Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1044710.32607/20758251-2016-8-2-92-101Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleTesting Transgenic Aspen Plants with bar Gene for Herbicide Resistance under Semi-natural ConditionsИспытания трансгенных растений осины с геном bar на устойчивость к гербицидам в полунатуральных условияхLebedevV. G.ЛебедевВ. Г.
Russian Federation
vglebedev@mail.ruFaskhievV. N.ФасхиевВ. Н.
Russian Federation
vglebedev@mail.ruKovalenkoN. P.КоваленкоН. П.
Russian Federation
vglebedev@mail.ruShestibratovK. A.ШестибратовK. A.
Russian Federation
vglebedev@mail.ruMiroshnikovA. I.МирошниковA. И.
Russian Federation
vglebedev@mail.ruBranch of Shemyakin and Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of SciencesФилиал Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАНLomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университет им. М.В. Ломоносова1506201682VOL 8, NO2 (2016)ТОМ 8, №2 (2016)9210117012020Copyright ©; 2016, Lebedev V.G., Faskhiev V.N., Kovalenko N.P., Shestibratov K.A., Miroshnikov A.I.Copyright ©; 2016, Лебедев В.Г., Фасхиев В.Н., Коваленко Н.П., Шестибратов K.A., Мирошников A.И.2016Lebedev V.G., Faskhiev V.N., Kovalenko N.P., Shestibratov K.A., Miroshnikov A.I.Лебедев В.Г., Фасхиев В.Н., Коваленко Н.П., Шестибратов K.A., Мирошников A.И.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10447

Obtaining herbicide resistant plants is an important task in the genetic engineering of forest trees. Transgenic European aspen plants (Populus tremula L.) expressing the bar gene for phosphinothricin resistance have been produced using Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation. Successful genetic transformation was confirmed by PCR analysis for thirteen lines derived from two elite genotypes. In 2014-2015, six lines were evaluated for resistance to herbicide treatment under semi-natural conditions. All selected transgenic lines were resistant to the herbicide Basta at doses equivalent to 10 l/ha (twofold normal field dosage) whereas the control plants died at 2.5 l/ha. Foliar NH4-N concentrations in transgenic plants did not change after treatment. Extremely low temperatures in the third ten-day period of October 2014 revealed differences in freeze tolerance between the lines obtained from Pt of f2 aspen genotypes. Stable expression of the bar gene after overwintering outdoors was confirmed by RT-PCR. On the basis of the tests, four transgenic aspen lines were selected. The bar gene could be used for retransformation of transgenic forest trees expressing valuable traits, such as increased productivity.

Создание растений, устойчивых к гербицидам, является важным направлением в генной инженерии лесных древесных пород. С целью придания устойчивости к гербицидам на основе фосфинотрицина в растения осины обыкновенной (Populus tremula L.) методом агробактериальной трансформации перенесли ген bar, кодирующий фосфинотрицин-ацетилтрансферазу. Трансгенный статус 13 линий, полученных на основе двух элитных генотипов осины, подтвердили с помощью ПЦР. В 2014-2015 гг. оценили устойчивость шести линий к обработке гербицидом Basta в полунатуральных условиях. Трансгенные растения обладали устойчивостью к двукратной полевой дозе гербицида (10 л/га), тогда как контрольные погибли при воздействии 2.5 л/га. Содержание аммонийного азота в растениях с геном bar не изменилось после обработки гербицидом. Аномально низкая температура в третьей декаде октября 2014 г. выявила различия в зимостойкости линий, полученных на основе генотипов Pt или f2. Стабильность экспрессии гена bar после перезимовки в естественных условиях подтверждена методом ОТ-ПЦР. Отобраны четыре трансгенные линии осины, перспективные для проведения полевых испытаний. Ген bar может быть использован для переноса в трансгенные растения лесных пород, проявившие ценные признаки, например повышенную продуктивность.

