الكلمات المفتاحية الخاصة بالمكنز الزراعي (أجروفوك)

2020

N. E. Kostina | A. V. Spaselnikova | A. A. Egorova | E. V. Kolosovskaya | D. V. Domrachev | A. V. Romanova | S. R. Tumanyan | S. Chamas | J. Kumlehn | I. M. Dubovskiy | S. V. Gerasimova | Н. Е. Костина | А. В. Спасельникова | А. А. Егорова | Е. В. Колосовская | Д. В. Домрачев | А. В. Романова | С. Р. Туманян | С. Хамас | Й. Кумлен | И. М. Дубовский | С. В. Герасимова

Background. Genetic modification of plants is one of the promising strategies to increase their resistance to insect pests. The development of metabolic or RNA interference systems for plant protection requires appropriate models of host-insect interactions. Nicotiana tabacum L. is a classical model plant used in molecular and metabolic engineering. We consider tobacco as a model for developing protective strategies against Colorado potato beetle (Leptinotarsa decemlineata Say, CPB). Normally, tobacco is toxic for CPB due to high content of nicotine and related alkaloids in leaves. Modification of the tobacco genome could provide tobacco genotypes with altered metabolism suitable for CPB feeding. It is known that different mutations in Berberine Bridge-Like (BBL) genes cause different alterations in tobacco leaf alkaloid levels. In the current study, the Cas9/gRNA system targeting members of the BBL gene family of tobacco was used to create a line which can serve as a diet for CPB. Results. In order to obtain tobacco with modified alkaloid content, two gRNAs matching target sequences in six BBL genes were selected. Each gRNA was cloned into a gRNA/Cas9 generic vector. The created constructs were mixed and used for biolistic transformation of tobacco leaf explants together with the pBI121 plasmid harboring the kanamycin resistance gene nptII and the reporter E.coli betaglucuronidase (GUS) gene. Regenerants were selected on 100 mg/l of kanamycin and checked for transgene presence by histochemical GUS-assay. Unexpectedly, the regenerated plants displayed a variety of adverse phenotypic effects including different degree of growth and rooting inhibition, early flowering, increased number of internodes, changes in leaf shape, fusion of flowers, longostyly, and partial sterility. Only one from seven obtained calli produced a population of regenerated plants without severe phenotypic abnormalities. The NtaBBL5-14 line of clonally propagated plants was selected from this population and used for a CPB feeding experiment. It was shown that CPB larvae consume the leaves of NtaBBL5-14 line ten times more efficiently than the leaves of control plants (97±0.5% vs. 9±3% in 24 h respectively). Conclusion. The NtaBBL5-14 tobacco line is suitable for CPB feeding and can be further used as a model for studies in plant-pest interaction. The modification of other genes regulating nicotine metabolism can be a promising strategy to obtain tobacco plants edible for CPB with less pleiotropic effects. | Актуальность. Модификация растений с целью повышения их устойчивости к вредителям – перспективное направление в современной биотехнологии. Создание искусственных защитных систем на основе РНК-интерференции или индукция метаболических изменений в растениях могут существенно снизить привлекательность для вредителя и, как следствие, степень повреждения растений. Однако, разработка стратегий подобных модификаций затруднена отсутствием биотехнологических методов, разработанных для каждой культуры, и адекватных моделей для проведения таких исследований. Табак Nicotiana tabacum L. как растение семейства пасленовых потенциально может быть моделью для исследования возможных стратегий повышения устойчивости к вредителям для таких родственных культур как картофель, томат, сладкий перец и т.д. Препятствием к проведению подобных работ на табаке является высокая токсичность листьев, которая защищает табак от большинства вредителей. Недавно опубликованы исследования, доказывающие, что мутагенез генов семейства Berberine Bridge-Like (BBL) в табаке приводит к существенным изменениям в количественном и качественном составе алкалоидов в листьях. В настоящей работе данный подход был применен с целью получения растений табака, пригодных для потребления в пищу колорадским жуком (Leptinotarsa decemlineata Say), который является наиболее распространенным и опасным вредителем картофеля. Результаты. С целью модификации генома табака, были подобраны две направляющие РНК (нРНК), нацеленные на шесть генов семейства BBL. Каждая из них была встроена в вектор, содержащий ген нуклеазы Cas9 и каркас нРНК. Полученные конструкции вместе с плазмидой pBI121, содержащей ген устойчивости к канамицину nptII и репортерный ген бета-глюкуронидазы Escherichia coli Migula, были использованы для трансформации листовых эксплантов табака методом биобаллистики. Из трансформированных клеток путем селекции на канамицине были получены каллусы и далее трансгенные растения-регенеранты поколения Т0. Неожиданным результатом стало появление широкого плейотропного эффекта модификации в виде многочисленных серьезных аномалий развития среди полученных популяций регенерантов. Самые тяжелые аномалии проявлялись в виде быстрой гибели растений, относительно жизнеспособные растения отличались угнетением роста и укоренения, увеличением числа междоузлий, изменением формы листьев, ускоренным цветением, аномалиями развития цветка и стерильностью. Только одна из семи полученных популяций клонов обладала достаточной жизнеспособностью для выращивания в гидропонном комплексе и существенно не отличалась от исходного сорта по жизнеспособности in vitro. Из этой популяции была выделена линия табака NtaBBL5-14, поддерживаемая in vitro. Данная линия была протестирована на кормовую пригодность для колорадского жука. Показано, что личинки колорадского жука эффективно потребляют листья табака полученной линии, и практически не потребляют листья контрольных растений (процент потребления 97±0.5% для модифицированных и 9±3% для контрольных растений). Заключение. Методом модификации генома получена линия табака, пригодная для питания личинок колорадского жука. В дальнейшем эта линия может быть использована как модель для исследования взаимодействия колорадского жука и растений. Результаты работы демонстрируют возможность менять спектр кормовых предпочтений вредителей и открывают перспективы развития данного направления. В частности, перспективным может быть осуществление модификаций с меньшим плейотропным эффектом, и, возможно, этого можно добиться, производя нокаут других генов, участвующих в регуляции синтеза никотина.

