Повышенная экспрессия фитохелатин-синтазы в табаке: модификация генов изменяют воздействие микроэлементов на растение

Фитохелатины, полипептиды, связывающие тяжелые металлы, синтезируются фитохелатин-синтазой (PCS) (EC 2.3.2.15). Результатом предыдущих исследований на растениях с повышенной экспрессией PCS-гена было получение контрастных фенотипов: от повышенной устойчивости к кадмию и его накоплению до сверхчувствительности к этому металлу. В данном исследовании проводилось сравнение эффектов повышенной экспрессии AtPCS1 и CePCS-генов в табаке (Nicotiana tabacum var. Xanthi). Было продемонстрировано, как внедрение одиночных гомологичных генов в разной степени воздействует на метаболические пути, что ведет к эффекту, противоположному от желаемого. В противоположность к WT и CePCS-ГМ экземплярам, растения с повышенной экспрессией AtPCS1 были Cd-гиперчувствительными, хотя не было существенных различий в аккумуляции кадмия между изучаемыми линиями. Растения, подвергнутые воздействию Cd (5 и 25 мкM CdCl2), различались, однако, по концентрации небелковых тиолов (NPT). Кроме того, aктивность PCS в AtPCS1-ГМ–растениях была почти в 5 раз выше, чем в CePCS и WT-экземплярах. Растения, экспрессирующие AtPCS1, обнаруживали высокое накопление гамма-глютамилцистеина и, соответственно, сильное уменьшение глютатиона. В противоположность этому, в CePCS-экземплярах отмечалось только небольшое изменение уровня глютатиона и менее выраженное изменение в концентрации γ-глютамилцистеина. Повышенная экспрессия AtPCS1 and CePCS приводила только к умеренному и временному подъему уровня фитохелатина. Заметные изменения в составе NPT в случае AtPCS1-экспрессии вызывали умеренное уменьшение способности детоксикации Cd, что отражается более низким отношением SH:Cd, а также повышение окислительного стресса (оцениваемого по DAB-окрашиванию), что, возможно, объясняет увеличение Cd-чувствительности. Полученные данные показывают, что такие разные ответы на кадмий в растениях с повышенной экспрессией PCS-генов могут быть результатом видозависимых различий в активности фитохелатин-синтазы, обусловленных внедрением трансгенов.

23610