиоксидантной метаболической сети прокариотических и эукариотических клеток. Таким образом, каталаза поддерживает уровень H2O2 в определенных пределах и, соответственно, рассматривается как один из основных антиоксидантных ферментов, играющий ключевую роль в условиях развития и стресса.
У растений было показано наличие нескольких генов, кодирующих каталазу. Так у модельного растения Arabidopsis thaliana зарегистрировано три гена каталазы (САТ1, САТ2 и САТ3). При этом данные гены обладают некоторой тканеспецифичностью. САТ1 в основном экспрессируется в пыльце и семенах, САТ2 - в фотосинтезирующих тканях, а также в корнях и семенах, в то время как САТ3 связан с сосудистыми тканями, а также со стареющими листьями. Кроме того, САТ2 и САТ3 демонстрируют противоположные циркадные профили, в то время как САТ1 почти не изменяется под действием циркадных часов (Su et al., 2018). Наличие нескольких генов каталазы показано и для других растений: ячменя (Skadsen, 1995), хлопчатника (Wang et al., 2019), острого перца (Lee & An, 2005) и др. (Palma et al., 2020).
У PRUNUS PERSICA (L.) BATSCH (персик) идентифицировано два гена альдолазы САТ1 (номер в GenBank AJ496418) и САТ2 (номер в GenBank AJ496419), которые как предполагается, играют различную роль в жизнедеятельности растения. САТ1 имеет высокий уровень экспрессии только в тканях листьев и реагирует на свет и сезонные изменения. САТ2 имеет высокий уровень экспрессии в побегах in vitro и также реагирует на сезонные изменения, но не на свет. Гибридизация in situ в ткани листа показала, что экспрессия САТ1 локализована в основном в палисадных клетках, в то время как мРНК САТ2 присутствует в сосудистой ткани, что свидетельствует о роли САТ1 в фотодыхании, а САТ2 - в реакции на стресс (Bagnoli et al., 2004).
Технической проблемой является то, что эти гены имеют нуклеотидную и аминокислотную изменчивость. Идентичность кодируемых регионов двух каталаз составляет 88%. В результате олигонуклеотидные ДНК праймеры, которые были разработаны ранее для оценки экспрессии каталазы методом полимеразной цепной реакции в реальном времени (РВ-ПЦР), комплементарны только одному гену из двух. Это приводит к неправильной оценке суммарной экспрессии каталазы, что является критичным и делает невозможным сопоставление с показателем активности данного фермента.
В настоящее время для оценки экспрессии каталазы методом РВ-ПЦР используются следующие олигонуклеотидные ДНК праймеры:
Сопоставительный анализ относительно существующих праймеров позволяет сделать вывод, что заявляемый состав праймеров отличается от известных по последовательности всех нуклеиновых кислот. Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию «новизна».
Все известные праймеры не могут быть использованы для оценки суммарной экспрессии каталазы в персике. Кроме этого, все праймеры разработаны без учета экзон-интронной структуры гена, что требует тщательного контроля наличия геномной ДНК в образцах. Таким образом, заявляемые последовательности праймеров действительно могут быть использованы для оценки суммарной экспрессии двух генов каталазы у персиков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «существенные отличия».
Задача изобретения - разработать олигонуклеотидные праймеры, которые будут комплементарны обоим генам, кодирующим антиоксидантный фермент каталазу у персика, и учесть их экзон-интронную структуру чтобы отжиг праймеров происходил только по матрице ДНК, полученной в результате обратной транскрипции РНК.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является синтез (в результате реакции ПЦР в реальном времени) двух целевых фрагментов к ДНК, кодирующих фрагмент каталазы, что может быть использовано для оценки суммарной экспрессии двух генов каталазы у персиков.
На фигуре 1 изображены результаты анализа экспрессии генов каталазы в различных тканях персика PRUNUS PERSICA (L.) BATSCH сорта Спринголд. Вертикальная шкала представлена в десятичном логарифмическом масштабе.
Для подбора олигонуклеотидных праймеров нами были использованы последовательности ДНК двух генов, кодирующих каталазу у персика, из международной базы данных ГенБанк: САТ1 (AJ496418) и САТ2 (AJ496419).
