การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างรากของข้าวดัดแปลงพันธุกรรมที่มีการแสดงออกของยีน OsHsp ขนาดเล็กเพิ่มขึ้น (Alteration of the root architecture of transgenic rice overexpressing small OsHsp gene)
Keywords:
โปรตีนตอบสนองต่ออุณหภูมิสูงขนาดเล็ก (small heat shock proteins), ข้าว (rice), การถ่ายยีน (transformation), อะโกรแบคทีเรียม (Agrobacterium), ราก (root)Abstract
โปรตีนตอบสนองต่ออุณหภูมิสูงขนาดเล็ก (small heat shock proteins; sHSPs) ทำให้พืชตอบสนองต่อสภาวะเครียด และพบที่ระยะเจริญต่างๆ ของพืช โดยยีน sHsps-class I ในข้าวมีการแสดงออกมากขึ้นในสภาวะอุณหภูมิที่สูงขึ้น ในงานวิจัยนี้จึงถ่ายยีนโปรตีน sHSP class I (OsHsp18) จากข้าวพันธุ์ปทุมธานี 1 เข้าสู่ข้าวพันธุ์ไทชุง 65 ด้วยเชื้ออะโกรแบคทีเรียมเพื่อศึกษาหน้าที่ของยีน ผล GUS assay พบว่าต้นข้าวดัดแปลงพันธุกรรมรุ่น T1 น่าจะมีการแทรกของชุดยีนในจีโนมของข้าว 1 ตำแหน่ง จากการสืบค้นฐานข้อมูล RiceXPro แสดงให้เห็นว่ายีน OsHsp18 น่าจะมีหน้าที่สำคัญในการพัฒนาและการเจริญของรากข้าว และจากการศึกษาลักษณะสัณฐานวิทยาของรากจากข้าว T1 ที่มีการแสดงออกของยีน OsHsp18 เปรียบเทียบกับข้าวไทชุง 65 พบว่าในระยะต้นกล้าข้าวดัดแปลงพันธุกรรมมีรากแขนงและขนรากน้อยกว่า ในระยะแตกกอรากจะมีความยาวและความหนาของรากมากกว่า และมีระบบรากยาวเหมือนข้าวไร่ ดังนั้นข้าวดัดแปลงพันธุกรรมที่ได้นี้น่าจะมีความสามารถในการทนต่อความร้อนและความแล้ง
Abstract
Small heat shock proteins (sHSPs) in plants are produced more in response to abiotic stress and are found at certain developmental stages. Expression of rice small Hsps class I is increased by temperature elevation. In this study, small Hsp class I gene (OsHsp18) from Pathum Thani 1 rice was cloned and transferred into japonica rice cv. Taichung 65 by Agrobacterium to study gene function. GUS assay showed that the ratio of GUS positive T1 plants: GUS negative T1 plants was 3:1 indicating a single integration site in T1 transgenic plants. Analysis using RiceXPro database also indicated that the OsHsp18 gene may have an important role in root growth and development in rice. Root morphology of T1 plants exhibited fewer lateral roots and less root hair at seedling stage, and longer roots at tillering stage compared with Taichung 65. Moreover, root architecture of transgenic rice was similar to upland rice root. Therefore, this transgenic rice may have heat- and drought- tolerant properties.
References
Chen, X., Lin S, Liu Q, Huang J, Zhang W, Lin J, Wang Y, Ke Y, He H (2014) Expression and interaction of small heat shock proteins (sHsps) in rice in response to heat stress. Biochim Biophys Acta 1844: 818–828.
Guan JC, Jinn TL, Yeh CH, Feng SP, Chen YM, Lin CY (2004) Characterization of the genomic structures and selective expression profiles of nine class I small heat shock protein genes clustered on two chromosomes in rice (Oryza sativa L.). Plant Mol Biol 56: 795–809.
Hu W, Hu G, Han B (2009) Genome-wide survey and expression profiling of heat shock proteins and heat shock factors revealed overlapped and stress specific response under abiotic stresses in rice. Plant Science 176: 583–590.
JungJKH,McCouch SR (2013) Getting to the roots of it: Genetic and hormonal control of root architecture. Front Plant Sci 4:1–36.
Liu AL, Zou J, Liu CF, Zhou XY, Zhang XW, Luo GY, Chen XB (2013) BMB Reports: Over-expression of OsHsfA7 enhanced salt and drought tolerance in transgenic rice. BMB Rep 46: 31–36.
Murakami T, Matsuba S, Funatsuki H, Kawaguchi K, Saruyama H, Tanida M, Sato Y (2004) Over-expression of a small heat shock protein, sHSP17.7, confers both heat tolerance and UV-B resistance to rice plants. Mol Breed 13: 165–175.
Sakulsingharoj C, Sukkasem R, Pongjaroenkit S, Chowpongpang S, Sangtong V (2014) Overexpression of OSB2 gene in transgenic rice up-regulated expression of structural genes in anthocyanin biosynthesis pathway. Thai J Genet 7:172–183.
Sarkar N, Kim Y-K, Grover A (2009) Rice sHsp genes: genomic organization and expression
profiling under stress and development. BMC Genomics 10: 393.
Sato Y, Yokoya S (2008) Enhanced tolerance to drought stress in transgenic rice plants overexpressing a small heat-shock protein, sHSP17.7. Plant Cell Rep 27: 329–334.
Sato Y, Takehisa H, Kamatsuki K, Minami H, Namiki N, Ikawa H, Ohyanagi H, Sugimoto K, Antonio BA, Nagamura Y (2013) RiceXPro Version 3.0: expanding the informatics resource for rice transcriptome. Nucleic Acids Res 41: D1206–D1213.
Sun W, Van Montagu M, Verbruggen N (2002) Small heat shock proteins and stress tolerance in plants. Biochim Biophys Acta 1577: 1–9.
Toki S (1997) Rapid and efficient Agrobacterium-mediated transformation in rice. Plant Mol Biol Report 15: 16–21.
