Профили экспрессии генов в ходе развития каллуса при культивировании тканей двух видов эвкалипта

Введение: Эвкалипт — разнообразный род семейства Миртовые, широко культивируемый во всём мире для получения древесины и целлюлозы. Каллус, индуцированный в культуре тканей, стал распространённым инструментом селекции эвкалипта, однако сведения о генах, связанных с созреванием каллуса и регенерацией побегов, пока ограничены.

Результаты: Мы провели эксперимент, чтобы проследить индукцию и развитие каллуса у двух видов эвкалипта: E. camaldulensis с высоким эмбриогенным потенциалом и гибрида E. grandis × urophylla с низким эмбриогенным потенциалом. Затем секвенировали транскриптом первичного и зрелого каллуса, каллуса на стадии регенерации побегов и стареющего каллуса. В процессе созревания каллуса у двух видов эвкалипта выявили 707 генов с повышенной и 694 гена с пониженной экспрессией; большинство из них было связано с сигнальными путями фитогормонов и MAPK. Далее мы выявили 135 и 142 гена, которые могут играть важную роль в развитии каллуса у E. camaldulensis и E. grandis × urophylla соответственно. Кроме того, у обоих видов обнаружили 15 общих дифференциально экспрессируемых генов, в том числе Eucgr.D00640 (специфичный для стебля белок TSJT1), Eucgr.B00171 (белок 1, содержащий домены BTB/POZ и TAZ), Eucgr.C00948 (цинк-пальцевый белок 20 с доменом CCCH), Eucgr.K01667 (актин-связывающий белок 3, связанный с закрытием устьиц), Eucgr.C00663 (глутаредоксин C10) и Eucgr.C00419 (белок UPF0481 At3g47200). Примечательно, что динамика экспрессии этих генов имела N-образную форму. Также мы выявили 51 ген, экспрессия которого изменялась в ходе развития каллуса у E. camaldulensis, но не у E. grandis × urophylla. К таким генам относятся Eucgr.B02127 (фактор 1, взаимодействующий с GRF1), Eucgr.C00947 (фактор транскрипции MYB36), Eucgr.B02752 (лакказа 7), Eucgr.B03985 (фактор транскрипции MYB108), Eucgr.D00536 (эстераза/липаза GDSL At5g45920) и Eucgr.B02347 (белок 34 семейства SCARECROW-LIKE). Эти 51 ген могут быть связаны с высокой способностью эвкалипта к размножению; 22 из них могли индуцироваться после дедифференцировки. Наконец, для выявления коэкспрессируемых генов в ходе развития каллуса эвкалипта мы провели взвешенный анализ сетей коэкспрессии генов (WGCNA), а для проверки профилей экспрессии генов — количественную ПЦР с обратной транскрипцией (qRT-PCR).

Выводы: Впервые выполнено комплексное исследование профилей экспрессии генов в ходе развития каллуса эвкалипта. Полученные результаты помогут лучше понять регуляцию генов и молекулярные механизмы созревания каллуса и регенерации побегов.