AGRIS - 

2019

Ragida M. Taipova | Khalit G. Musin | Bulat R. Kuluev

Red amaranth Amaranthus cruentus L. is a valuable fodder and grain crop. To generate new varieties of this plant, genetic transformation methods can be used, but for A. cruentus such methods remain undeveloped. The present study describes the results of our research in Agrobacterium-mediated transformation of epicotyl segments of A. cruentus variety “Bagryanyi” by the ARGOS-LIKE transgene of Arabidopsis thaliana controlled by the 35S promoter in the binary vector pCambia 1301 with a selective hygromycin B resistance gene. For shoot regeneration from epicotyl segments after Agrobacterium-mediated transformation, Murashige-Skoog (MS) medium containing 13 μM 6-benzylaminopurine and 1 μM 1-naphthylacetic acid was used. For the selection of transgenic shoots, 10 mg/L of hygromycin B was added to the MS medium. Rooting of shoots was performed on selective MS medium supplemented with 2 μM 3-indoleacetic acid. Three transgenic amaranth plants with the genetic engineering structure 35S::ARGOS-LIKE were generated. The efficiency of Agrobacterium-mediated transformation of A. cruentus was 4%. The amaranth plants transgenicity was confirmed by the PCR analysis for the presence of marker and target genes. Two transgenic plants were acclimatized to soil and open air conditions

Show more [+]

Less [-]

Directory of Open Access Journals - Sweden

2019

Svetlana Mikhailovna Lenivko | Vladimir Ivanovich Boyko

The article presents an overview of the biogenic agro-ecological risks in crop production, to reduce which it is possible to use biotechnological approaches. Ways to reduce the negative impact of the two most common harmful objects, the сolorado potato beetle ( Leptinotarsa decemlineata Say) and phytophthoras ( Phytophthora infestans (Mont.) De Bary), which lead to significant losses of potato yield, are considered. It is shown that the currently used methods of plant cell engineering (somatic hybridization and microclonal reproduction) are environmentally sound biotechnological methods of controlling black eye rot potato. The need to develop genetically engineered methods is associated with an exacerbation of biogenic agroecological risks, the reduction of which is an important approach is a proactive introgressive breeding strategy based on cell engineering and molecular methods.

Show more [+]

Less [-]