aspentransgenic plantsbar genephosphinothricinherbicide resistanceген barосинатрансгенные растенияустойчивость к гербицидамфосфинотрицинThis work was financially supported by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (GK No. 14.M04.12.0009 dated 06/27/2014).Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (ГК № 14.М04.12.0009 от 27.06.2014).[1] Baum S., Weih M., Busch G., Kroiher F., Bolte A. // Landbauforschung. 2009, V.59, P.163-170[2] Bubnov A.A. // Proceedings of the Saint Petersburg Forestry Research Institute. (in Russian). 2014, №3, P.36-42[3] Confalonieri M., Belenghi B., Balestrazzi A., Negri S., Facciotto G., Schenone G., Delledonne M. // Plant Cell Rep. 2000, V.19, P.978-982[4] Fillatti J.J., Sellmer J., McCown B., Haissig B., Comai L. // Mol. Gen. Genet. 1987, V.206, P.192-199[5] Brasileiro A.C.M., Tourneur C., Leple J.C., Combes V., Jouanin L. // Transgenic Res. 1992, V.1, P.133-141[6] Meilan R., Han K.H., Ma C., DiFazio S.P., Eaton J.A., Hoien E.A., Stanton B.J., Crockett R.P., Taylor M.L., James R.R. // Can. J. For. Res. 2002, V.32, P.967-976[7] Miflin B.J., Lea P.J. // Annu. Rev. Plant Physiol. 1977, V.28, P.299-329[8] Tachibana K., Watanabe T., Sekizawa Y., Takematsu T. // J. Pestic. Sci. 1986, V.11, P.33-37[9] De Block M., Botterman J., Vandewiele M., Dockx J., Thoen C., Gossel V., Movva N.R., Thompson C., van Montagu M., Leemans J. // EMBO J. 1987, V.6, P.2513-2518[10] De Block M. // Plant Physiol. 1990, V.93, P.1110-1116[11] Harcourt R.L., Kyozuka J., Floyd R.B., Bateman K.S., Tanaka H., Decroocq V., Llewellyn D.J., Zhu X., Peacock W.J., Dennis E.S. // Mol. Breed. 2000, V.6, P.307-315[12] González E., Gugliermoni C., Galvão M., Fagundes M., Ferreira M., Almeida G., Alves H., Gonsalves J., Silva F., Bentivenha S. // BMC Proc. 2011, V.5, S7, P.135[13] Alvarez R., Alvarez J.M., Humara J.M., Revilla A., Ordas R.J. // Biotechnol. Lett. 2009, V.31, P.1477-1483[14] Bishop-Hurley S.L., Zabkiewicz R.J., Grace L., Gardner R.C., Wagner A., Walter C. // Plant Cell Rep. 2001, V.20, P.235-243[15] Parasharami V.A., Naik V.B., von Arnold S., Nadgauda R.S., Clapham D.H. // Plant Cell Rep. 2006, V.24, P.708-714[16] Zhigunov A.V., Shabunin D.A., Butenko O.Yu. // Vestnik of Volga State University of Technology. Series “Forest. Ecology. Nature Management.”. (in Russian). 2014, №4, P.21-30[17] Lloyd G., McCown B. // Proc. Int. Plant Prop. Soc. 1981, V.30, P.421-427[18] Padegimas L., Shulga O.A., Skryabin K.G. // Molecular Biology. (in Russian). 2004, V.28, №294, P.297[19] Lebedev V.G., Schestibratov K.A., Shadrina T.E., Bulatova I.V., Abramochkin D.G., Miroshnikov A.I. // Russian Journal of Genetics. (in Russian). 2010, V.46, P.1282-1289[20] Rogers S.O., Bendich A.J. // Plant Mol. Biol. Manual. Kluwer Acad. P.1-8[21] De Block M., De Brouwer D., Tenning P. // Plant Physiol. 1989, V.91, P.694-701[22] Weatherburn M. // Anal. Chem. 1967, V.39, P.971-974[23] Chang S., Puryear J., Cairney J.A. // Plant Mol. Biol. Rep. 1993, V.11, P.113-116[24] // Nat. Biotechnol. 2015, V.33, doi: 10.1038/nbt0615- 577c, P.577[25] Green J.M., Micheal D.K. // J. Agric. Food Chem. 2011, V.59, P.5819-5829[26] Bagaev S.N., Bagaev E.S. // Forestry. (in Russian). 1990, №4, P.45-48[27] Avila-Garcia W.V., Carol Mallory-Smith C. // Weed Sci. 2011, V.59, P.305-309[28] Asano Y., Ito Y., Fukami M., Sugiura K., Fujiie A. // Plant Cell Rep. 1998, V.17, P.963-967[29] Pornprom T., Chompoo J., Grace B. // Weed Biol. Management. 2003, V.3, P.41-45[30] Evstigneeva Z.G., Solov’eva N.A., Sidel’nikova L.I. // Applied Biochemistry and Microbiology. (in Russian). 2003, V.39, P.539-543[31] Petrović A., Yoshida Y., Ohmori T. // J. Hort. Sci. Biotech. 2009, V.84, P.181-186[32] Nolte S.A., Young B.G., Mungur R., Lightfoot D.A. // Weed Res. 2004, V.44, P.335-339[33] // Hydrometeorological Centre of Russia, 03.11.2014 2014, url http://meteoinfo.ru/news/1-2009-10-01-09-03-06/10052- 03112014-2014-[34] Li J., Brunner A.M., Meilan R., Strauss S.H. // Tree Physiol. 2009, V.29, P.299-312[35] Li J., Meilan R., Ma C., Barish M., Strauss S.H. // West J. Appl. For. 2008, V.23, P.89-93[36] Lebedev V.G., Dolgov S.V. // Acta Hort. 2008, V.800, P.373-382[37] Lebedev V.G., Skryabin K.G., Dolgov S.V. // Acta Hort. 2002, V.596, P.193-197[38] Gulledge E., Judy C., Cunningham M. // AAIC 25th Anniversary Meeting, October 12-16, 2013, Washington, USA. url http://www.se-ibss.org/publications-and-patents/[39] Zhang C., Norris-Caneda K.H., Rottmann W.H., Gulledge J.E., Chang S., Kwan B.Y., Thomas A.M., Mandel L.C., Kothera R.T., Victor A.D. // Plant Physiol. 2012, V.159, P.1319-1334[40] Shestibratov K., Lebedev V., Podrezov A., Salmova M. // BMC Proc. 2011, V.5, S7, P.124