Біоресурси і природокористування

Отримання сортів рослин, здатних мати належний рівень продуктивності в умовах зміни клімату і все зростаючого потужного техногенного навантаження на довкілля, є дуже актуальним для сьогодення. Для вирішення цієї проблеми вже недостатньо методів класичної селекції, тому дослідники все частіше вдаються до застосування генної інженерії та ДНК технологій, які теж мають недоліки й не дають можливості досягнути бажаного результату, коли поставлено за мету отримати сорт, стійкий до дії комплексу стресорів довкілля. В нашій лабораторії в результаті досліджень, які тривали упродовж кількох десятиліть, розроблено оригінальну технологію прискореної селекції, засновану на механізмах обміну генетичною інформацією, які існують у природі. Метою даної  оглядової статті є аналіз та підсумки власних досліджень, присвячених отриманню нових форм рослин з підвищеним адаптаційним потенціалом за допомогою препаратів екзогенних ДНК (е-ДНК), виявлення закономірностей спадкових змін, індукованих у разі застосування препаратів е-ДНК з метою отримання селекційно цінних змін у рослин. Показано комплексний та спрямований характер таких змін та перспективність застосування е-ДНК для прискореного створення сучасних сортів сільськогосподарських, лікарських та декоративних рослин з підвищеним адаптаційним потенціалом. Пропонується гіпотетичний механізм дії е-ДНК на спадковість рослин.

Ключові слова: екзогенні ДНК, алкілована ДНК, зміна спадкових ознак рослин, селекційно цінні ознаки, стійкість до стресорів, фітогормони, гомеотичні гени, гомеобокс-вмісні гени

Katsan, V.A., & Potopalsky, A.I. (2006). Exogenous DNAs may influence plant adaptation reactions to changed environment. Biopolym. Cell, 22 (4), 307–316. https://doi.org/10.7124/bc.00073D

https://doi.org/10.7124/bc.00073D

Katsan, V.A., & Potopalsky, A.I. (2006). The changes of the ratio content of some photosynthetic pigments induced in Nicotiana tabacum L. by exogenous DNAs. Ukr. Biochem. J., 78 (5), 70–80.

Kippes, N., Chen, A., Zhang, X., Lukaszewski, A.J., & Dubcovsky, J. (2016). Development and characterization of a spring hexaploid wheat line with no functional VRN2 genes Theor. Appl. Genet., 129 (7), 1417–1428. https://doi.org/10.1007/s00122-016-2713-3

https://doi.org/10.1007/s00122-016-2713-3

Mukherjee, K., Brocchieri, L., & Bürglin, T.R. (2009). A comprehensive classification and evolutionary analysis of plant homeobox genes. Mol. Biol. Evol., 26 (12), 2775–2794. https://doi.org/10.1093/molbev/msp201

https://doi.org/10.1093/molbev/msp201

Davière, J.M., Wild, M., Regnault, T., Baumberger, N., Eisler, H., Genschik, P. & Achard, P. (2014). Class I TCP-DELLA interactions in inflorescence shoot apex determine plant height. Curr. Biol., 24 (16), 1923–1928. https://doi.org/10.1016/j.cub.2014.07.012

https://doi.org/10.1016/j.cub.2014.07.012

Zhang, Y., Ni, Z., Yao, Y., Nie, X., & Sun, Q. (2007). Gibberellins and heterosis of plant height in wheat (Triticum aestivum L.). BMC Genet. 8:40. Available at: https://bmcgenet.biomedcentral.com/track/pdf/10.1186/1471-2156-8-40.

https://doi.org/10.1186/1471-2156-8-40

Sakamoto, T. (2006). Phytohormones and rice crop yield: strategies and opportunities for genetic improvement. Transgenic Res., 15 (4), 399-404. https://doi.org/10.1007/s11248-006-0024-1

https://doi.org/10.1007/s11248-006-0024-1

Stavang, J.A., Lindgard, B., Erntsen, A., Lid, S.E., Moe, R., & Olsen, J.E. (2005). Thermoperiodic stem elongation involves transcriptional regulation of gibberellin deactivation in pea. Plant Physiol., 138 (4), 2344 –2353. https://doi.org/10.1104/pp.105.063149

https://doi.org/10.1104/pp.105.063149

Shimizu, R., Ji, J., Kelsey, E., Ohtsu K., Schnable, P.S., & Scanlon, M.J. (2009). Tissue specificity and evolution of meristematic WOX3 function. Plant Physiol., 149 (2), 841 – 850.