Directory of Open Access Journals - Sweden

2019

B. R. Kuluev | N. D. Minchenkov | G. R. Gumerova | Б. Р. Кулуев | Н. Д. Минченков | Г. Р. Гумерова

Natural rubber is a strategic natural raw material, which is used in the production of tires and military equipment, in medicine and other industries. An alternative to Hevea brasiliensis (Willd. ex A. Juss.) Müll. Arg. and the most promising rubber plant is the Russian dandelion (Taraxacum kok-saghyz Rodin). The rubber that accumulates in the roots of this dandelion is not inferior in quality to the natural rubber from H. brasiliensis, and its content reaches 27% of the dry weight of roots. The purpose of this paper is to describe the economically important components of T. kok-saghyz roots, the main methods for extracting natural rubber from the roots, as well as the approaches to micropropagation and genetic transformation of kok-saghyz and related species. In the middle of the 20th century, the industrial method of isolating rubber from Russian dandelion in the USSR was based on preliminary treatment of the roots with a 2% solution of alkali, which could negatively affect rubber quality. Therefore, it is important to develop new, rapid, but at the same time, inexpensive methods of rubber extraction from T. koksaghyz. Some of them are considered in this paper. The breeding of Russian dandelion should be aimed at both increasing the root size and the content of rubber. In this regard, the development of laboratory express methods for rubber extraction is also important. The authors have developed and optimized a method for extracting rubber from dry plant tissue using polar solvents (water and acetone), with the final extraction with a non‑polar solvent (hexane). The developed rubber extraction protocol showed results comparable to the literature data. In order to create more productive plant forms, experiments are also being conducted on T. kok-saghyz micropropagation and genetic transformation. However, the number of such works is still very small, probably due to the low regenerative abilities of this dandelion species. | Натуральный каучук является стратегическим природным сырьем, который широко применяется при производстве шин, военной техники, в медицине и в других отраслях. Около 90% добычи каучука высокого качества приходится на Hevea brasiliensis (Willd. ex A. Juss.) Müll. Arg. Однако этот природный источник каучука весьма уязвим к грибным заболеваниям. Синтетический каучук уступает по физико‑химическим и механическим свойствам натуральному, в связи с чем существует необходимость в поиске альтернативных источников данного сырья. Наиболее перспективным альтернативным гевее каучуконосом является одуванчик кок‑сагыз (Taraxacum kok-saghyz Rodin). В его корнях накапливается каучук, не уступающий по качеству гевейному, содержание которого у высокопродуктивных линий достигает 27% к сухой массе корней. В связи с этим целью данной статьи является описание хозяйственно ценных компонентов T. kok-saghyz, некоторых методов выделения натурального каучука из корней этого растения, а также подходов по микроклональному размножению и генетической трансформации кок‑сагыза и близких видов. В СССР в середине XX века в основе промышленного метода выделения каучука из кок‑сагыза лежала предварительная обработка корней 2% раствором щелочи, которая может оказывать негативное влияние на качество каучука. Поэтому разработка новых, но в то же время недорогих промышленных методов выделения каучука из корней кок‑сагыза весьма актуальна. Одновременно в некоторых странах мира ведется селекционная работа, направленная на увеличение как размеров корней кок‑сагыза, так и содержания каучука в них. В связи с этим возникает необходимость в разработке лабораторных экспресс‑методов выделения каучука. Нами был отработан и оптимизирован лабораторный метод выделения каучука из сухой растительной ткани при помощи воды и ацетона, с финальной экстракцией гексаном. Разработанный нами протокол экстракции каучука показал результаты, сопоставимые с литературными данными. Для выведения более продуктивных форм проводятся также эксперименты по микроклональному размножению и генетической трансформации кок‑сагыза, однако число таких работ пока небольшое, что, видимо, связано с низкими регенерационными способностями данного вида одуванчиков.

Show more [+]

Less [-]

N.I. Vavilov All-Russian Institute of Plant Genetic Resources - Russian Federation

2018

Gulevich, A.A. | Kurenina, L.V. | Baranova, E.N., All-Russia Research and Development Inst. of Agricultural Biotechnology, Moscow

Plastids are plant cell compartments the most sensitive to abiotic stresses, because photosynthesis and other important metabolic processes take place here. To protect the chloroplast compartment, tomato plants of the cv 'Belyi naliv' and potato cv 'Darenka' were transformed with agrobacteria containing genes of Fe-dependent superoxide dismutase and choline oxidase. These target genes were provided with signal sequences directing the expressed protein to the plastid compartment. The abrobacterial transformation technique was optimized experimentally for crop varieties mentioned above. It was shown that the true leaves and stems of the developed plants are the most suitable explants for regenerant obtaining. The highest frequency of regeneration from explants was achieved using the medium containing 5 mg/l BAP, 0.1 mg/l NAA and 1 mg/l zeatin. Among the antibiotics tested for inhibition of agrobacterium, augmentin and timentin are characterized by identical good performance. To completely eliminate the agrobacterium, antibiotic concentration of 200 mg/l in the medium was sufficient, and it had no inhibitory effect on shoot regeneration. However, to suppress the agrobacterium by means of cefotaxime, a concentration of 500 mg/l and higher was necessary. In addition, cefotaxime began to exert inhibitory effect on regenerant development already at concentration of 100 mg/l. | Одни из самых чувствительных к повреждению абиотическими стрессами компартменты растительной клетки - пластиды, в которых осуществляются фотосинтез и другие важные метаболические процессы. Чтобы обеспечить защиту хлоропластного компартмента методом генетической инженерии, растения томата сорта Белый Налив и картофеля сорта Даренка были трансформированы генами Fe-зависимой супероксиддисмутазы и холиноксидазы. Эти целевые гены были снабжены сигнальными последовательностями, направляющими белок в пластидный компартмент. В результате экспериментов оптимизирован метод агробактериальной трансформации для изучаемых сортов томата и картофеля. Показано, что для получения регенерантов наиболее подходящими эксплантами служат настоящие листья и стебли развившихся растений. Самая высокая частота регенерации у эксплантов достигнута на среде, содержащей 5 мг/л бензинаминопурина (БАП), 0,1 мг/л нафтилуксусной кислоты (НУК) и 1 мг/л зеатина. Среди тестируемых антибиотиков для подавления агробактерии одинаково эффективными были аугментин и тиментин. Для полной элиминации микроорганизма достаточно было концентрации 200 мг/л в среде, при этом антибиотики не оказывали ингибирующего воздействия на процесс регенерации побегов. Однако цефотаксим подавлял агробактерии лишь в концентрации 500 мг/л и выше, он угнетал развитие регенерантов уже при концентрации 100 мг/л.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2017

