doi: 10.15389/agrobiology.2022.3.518rus
УДК 635.64:579.254.2:581.143.6
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания № 0431-2022-0003.
ТРАНСГЕННЫЕ РАСТЕНИЯ ТОМАТА (Solanum lycopersicum L.): ПРЯМЫЕ МЕТОДЫ ВВЕДЕНИЯ ГЕНОВ И ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТРАНСФОРМАЦИИ (обзор)
И.М. МИХЕЛЬ1, М.Р. ХАЛИЛУЕВ1, 2 ✉
Томат (Solanum lycopersicum L.) — важнейшая продовольственная культура, которая также находит широкое применение в качестве модельного объекта в различных молекулярно-генетических исследованиях, затрагивающих вопросы вегетативного развития и репродуктивной биологии, механизмов устойчивости растений к абиотическим и биотическим стрессам, ассоциативного симбиоза с микроорганизмами и многие другие, имеющие как фундаментальное, так и прикладное значение. Получение трансгенных растений томата, экспрессирующих чужеродные гетерологичные гены, а также растений с индуцированным сайленсингом или нокаутом собственных генов, — важная составляющая исследований в современной физиологии растений. Существует два принципиально отличающихся друг от друга подхода для введения чужеродной ДНК в геном томата. Первый (метод агробактериальной, или Agrobacterim-опосредованной, трансформации) основан на естественном механизме заражения растений бактериальным патогеном рода Agrobacterim (A. tumefaciens или A. rhizogenes) и опосредованном им переносе чужеродной ДНК в растительный геном. Второй подход основан на непосредственной доставке чужеродной ДНК в растительную клетку сквозь плазмалемму с помощью химических веществ (Ca2+, полиэтиленгликоль — ПЭГ) или физических воздействий (электрический импульс или повышенное давление) (так называемые прямые методы генетической трансформации томата). При этом трансгенные растения томата можно получать как классическим способом с использованием метода культуры изолированных органов и тканей in vitro, так и без него (трансформация in planta). В представленном обзоре рассмотрены классические методы прямого введения чужеродной ДНК в геном томата (химически опосредованная трансфекция, электропорация протопластов, микроинъекция, биобаллистическая трансформация), а также методы трансформации томата in planta (метод пыльцевых трубок или pollen-tube pathway, электропорация зародышей зрелых семян) и проведен подробный анализ физических, генетических и физиологических факторов, влияющих на эффективность трансформации (ЭТ). Обсуждаются особенности получения растений томата как с транзиентной экспрессией трансгена, так и со стабильно наследуемой вставкой в ядерный или пластидный геном. Отдельно рассмотрено применение прямых методов генетической трансформации для доставки различных систем геномного редактирования (ZFNs, TALEN, CRISPR/Cas, редакторов оснований, prime editing), получивших широкое распространение в последние 5 лет.
Ключевые слова: Solanum lycopersicum L., электропорация, ПЭГ-опосредованная трансформация, микроинъекция, биобаллистическая трансформация, трансформация in planta, геномное редактирование.
I.M. Mikhel1, M.R. Khaliluev1, 2 ✉
Tomato (Solanum lycopersicum L.) is the most important food crop which is also widely used as a model plant in molecular genetic investigations of vegetative development and reproductive biology, plant resistance to abiotic and biotic stresses, plant-microbe association and symbiosis, etc., that have both basic and applied value. The production of transgenic tomato plants expressing foreign heterologous genes, as well as with induced silencing or knockout of their own genes, is an important part of modern plant physiology. There are two radically different approaches to introducing foreign DNA into the tomato genome. The first method is based on the natural mechanism of infection with plant-associated bacterial pathogen Agrobacterium sp. (A. tumefaciens. or A. rhizogenes), followed by T-DNA transfer and insertion into the plant genome (Agrobacterim-mediated transformation). The second approach is based on the direct introducing of foreign DNA into the plant cells through the plasma membrane by chemical (Ca2+, polyethylene glycol, PEG) or physical exposure (electrical impulse or excessive pressure) (direct methods of tomato genetic transformation). Transgenic tomato plants can be produced both by the classical tissue culture-based transformation procedure and in planta transformation. This review article discusses classical direct methods for introducing foreign DNA into the tomato genome (chemical-mediated transfection, protoplast electroporation, microinjection, biolistic transformation), and in planta transformation methods (pollen-tube pathway, electroporation of mature seed embryo). The review considers features of producing tomato plants both with transient transgene expression and stably inherited insertion into the nuclear or plastid genomes are considered. In addition, the factors affecting the efficiency of transformation are analyzed in detail. A separate section is devoted to the direct tomato genetic transformation methods for delivering various genome editing tools (ZFNs, TALEN, CRISPR/Cas, base editing, prime editing) that have become widespread in the past five years.
Keywords: Solanum lycopersicum L., electroporation, PEG-mediated transformation, microinjection, biolistic transformation, transformation in planta, genome editing.
1ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной |
Поступила в редакцию |