اظهر المزيد [+]

اقل [-]

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

2020

Fedorova, E.A. | Zinchuk, O.A.

Materials are presented on the effect of two carboxamide fungicides, namely, bixafen and penflufen, on the zooplankton, in particular, Daphnia magna Straus. Penflufen is shown to be of middle toxicity while bixafen is highly toxic to the zooplankton. The action of carboxamides on biological parameters of cladocera was studied with the aim to quantify thresholds of sensitivity to fungicides. The survival rate, fecundity, abundance and biomass of daphnids are shown to decrease in the solutions with greater concentration of fungicides. Bixafen entering a fishery waterbody in concentrations exceeding 0,00005 mg/l may be more dangerous to the zooplankton than penflufen

اظهر المزيد [+]

اقل [-]

Russian Federal Research Institute of Fisheries and Oceanography - Russian Federation

2020

Cherkasova, N.N. | Zhuzhzhalova, T.P. | Kolesnikova, E.O., The A.L. Mazlumov All-Russia Research and Development Inst. of Sugar Beet and Sugar, Voronezh Region

The results of studying the selection of sugar beet regenerants resistant to ion stress by in vitro cell selection methods are presented. Regeneration induction was carried out on media B5 and MS added with growth regulators. Microclones and mature seed germs were explants. The intoxication effect was made by adding cadmium acetate in the concentrations of 0 to 15 mM. During the scientific research the composition of selective nutrient medium with cadmium ions was optimized in the cultivation of seeds and microclones of sugar beets in vitro. A sublethal dose of cadmium acetate (4 mM) was detected for the selection of regenerants resistant to ion toxicity during microclone cultivation. The highest resistance to cadmium ions of mature embryos of sugar beet seeds is shown. The optimum for the selection of stable regenerants from seeds was the concentration of cadmium acetate 6 mM, while the seed germination ability in vitro was 38.9-46.7%, and the survival rate of seedlings varied from 13.3 to 16.7%. Studies have revealed the conditions of forming adaption of sugar beet regenerated plants to ion stress. The data obtained will be used to create new forms of sugar beets resistant to environmental stress factors, which will allow obtaining new source material of its various genotypes in a shorter time. | Представлены результаты исследований по отбору регенерантов сахарной свеклы, устойчивых к ионному стрессу, методами клеточной селекции in vitro. Индукцию регенерации проводили на питательных средах B5 и MS, дополненных регуляторами роста. Эксплантами служили микроклоны и зрелые зародыши семян. Эффект интоксикации создавали, добавляя ацетат кадмия в концентрациях от 0 до 15 мМ. В процессе научных исследований оптимизирован состав селективной питательной среды с ионами кадмия при культивировании семян и микроклонов сахарной свеклы в условиях in vitro. Выявлена сублетальная доза ацетата кадмия (4 мМ) для отбора регенерантов, устойчивых к ионной токсикации, при культивировании микроклонов. Показана наиболее высокая устойчивость к ионам кадмия зрелых зародышей семян сахарной свеклы. Оптимальной для отбора устойчивых регенерантов из семян явилась концентрация ацетата кадмия 6 мМ, при этом всхожесть семян in vitro составила 38,9-46,7%, а выживаемость проростков варьировала от 13,3 до 16,7%. Проведенные исследования позволили выявить условия формирования адаптации растений-регенерантов сахарной свеклы к ионному стрессу. Полученные данные будут использованы при создании новых форм сахарной свеклы, устойчивых к стрессовым факторам среды, что позволить получать новый исходный материал различных ее генотипов в более короткие сроки.

اظهر المزيد [+]

اقل [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2020

M, Madhu Priya | Shankar, Sadagopan Ravi

Heavy metals are elements that are naturally present in the environment. However anthropogenic activities such as the production of industrial wastes and domestic effluents, dumping of sewage waste, urban storm, water runoff, and atmospheric sources can give rise to the concentration of these metals relative to the normal background values. Any metal or metalloid with a density exceeding 5g /cm−3 is termed as “heavy metal”. These metallic ions are always associated with pollution and toxicity, although some of these elements are required by organisms at low concentrations. Some of the heavy metals such as zinc, iron and copper are essential for the physiological functioning of living organisms. The same essential elements become toxic when their concentration increases from their initial value. The present review article features the occurrence and toxicity of various heavy metals and compiles the sources, effects and the treatment of heavy metals with reference to cadmium, chromium and lead. This work also investigates the abilities of plants in terms of tolerance and degradation of these metals. It also reviews deeply about the heavy metal uptake mechanisms and several research studies associated with the topics. An evaluation of the present status of technology exploitation and the capability of some cultivated plants to reduce the contaminant is also reported and suggested for future work.

اظهر المزيد [+]

اقل [-]

Russian Academy of Sciences - Russian Federation