Bogomolov, M.A., The A.L. Mazlumov All-Russia Research and Development Inst. of Sugar Beet and Sugar, Voronezh Region

The investigations have been conducted in the All–Russian Research Institute of Sugar Beet and Sugar (ARISBS) in 2000–2002 and in the Centre "Bioengineering" of Russian Agricultural Academy in 2005–2007. It has been noticed that sugar beet is the only crop which production – sugar – does not contain genetically modified protein, and so, it can't be considered as a genetically modified organism. For the first time, sugar beet transgenic plants having genes (mutant aroA and bar) that cause resistance to non-selective herbicides – phosphinotricine and glyphosate – were obtained in the Biotechnology Department of the ARISBS. First sugar beet hybrid with transgenic component was developed by the group of transformation in the Centre "Bioengineering". Some risks due to the transformation of transgenic component have been revealed. The target gene mf3 coding MF3-protein (ppIase, isolated from Pseudomonas fluorescens) gives plants non-specific resistance to fungi and virus infections. Development of domestic sugar beet hybrids resistant to non-selective herbicides and main diseases, taking into account and eliminating the supposed risks, is promising. The homozygous lines with inbreeding coefficient not less than 0.997 are necessary for transformation, but their development takes 5–6 years. Besides, breeding lines must have a transformation effect of direct shoot regeneration from cotyledonous nodes not less than 35–61 % depending on genotype. Moreover, the most efficient way of shoots in vitro regeneration for sugar beet is a direct shoot formation from multicellular explants. When using this method, shoot formation frequency is 35–97 % depending on genotype and type of an explant. Development of apomictic line having mf3 gene seems promising, too. | Обобщены результаты селекционных работ, проводившихся во Всероссийском НИИ сахарной свеклы (ВНИИСС) в 2000–2002 гг. и в Центре "Биоинженерия" РАН в 2005–2007 гг. Показано, что сахарная свекла является единственной культурой, продукция которой (сахар) не содержит генетически модифицированный белок, а значит, она не может быть отнесена к генетически модифицированным организмам. Однако трансгенные растения сахарной свеклы, обладающие генами (мутантным aroA и bar), обуславливающими устойчивость к гербицидам широкого спектра действия (фосфинотрицину и глифосату), существуют. Они были впервые получены в отделе биотехнологии ВНИИСС в 2002 г. Первый гибрид сахарной свеклы с трансгенной компонентой создан в 2004 г. группой трансформации Центра "Биоинженерия" РАН. Выявлены некоторые риски, связанные с трансформацией трансгенной компоненты. Целевой ген mf3, кодирующий MF3-белок (ppIase, выделенный из Pseudomonas fluorescens), придает растениям неспецифическую устойчивость к грибной и вирусной инфекции. Перспективным является создание отечественных гибридов сахарной свеклы, устойчивых к гербицидам широкого спектра действия и основным заболеваниям, с учетом и устранением предполагаемых рисков. Результаты исследования показали, что для трансформации необходимо брать гомозиготные линии с коэффициентом инбридинга не менее 0,997, на создание которых требуется не менее 5–6 лет. Селекционные линии должны обладать трансформационным эффектом прямой регенерации побегов из семядольных узлов не ниже 35–61% в зависимости от генотипа. Наиболее эффективным способом регенерации побегов in vitro для сахарной свеклы является их прямое образование из многоклеточных эксплантов. При использовании данного способа частота побегообразования составляет 35–97 % в зависимости от генотипа и типа экспланта. Перспективным представляется также создание апомиктичной линии, несущей ген mf3.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2016