https://doi.org/10.1104/pp.108.130765

Rosin, F.M., Hart, J.K., Horner, H.T., Davies, P.J., & Hannapel, D.J. (2003). Overexpression of a knotted–like homeobox gene of potato alters vegetative development by decreasing gibberellin accumulation. Plant Physiol., 132 (1), 106–117. https://doi.org/10.1104/pp.102.015560

https://doi.org/10.1104/pp.102.015560

Hay, A., & Tsiantis, M. (2010). KNOX genes: versatile regulators of plant development and diversity. Development, 137 (19), 3153–3165. https://doi.org/10.1242/dev.030049

https://doi.org/10.1242/dev.030049

Lian, G., Ding, Z., Wang, Q., Zhang, D., & Xu, J. Origins and evolution of WUSCHEL-related homeobox protein family in plant kingdom. The Scientific World Journal. 2014:534140. Available at: https://www.hindawi.com/journals/tswj/2014/534140.

https://doi.org/10.1155/2014/534140

Sicard, A., Thamm, A., Marona, C., Lee, Y.W., Wahl, V., Stinchcombe, J.R., Wright, S.I., Kappel, C., & Lenhard, M. (2014.). Repeated evolutionary changes of leaf morphology caused by mutations to a homeobox gene. Curr. Biol., 24 (16), 1880–1886.

https://doi.org/10.1016/j.cub.2014.06.061

Liu, M., Miao, F., Powers, C., Zhang, X., Deng, J., Tadege, M., Carver, B.F., & Yan, L. (2018). The STENOFOLIA gene from Medicago alters leaf width, flowering time and chlorophyll content in transgenic wheat. Plant Biotechnol. J., 16 (1), 186-196. https://doi.org/10.1111/pbi.12759

https://doi.org/10.1111/pbi.12759

Alvarez, J.M., Bueno, N., Ca-as, R.A., Avila, C., Cánovas, F.M., & Ordás, R.J. (2018). Analysis of the WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX gene family in Pinus pinaster: New insights into the gene family evolution. Plant Physiol Biochem., 123, 304–318. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2017.12.031

https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2017.12.031

Röder M.S., (2008). Fine mapping of the region on wheat chromosome 7D controlling grain weight. Funct. Integr. Genomic, 8 (1), 79–86. https://doi.org/10.1007/s10142-007-0053-8

https://doi.org/10.1007/s10142-007-0053-8

Didenko, V.P., & Didenko, T.V. (2007). Sposib zbagachennia genofondu garbuziv [The method of enrichment of the pumpkins gene pool]. The patent of Ukraine for the useful model 28808, IPC (2006) A01H 1/04; declared 20.07.2007, published 25.12.2007.

Zhao, P., Cui, R., Xu, P., Wu, J., Mao, J.L., Chen, Y., Zhou, C.Z., Yu, L.H., & Xiang, C.B. (2017). ATHB17 enhances stress tolerance by coordinating photosynthesis associated nuclear gene and ATSIG5 expression in response to abiotic stress. Sci. Rep., 7:45492. Available at: https://www.nature.com/articles/srep45492.pdf.

https://doi.org/10.1038/srep45492

Yue, H., Shu, D., Wang, M., Xing, G., Zhan, H., Du, X., Song, W., & Nie, X. (2018). Genome-Wide Identification and Expression Analysis of the HD-Zip Gene Family in Wheat (Triticum aestivum L.). Genes (Basel). 9(2):70. Available at: http://www.mdpi.com/2073-4425/9/2/70.

https://doi.org/10.3390/genes9020070

Singh, A., Roy S., Singh, S., Das, S.S., Gautam, V., Yadav, S., Kumar, A., Singh, A., Sukanya, S., & Sarkar A.K. (2017). Phytohormonal crosstalk modulates the expression of miR166/165s, target Class III HD-ZIPs, and KANADI genes during root growth in Arabidopsis thaliana. Sci. Rep., 7(1):3408. Available at: https://www.nature.com/articles/s41598-017-03632-w.pdf.

https://doi.org/10.1038/s41598-017-03632-w