Ekspresija gena za inhibitor serinskih proteinaza (BvSTI) šećerne repe (Beta vulgaris L.) i uloga u otpornosti na insekte
Expression of sugar beet (Beta vulgaris L.) serine proteinase inhibitor gene (BvSTI) and the role in insect resistance
Апстракт:
Biljni inhibitori proteinaza aktivno učestvuju u odbrani biljaka od insekata štetočina
inhibirajući insekatske digestivne proteinaze. In planta analiza ekspresije BvSTI gena koji
kodira inhibitora serinskih proteinaza urađena je sa ciljem otkrivanja uloge ovog
inhibitora u otpornosti biljaka šećerne repe na insekte, kao i radi utvrđivanja potencijala
ovog gena kao pogodnog kandidat-gena koji bi se biotehnološkim metodama mogao uvesti
u osetljive biljne genome, čime bi se povećala njihova otpornost prema insektima
štetočinama. Ekspresija BvSTI gena praćena je kod tri genotipa šećerne repe koji se
odlikuju umerenom otpornošću prema larvama štetočine korena Tetanops myopaeformis
Roder, F1016, F1015 i UT-8, kao i kod jednog osetljivog genotipa, F1010. Kod svih
otpornih genotipova mehaničko povređivanje indukovalo je ekspresiju ovog gena, a nivo
transkripcije bio je povišen u poređenju sa nivoom kod osetljivog genotipa. Najintenzivniji
odgovor na povređivanje zabeležen je kod otpornih genotipova F1016 i UT-8. U listovima
osetljivog F1010, ali i trećeg otpornog genotipa F1015, registrovan je samo neznatni
porast u intenzitetu BvSTI transkripcije, dok je u korenovima ova dva genotipa mehaničko
povređivanje dovelo do blage početne supresije u aktivnosti BvSTI gena. Akumulacija
BvSTI transkripata u listovima i korenovima otpornog F1016 i osetljivog F1010 kojima su
se hranile larve Spodoptera frugiperda J.E. Smith pokazala je sličan obrazac ekspresije kod
oba genotipa. U poređenju sa transkripcionim obrascima dobijenim nakon mehanilčkog
povređivanja, ishrana insekata dovela je do znatno sporije indukcije i slabijeg intenziteta
transkripcije. Analize na proteinskom nivou pokazale su da nakon povređivanja listova
dolazi do akumulacije proteina veličine 30 kDa za koji su se vezala poliklonalna BvSTI
specifična antitela kako kod otpornog F1016, tako i kod osetljivog F1010 genotipa.
Aktivnost BvSTI inhibitora protiv tripsina pokazana je kod F1016 korenova i listova, kao i
kod F1010 listova. U F1010 korenovima aktivnost BvSTI inhibitora nije detektovana.
U biotestu u kome je ispitivana otpornost pojedinačnih genotipova na larve S. frugiperda
korišćena su sva četiri genotipa šećerne repe kod kojih je pokazano da povređivanje utiče
na ekspresiju BvSTI gena. Larve koje su se hranile listovima sva tri otporna genotipa bile
su statistički značajno lakše od larvi koje su hranile osetljivim F1010 listovima. Prelaskom
larvi u stadijum lutke statistički značajne razlike u masi mađu larvama koje su se hranile
listovima različitih genotipova su se izgubile i sve lutke su bile sličnih masa. Larve koje su
se hranile korenovima šećerne repe bile su u proseku dvostruko lakše od larvi sa listova, a
lutke koje su se razvile iz njih osim što su bile značajno lakše bile su i obavijene hitinskim
omotačem znatno svetlije boje. U nekoliko slučajeva zabeležene su i morfološke
abnormalnosti kod lutki razvijenih iz larvi koje su se hranile rezistentnim sa F1016 i
F1015 listovima.
Obrazac indukcije promotorskog regiona BvSTI gena praćen je u transgenim biljkama
duvana kod kojih se pod kontrolom ovog promotora nalazio reporter GUS gen. Kod mladih
in vitro gajenih biljaka nezavisno razvijenih T2 linija duvana ekspresija GUS gena bila je
više konstitutivna. S druge strane, kod starijih biljaka gajenih u staklari mehaničko
povređivanje, kao i povređivanje nastalo ishranom S. frugiperda larvi, indukovali su
lokalizovanu ekspresiju GUS gena samo na mestu povređivanja u listovima i korenovima.
Pokazana korelacija između stepena otpornosti genotipova šećerne repe i nivoa ekspesije
BvSTI gena upućuje na zaključak da je ovaj gen učestvuje u mehanizmima odbrane protiv
herbivornih insekata, te se smatra da može biti korišćen u biotehnološkim procesima
unapređivanja otpornosti na insekte kod biljaka. Takođe, promotorski region BvSTI gena
pokazao je inducibilnu prirodu ekspresije i može biti pogodan za kontrolisanu ekspresiju
transgena u listovima i korenovima biljaka kao prva linija odbrane od insekata štetočina.
Кључне речи:
Otpornost prema insektima; Inhibitor serinskih proteinaza; BvSTI gen; Šećerna repa; Inducibilni genski promotori; Transgeni duvan; Spodoptera frugiperdaИзвор:
University of Belgrade, Faculty of Biology, 2012, 1-157URI
http://eteze.bg.ac.rs/application/showtheses?thesesId=81https://fedorabg.bg.ac.rs/fedora/get/o:3484/bdef:Content/download
http://vbs.rs/scripts/cobiss?command=DISPLAY&base=70036&RID=42099471
http://nardus.mpn.gov.rs/123456789/2057
https://radar.ibiss.bg.ac.rs/handle/123456789/2415