Efremova, O.S. | Dega, L.А., Primorskiy Research and Development Inst. of Agriculture, Primorye Territory (Russian Federation) | Nodel'man, Е.K., All-Russia Research and Development Inst. of Agricultural Biotechnology, Moscow (Russian Federation) | Shkryl', Yu.N., Russian Academy of Sciences. Far Eastern Branch, Vladivostok (Russian Federation). Institute of Biology and Soil Sciences

Evaluated are in vitro transgenic soybean plants obtained by using the method of agro-bacterial transformation and containing gene AMP-1 in its genome under control of the constitutive promoter 335 CAMV and NOS terminator, which will allow increasing the limits of plant resistance to phytopathogens. As e transformation objects, there were used soybean cotyledonary nodes of cultivars Primorskaya 81 and Primorskaya 28. To prove the insertion and expression of AMR-1, there was conducted a RT-PCR analysis of cDNA samples isolated from plants of the regenerated line. Stable transformation of soybean in T1-T5 was confirmed. An immunological analysis proved that leaves from the transformant-plants were damaged by Septoria glycines Hemmi by 25.7% less than the standard cultivar, by Cercospora sojina Hara (24.3 against 50.0%) and Peronospora manshurica (Naum). Syd. – by 20.0% less than the standard (43.8 against 63.8% and 32.5 against 52.6%, respectively). This proves that gene expression leads to the resistance increase of soybean transgenic plants to the aforesaid fungal phytopathogens. | Проведена оценка in vitro трансгенных растений сои, полученных методом агробактериальной трансформации и содержащих в своем геноме ген AMP-1 под контролем конститутивного 335 CAMV промотора и NOS терминатора, который позволит расширить пределы устойчивости растений к фитопатогенам. В качестве объектов трансформации служили семядольные узлы сортов сои Приморская 81 и Приморская 28. Для доказательства встройки и экспрессии гена АМР-1 проводили ОТ-ПЦР анализ с образцами кДНК, выделенными из растения регенерантной линии. Подтверждена стабильная трансформация сои в Т1–Т5. Иммунологический анализ показал, что степень поражения листьев с растений-трансформантов септориозом (Septoria glycines Hemmi) на 25,7% меньше, чем у стандартного сорта (24,3 против 50,0%), церкоспорозом (Cercospora sojina Hara) и пероноспорозом (Peronospora manshurica (Naum.) Syd. – на 20,0% (43,8 против 63,8% и 32,5 против 52,6% соответственно). Это доказывает, что экспрессия гена приводит к повышению устойчивости трансгенных растений сои к вышеуказанным грибным фитопатогенам.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2016

Pasalari,Ch. | Tretiakova,O.M. | Evtushenkov,A.N.

The protective proteins genes expressive levels are determined in potato (Solanum tuberosum) leaves at bacterial infection and glyphosate treatment by real time PCR method. It is shown that transgenic plants treatment by glyphosate induces the expression in protective proteins genes leaves. At glyphosate treated plants contamination by phytopathogenic bacteria the protective answer genes induction levels are increased approximately two times. It is supposed that transgenic plants treatment by glyphosate facilitates their resistance increase to pathogens. | Определяли уровни экспрессии генов защитных белков в листьях картофеля (Solanum tuberosum) при бактериальной инфекции и обработке глифосатом методом ПЦР в реальном времени. Показано, что обработка трансгенных растений глифосатом индуцирует в листьях экспрессию генов защитных белков. При заражении обработанных глифосатом растений фитопатогенными бактериями уровни индукции генов защитного ответа возрастают примерно в 2 раза. Предполагается, что обработка трансгенных растений глифосатом способствует повышению их резистентности к патогенам.

Show more [+]

Less [-]

National Academy of Sciences of Belarus - Belarus

2015

Savina,S.M. | Gapeeva,T.A. | Zaitseva,A.V. | Tretyakova,T.G. | Dremuk,I.A. | Averina,N.G.