Для достижения поставленной задачи были проанализированы и выбраны консервативные участки генов, которые идентичны для обоих генов. Таким образом, будет происходить амплификация фрагментов обоих генов, кодирующих каталазу у персика. Это позволяет анализировать суммарную экспрессию данного гена.
Длина амплифицируемых продуктов при использовании разработанных праймеров выбрана в диапазоне, рекомендованном для полимеразной цепной реакции в реальном времени.
Олигонуклеотидные праймеры разработаны таким образом, чтобы их положение находилось на стыке экзонов: прямой праймер находится на стыке пятого и шестого экзонов, обратный праймер - на стыке шестого и седьмого экзонов. Этот подход препятствует отжигу праймеров на геномной ДНК, так как комплементарные праймерам участки оказываются разорваны интронами. В результате, присутствие геномной ДНК, не будет вносить значимую погрешность при изучении экспрессии и не является критичным.
Для одновременной амплификации кодирующих фрагментов генов САТ1 и САТ2 для оценки их суммарной экспрессии и минимальной зависимости от остатков геномной ДНК используются следующие олигонуклеотиды:
В Приложении 1 приведены разработанные пары олигонуклеотидных праймеров с положением их на нуклеотидных последовательностях генов САТ1 и CAT2 (первый нуклеотид стартового кодона располагается в положении 1 на карте гена).
Анализ литературных данных позволяет сделать вывод, что используемые ранее олигонуклеотидные праймеры для оценки экспрессии каталазы у персика, позволяли анализировать только один из двух генов. Разработанные праймеры catPP-fwd и catPP-rev позволяют синтезировать методом ПЦР в реальном времени фрагменты двух генов каталазы для оценки суммарной экспрессии данного фермента в персике. Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию «новизна».
Положение праймеров на стыке экзонов увеличивает избирательность во время амплификации в сторону сплайсированной кДНК (полученной по матрице РНК в ходе обратной транскрипции) и уменьшает зависимость результата анализа от присутствия геномной ДНК в пробе. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию «существенные отличия».
Праймеры изготавливаются по приведенной в настоящей заявке последовательности при помощи автоматического нуклеотидного синтезатора. Чистота праймеров контролируется методом ВГЖХ и должна составлять не менее 95%.
Праймеры хранятся при -20°С в течение года.
Осуществление изобретения и его важность показана в ходе эксперимента по изучению экспрессии каталазы в различных тканях PRUNUS PERSICA (L.) BATSCH сорта Спринголд.
Материалом для исследования послужили 10 растений PRUNUS PERSICA (L.) BATSCH сорта Спринголд. Выделение РНК проводили из побегов, листьев и плодов растений с использованием набора innuPREP RNA Mini Kit (Analytik Jena) согласно рекомендациям производителя. Концентрация и качество РНК оценивались с помощью нанофотометра и с помощью метода фореза в агарозном геле. Синтез кДНК проводился с использованием набора MMLV RT kit (Евроген, Москва). Количество входящей РНК-матрицы составляло 500 нг.
ПЦР в реальном времени проводили в объеме 20 мкл. Реакционная смесь содержала 5х qPCRmix-HS SYBR (Евроген, Москва), 5 пмоль каждого праймера и 1 мкл матрицы кДНК. Программа ПЦР: 1 цикл: 95°С - 3 мин.; 40 циклов: 95°С - 10 сек., 60°С - 10 сек., 72°С - 15 сек (в конце данного шага проводилось измерение уровня флуорисценции). С помощью анализа кривой плавления проводилась оценка образованных ПЦР-продуктов и контролировалось отсутствие димеров-праймеров (кривая плавления анализировалась в диапазоне температур 70-95°С, скорость 0,5°С/сек). Каждая реакция имела трекратную техническую повторность.
В качестве референсного гена использовали транскрипционный фактор эллонгации: прямой праймер 5' - GGTGTGACGATGAAGAGTGATG - 3', обратный праймер 5' - TGAAGGAGAGGGAAGGTGAAAG - 3'. Сравнивались профили тканевой экспрессия, с использованием двух пар праймеров. Первая пара праймеров, фланкирующих фрагмент гена С ATI: прямой праймер 5' - AATAAGGCGGGGAAAGCACA - 3', обратный праймер 5' - CCACTCAGGGTAGTTGCCAG - 3' (Haider et al., 2018). Вторая пара праймеров - это праймеры разработанные в данной работе: catPP-fwd и catPP-rev. Относительная экспрессия рассчитывалась с помощью метода AACt (Livak & Schmittgen, 2001). Нормирование экспрессии проводилось на побеги.
В результате было показано, что при использовании пары олигонуклеотидных праймеров, комплементарных только одному гену, кодирующему каталазу, происходит некорректная оценка уровня относительной экспрессии. Так уровень экспрессии САТ1 одинаков в побегах и плодах, в то время как суммарная экспрессия гена каталазы в плодах в более чем в 100 раз выше. То же самое показано и для листьев: суммарная экспрессия в листьях почти в 1000 раз выше чем в побегах, в то время как относительная экспрессия только гена САТ1 отличается в несколько десятков раз.
Таким образом, при оценке суммарной экспрессии каталазы необходимо использовать разработанные праймеры catPP-fwd и catPP-rev.
Источники информации:
1. Palma, J. М, Mateos, R. М., Lopez-Jaramillo, J., Rodriguez-Ruiz, M., Gonzalez-Gordo, S., Lechuga-Sancho, A. M., & Corpas, F. J. (2020). Plant catalases as NO and H2S targets. Redox biology, 34, 101525.
2. T. Su, P. Wang, H. Li, Y. Zhao, Y. Lu, P. Dai, T. Ren, X. Wang, X. Li, Q. Shao, D. Zhao, Y. Zhao, & C. Ma. (2018) The Arabidopsis catalase triple mutant reveals important roles of catalases and peroxisome-derived signaling in plant development, J. Integr. Plant Biol. 60 591-607.
3. W. Wang, Y.Y. Cheng, D.D. Chen, D. Liu, M.J. Hu, J. Dong, X.P. Zhang, L.R. Song, F.F. Shen, The catalase gene family in cotton: genome-wide characterization and bioinformatics analysis, Cells 8 (2019) 86.
4. R.W. Skadsen, P. Schulze-Lefert, J.M. Herbst, Molecular cloning, characterization and expression analysis of two catalase isozyme genes in barley, Plant Mol. Biol. 29 (1995) 1005-1014.
5. S.H. Lee, C.S. An, Differential expression of three catalase genes in hot pepper (Capsicum annuum L.), Mol. Cell. 20 (2005) 247-255.
6. Bagnoli, F., Danti, S., Magherini, V., Cozza, R., Innocenti, A. M., & Racchi, M. L. (2004). Molecular cloning, characterisation and expression of two catalase genes from peach. Functional Plant Biology, 31(4), 349-357.
7. Haider, M. S., Kurjogi, M. M., Khalil-ur-Rehman, M., Pervez, Т., Songtao, J., Fiaz, M.,... & Fang, J. (2018). Drought stress revealed physiological, biochemical and gene-expressional variations in 'Yoshihime'peach (Prunus Persica L) cultivar. Journal of Plant Interactions, 13(1), 83-90.
8. Pavez, L., Hodar, C, Olivares, F., Gonzalez, M., & Cambiazo, V. (2013). Effects of postharvest treatments on gene expression in Prunus persica fruit: normal and altered ripening. Postharvest biology and technology, 75, 125-134.
9. Livak, K.J., Schmittgen, T.D. (2001). Analysis of relative gene expression data using real- time quantitative PCR and the 2(-Delta Delta C(T)). Methods 25, 402-408.

Claims (3)

  1. Набор олигонуклеотидных праймеров для одновременной амплификации кодирующих фрагментов генов САТ1 и САТ2 для оценки их суммарной экспрессии и минимальной зависимости от остатков геномной ДНК, содержащий праймеры:
  2. catPP-twd 5'-TTCTGGAAAGCGTGAGAAGTGC-3';
  3. catPP-rev 5'-TGTCTGGCGCCCAAGATCTGTA-3'.
