Caratterizzazione molecolare e biochimica del riso sviluppata attraverso l'integrazione convenzionale di nDart1

May 16, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8139 (2023) Citare questo articolo

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Le mutazioni, le variazioni genetiche nelle sequenze genomiche, svolgono un ruolo importante nella biologia molecolare e nella biotecnologia. Durante la replicazione o la meiosi del DNA, una delle mutazioni sono i trasposoni o i geni che saltano. Un trasposone indigeno nDart1-0 è stato introdotto con successo nella cultivar indica locale Basmati-370 dalla linea contrassegnata con trasposone, vale a dire GR-7895 (genotipo japonica) attraverso una tecnica di allevamento convenzionale e successivi incroci. Le piante provenienti da popolazioni segreganti mostravano fenotipi variegati e venivano etichettate come mutanti BM-37. L'analisi esplosiva dei dati della sequenza ha rivelato che la proteina legante il GTP, situata sul clone BAC OJ1781_H11 del cromosoma 5, conteneva un'inserzione del trasposone di DNA nDart1-0. nDart1-0 ha "A" nella posizione 254 bp, mentre gli omologhi nDart1 hanno "G", che distingue in modo efficiente nDart1-0 dai suoi omologhi. L'analisi istologica ha rivelato che il cloroplasto delle cellule mesofilla in BM-37 era interrotto con la riduzione delle dimensioni dei granuli di amido e un numero maggiore di plastoglobuli osmofili, con conseguente diminuzione del contenuto di clorofilla e dei carotenoidi, dei parametri di scambio gassoso (Pn, g, E, Ci ) e un ridotto livello di espressione dei geni associati alla biosintesi della clorofilla, alla fotosintesi e allo sviluppo dei cloroplasti. Insieme all'aumento della proteina GTP, i livelli di acido salicilico (SA) e acido gibberellico (GA) e il contenuto di antiossidanti (SOD) e MDA sono aumentati significativamente, mentre le citochinine (CK), l'ascorbato perossidasi (APX) e la catalasi (CAT) , il contenuto di flavanoidi totali (TFC) e il contenuto di fenoli totali (TPC) sono significativamente ridotti nelle piante mutanti BM-37 rispetto alle piante WT. Questi risultati supportano l'idea che le proteine ​​leganti il ​​GTP influenzano il processo alla base della formazione dei cloroplasti. Pertanto, si prevede che per combattere le condizioni di stress biotico o abiotico, il mutante marcato nDart1-0 (BM-37) di Basmati-370 sarebbe utile.

Pianta erbacea annuale semiacquatica monocotiledone, il riso fa parte della famiglia delle Poaceae e appartiene al genere Oryza1. Il genere Oryza comprende 22 taxa selvatici, di cui due specie altamente significative per il consumo umano2. Queste specie sono Oryza sativa L., generalmente noto come riso asiatico, e Oryza glaberrima Steud, popolarmente noto come riso africano. Diverse classificazioni all'interno del genere Oryza includono Oryza officinalis, Oryza ridelyi e Oryza rufipogon. Delle 22 specie selvatiche di Oryza, 15 sono originarie dell'Asia e 7 dell'Africa subsahariana3. Queste specie sono utili nei programmi di selezione interspecifica del riso perché le specie selvatiche di Oryza hanno caratteristiche particolari, tra cui la tolleranza allo stress abiotico e biotico4,5. Oltre la metà degli esseri umani mangiano riso, rendendolo la coltura di cereali più importante6.

Inoltre, la sequenza completa del genoma del riso è stata sequenziata con grande fedeltà ed è stato trovato un numero relativamente elevato di trasposoni, rendendolo un ottimo modello per lo studio dei trasposoni7,8. Un trasposone nDart1-0 (pyl-v) è stato trovato in un riso mutante virescente con foglie variegate giallo chiaro di Taichung-65 (Oryza sativa japonica L.)9. In particolare, i genotipi, contenenti aDart1-27 un elemento di DNA autonomo attivo, portano un gene trasposone, l'elemento nDart1 viene trasferito attivamente in tutto il genoma10. Gli elementi nDart1, che appartengono alla superfamiglia hAT, vengono asportati dalle posizioni cromosomiche inserite e trasposti in altri siti, nonostante abbiano un alto grado di somiglianza di sequenza, nDart1-0 e i componenti non autonomi strettamente comparabili da nDart1-1 a nDart1-12 visualizzare frequenze di trasposizione diverse11. I trasposoni attivi vengono spesso utilizzati per marcare i geni e rivelarne le funzionalità12,13. Un metodo di etichettatura è uno strumento efficace, perché gli elementi nDart1 vengono attivamente trasposti nel genoma e hanno una propensione a integrarsi nelle posizioni genomiche. Gli elementi nDart1, in particolare trasposti in posizioni nel promotore prossimale del genoma, che si trovano 0,5 kb prima dei presunti codoni di iniziazione14. Sono stati inoltre creati metodi basati su iPCR e metodi di visualizzazione del trasposone (TD) per individuare in modo efficiente i siti inseriti di nDart1 nel genoma15,16.