Three lines of transgenic tobacco plants (Nicotiana tabacum L. cv. Petit Havana SR1) expressing recombinant Saccharomyces cerevisiae ALA-synthase gene that contains an information for transgenic peptide providing penetration of the enzyme to mitochondria (lines 1.1, 1.3, 1.7) and one line expressing gene of the ALA-synthase that is synthesized and localized in cytoplasm were obtained (line 2.1). All transgenic plants possessed by increased ALA-synthesizing ability and were characterized by improved growth parameters. Higher content of photosynthetic pigments - chlorophyll and carotenoids as compared to wild-type plants was also registered in plants of the line 2.1. The received transgenic plants can serve as model for research of a role of endogenous ALA in proiding photosynthetic activity of chloroplast and forming of plant stress resistance that will be used for creating the biotechnologically improved cultivars. | Создано три линии трансгенных растений табака Nicotiana tabacum L. cv. Petit Havana SRI (линии 1.1, 1.3 и 1.7), экспрессирующих рекомбинантный ген Saccharomyces cerevisiae АЛК-синтетазы, который содержит последовательность сигнального пептида для транспорта синтезируемого в цитоплазме фермента в митохондрии, и одна линия трансформантов (2.1), экспрессирующих ген АЛК-синтетазы, синтезируемой и локализованной в цитоплазме. Все полученные трансгенные растения обладали повышенной АЛК-синтезирующей способностью и характеризовались улучшенными ростовыми показателями. В растениях линии 2.1 отмечено также повышенное по сравнению с растениями дикого типа содержание фотосинтетических пигментов - хлорофиллов и каротиноидов. Созданные трансгенные растения могут быть использованы в качестве модели для исследования роли умеренно повышенного уровня эндогенной АЛК в усилении фотосинтетической активности хлоропластов, а также в формировании стрессоустойчивых растений, что будет способствовать созданию биотехнологически улучшенных сортов сельскохозяйственных культур.

Show more [+]

Less [-]

National Academy of Sciences of Belarus - Belarus

2015

Bakakina,Y.S. | Gapeeva,T.A. | Dubovskaya,L.V. | Volotovski,I.D.

The proteomic evaluation of transgenic potato (Solanum tuberosum) plants derived from the cultivars of Belarusian breeding expressing the genes of antimicrobial peptides of the cecropin-melittin type was conducted. The increased accumulation of patatin proteins was observed. That fact can be a result of a plant defense system activation under constitutive transgenic synthesis of antimicrobial peptides. Thus, the aim of this work was to evaluate the functional state of created genetically modified plants by carrying out a comparative analysis of proteomic status of transgenic tubers and the original (control) varieties of potato used as a recipient during the genetic transformation, to study the mechanisms of action of cationic antimicrobial peptides, leading to the increased resistance to phytopathogenic microorganisms. There was realized a proteomic assessment of the functional state of transgenic lines of potato plants with the expressed genes of antimicrobial peptides cecropin-melittin type. It was shown that in the tubers of transgenic lines, obtained on the basis of varieties of Belarusian selection and Odyssey Vetraz, there was observed an increased accumulation of patatin family of proteins, which may be due to the activation of the protective system of plants under the influence of transgenic constitutive synthesis of antimicrobial peptides. | Проведена оценка протеомного статуса трансгенных линий растений картофеля (Solanum tuberosum) с экспрессируемыми генами антимикробных пептидов цекропин-мелиттинового типа, полученных на основе сортов белорусской селекции. Показано, что в клубнях трансгенных линий наблюдается повышенное накопление белков семейства пататинов, что может быть следствием активации защитной системы растений под воздействием конститутивного трансгенного синтеза антимикробных пептидов. Таким образом, целью данной работы была оценка функционального состояния созданных генно-модифицированных растений путем проведения сравнительного анализа протеомного статуса клубней трансгенных линий и исходных (контрольных) сортов картофеля, использованных в качестве реципиентных при проведении генетической трансформации, для исследования механизмов действия катионных антимикробных пептидов, приводящих к повышенной устойчивости к фитопатогенным микроорганизмам. Проведена протеомная оценка функционального состояния трансгенных линий растений картофеля с экспрессируемыми генами антимикробных пептидов цекропин-мелиттинового типа. Показано, что в клубнях трансгенных линий, полученных на основе сортов белорусской селекции Одиссей и Ветразь, наблюдается повышенное накопление белков семейства пататинов, что может быть следствием активации защитной системы растений под воздействием конститутивного трансгенного синтеза антимикробных пептидов.