RU2023100136A 2023-01-09 Олигонуклеотидные днк праймеры для оценки суммарной экспрессии всех генов, кодирующих каталазу у персика prunus persica (l.) batsch RU2817905C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2817905C1 true RU2817905C1 (ru) 2024-04-23

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103642921B (zh) * 2013-12-09 2015-02-25 中国人民解放军第三军医大学第三附属医院 过氧化氢酶基因标签单核苷酸多态性位点的挑选、检测及其应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103642921B (zh) * 2013-12-09 2015-02-25 中国人民解放军第三军医大学第三附属医院 过氧化氢酶基因标签单核苷酸多态性位点的挑选、检测及其应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Bagnoli, F., Danti, S., Magherini, V., Cozza, R., Innocenti, A. M., & Racchi, M. L. (2004). Molecular cloning, characterisation and expression of two catalase genes from peach. Functional Plant Biology, 31(4), 349-357. *
Кулаева Ольга Алексеевна, Грибченко Эмма Сергеевна, Зорин Евгений Андреевич, Клюкова Марина Сергеевна, Жуков Владимир Александрович. Сравнительный анализ экспрессии генов, связанных со стрессом, у двух линий гороха, контрастных по признаку устойчивости к кадмию // Экологическая генетика. 2018. N4. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Park et al. Stable internal reference genes for the normalization of real-time PCR in different sweetpotato cultivars subjected to abiotic stress conditions
Artico et al. Identification and evaluation of new reference genes in Gossypium hirsutum for accurate normalization of real-time quantitative RT-PCR data
Obrero et al. Selection of reference genes for gene expression studies in zucchini (Cucurbita pepo) using qPCR
Macovei et al. New insights on the barrel medic MtOGG1 and MtFPG functions in relation to oxidative stress response in planta and during seed imbibition
Jiang et al. Sucrose metabolism gene families and their biological functions
Wang et al. Selection of suitable reference genes for quantitative real-time polymerase chain reaction in Prunus mume during flowering stages and under different abiotic stress conditions
Saha et al. Assessing reference genes for accurate transcript normalization using quantitative real-time PCR in pearl millet [Pennisetum glaucum (L.) R. Br.]
Kou et al. Selection and validation of reference genes for quantitative RT-PCR analysis in peach fruit under different experimental conditions
Arisha et al. RNA-sequencing analysis revealed genes associated drought stress responses of different durations in hexaploid sweet potato
Gu et al. Identification, expression, and functional analysis of the group IId WRKY subfamily in upland cotton (Gossypium hirsutum L.)
Nishitani et al. Transcriptome analysis of Pyrus pyrifolia leaf buds during transition from endodormancy to ecodormancy
Wang et al. Genome-wide identification of members in the YTH domain-containing RNA-binding protein family in apple and expression analysis of their responsiveness to senescence and abiotic stresses
Kanjana et al. Transcriptome analysis of seed dormancy after rinsing and chilling in ornamental peaches (Prunus persica (L.) Batsch)
Zeng et al. Genome-wide identification and comparative analysis of the ADH gene family in Chinese white pear (Pyrus bretschneideri) and other Rosaceae species
Chen et al. Dynamic transcriptome analysis of root nitrate starvation and re-supply provides insights into nitrogen metabolism in pear (Pyrus bretschneideri)
Chen et al. Differential global gene expression changes in response to low nitrogen stress in two maize inbred lines with contrasting low nitrogen tolerance
Zhang et al. Reference gene selection for gene expression studies in lily using quantitative real-time PCR
Mu et al. Transcriptomic analysis of incised leaf-shape determination in birch
El-Aziz et al. Molecular and phytochemical assessment for some seedy strains of Alamar apricot rootstock under salinity stress
Zhang et al. Mining of candidate genes for grape berry cracking using a genome-wide association study
Way et al. Identification of differentially expressed genes in wheat undergoing gradual water deficit stress using a subtractive hybridisation approach
Chen et al. Genome-wide investigation of malate dehydrogenase gene family in poplar (Populus trichocarpa) and their expression analysis under salt stress
Quijada-Rivera et al. Transcriptome assessment in'Red Globe'grapevine zygotic embryos during the cooling and warming phase of the cryopreservation procedure
RU2817905C1 (ru) Олигонуклеотидные днк праймеры для оценки суммарной экспрессии всех генов, кодирующих каталазу у персика prunus persica (l.) batsch
Li et al. Resequencing and transcriptomic analysis reveal differences in nitrite reductase in jujube fruit (Ziziphus jujuba Mill.)