Show more [+]

Less [-]

National Academy of Sciences of Belarus - Belarus

2015

Blagova, D.K. | Vershinina, Z.R. | Nigmatullina, L.R. | Lavina, A.M. | Baimiev, An.Kh. | Baimiev, Al.Kh., Russian Academy of Sciences. Ufa Scientific Center (Russian Federation). Inst. of Biochemistry and Genetics

The possibility of creating an artificial association of nodule bacteria with plants to protect them from the adverse effects of pathogenic fungi can be realized. The composite plants of tomato (Lycopersicon esculentum) Dubok variety and bacterial strains associated with the roots of wild legumes were used. Hairy rooted tomato plants were obtained by treatment with Agrobacterium rhizogenes ATCC 15834, containing vehicle gene construction pCambia 1305.1 with inserted pea lectin gene psl under cauliflower mosaic virus 35S promoter. The antagonistic activity of bacteria towards pathogens was tested by dual culture study. The ability of microorganisms to produce siderophores and cyanide was analyzed. Few isolates were identified by sequencing of the 16S rRNA gene fragments. By screening of the collection of isolates from nodules of wild legume from tribe Viceae the candidate strains were detected, particularly Rhizobium leguminosarum, Pseudomonas sp. and Stenotrophomonas rhizophila, with fungistatic activity against Fusarium solani, F. oxysporum, Fusarium sp. and F. oxysporum f. sp. lycopersici. Prodiction of siderophores was detected in two members of Pseudomonas genus, S. rhizophila and R. leguminosarum. Two Pseudomonas strains, the 14M and 103, and S. rhizophila were shown to produce cyanide. It was also found that treatment of roots transgenic by psl gene with R. leguminosarum 116 strain reduced the amount of hyphae of the pathogen F. oxysporum f. sp. lycopersici in the rhizosphere of tomato plant that could potentially contribute to plant defense against pathogenic fungi. Thus, the use of lectins as transgenes in roots allows to obtain artificial association with rhizobia in non-symbiotic plants such as tomato, which in combination with the use of microorganisms possessing fungistatic activity can more effectively protect the plant root system o against pathogens. | Рассматривали возможность создания искусственной направленной ассоциации клубеньковых бактерий с растениями для защиты от неблагоприятного воздействия патогенных грибов. Объектами исследования служили композитные растения томата (Lycopersicon esculentum) сорта Дубок и изоляты бактерий, ассоциированных с корнями дикорастущих бобовых растений. «Бородатые корни», трансгенные по гену лектина гороха, получали на растениях томата после обработки штаммом Agrobacterium rhizogenes ATCC 15834, несущим вектор pCambia 1305.1 со встроенным геном лектина гороха посевного psl под контролем 35S-промотора вируса мозаики цветной капусты. Проверку антагонистической активности бактерий по отношению к фитопатогенам проводили методом двойной культуры. Проанализирована способность исследуемых микроорганизмов выделять сидерофоры и цианид. Проведена идентификация некоторых изолятов секвенированием фрагментов гена 16S-рРНК. В процессе скрининга имеющейся коллекции изолятов из клубеньков дикорастущих бобовых растений трибы Viceae обнаружены штаммы Rhizobium leguminosarum, Pseudomonas sp. и Stenotrophomonas rhizophila, обладающие фунгистатической активностью в отношении Fusarium solani, F. oxysporum, Fusarium sp. и F. oxysporum f. sp. lycopersici. Способность синтезировать сидерофоры выявили у 2 представителей рода Pseudomonas, у S. rhizophila и R. leguminosarum. Цианид выделяли два штамма Pseudomonas (14M и 103) и S. rhizophila. Также было установлено, что обработка трансгенных по гену psl корней штаммом R. leguminosarum 116 уменьшает количество гиф патогена F. oxysporum f. sp. lycopersici в ризосфере томата. Следовательно, использование лектинов в качестве трансгенов позволяет получать искусственные корневые ассоциации с ризобиями у несимбиотрофных растений, что в сочетании с использованием микроорганизмов с фунгистатической активностью может более эффективно защищать корневую систему растений от патогенов.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation