Transcriptome analysis of radish (Raphanus sativus L.) genetic tumors

Abstract

Изменения уровней экспрессии генов, участвующих в разных этапах контроля развития растения могут приводить к опухолеобразованию. Для опухолей разного типа уже было показано изменение экспрессии генов регуляторов клеточного цикла, меристем-специфичных генов, а также генов, контролирующих передачу сигнала фитогормонов. Несмотря на уже имеющиеся данные о генах, вносящих большой вклад в опухолеобразование растений, механизмы образования генетических опухолей редиса до конца не ясны и нуждаются в дальнейшем изучении с помощью методов транскриптомики и биоинформатики. Поэтому в данной работе нами был проведен анализ транскриптомов нормальной и опухолевой тканей корня редиса Raphanus sativus L. В результате нами были выявлены гены, уровень экспрессии которых отличается у генетических опухолей и нормального корня редиса. Среди этих генов можно выделить следующие группы: компоненты сигнальных путей ауксина (IAA7, TPST1, PIN1, AGL14), цитокинина (ARR4, ARR5, ARR11, LOG1 и др.) регуляторы клеточного цикла (CDKB2;2, CYCB1;3, CYCA1;1, CYCP3;2 и др.), развития меристем (CLE-пептиды (CLE46), ZAT11, JAZ7, WOX4), цветения (AGL17, BRI1), роста клетки растяжением (EXPA1, EXPA4, EXPA6 и др.), ответа на различные типа стресса (STZ, MYC2, WES1, WRKY53). Кроме того, в тканях опухоли активируются метаболические пути, участвующие в делении и росте клеток, и подавляются пути передачи сигнала ауксина и ответа на стресс. Для проверки участия гена RsCLE46 в индукции и регуляции опухолеобразования нами были получены композитные растения редиса линии №28 (не образующей в норме генетических опухолей) с трансформированными корнями, содержащими вектор сверхэкспрессии pK7WG2D RsCLE46. Также нами было проведено сравнение своих данных с результатами анализа транскриптома агробактериальных опухолей. В генетических опухолях, как и в агробактериальных, наблюдалось обогащение метаболических путей, ответственных за организацию клеточной стенки, трансляцию, индукцию боковых корней через ауксиновый сигналинг, а также повышение экспрессии генов-регуляторов ответа на цитокинин и экспансинов, что говорит о сходстве процессов, происходящих при росте агробактериальных и генетических опухолей.

Changes in the expression levels of genes involved in different stages of plant development control can lead to tumor formation. For tumors of different types, changes in the expression of genes of cell cycle regulators, meristem-specific genes, as well as genes controlling the transmission of phytohormones signal have been shown. Despite the available data on genes that make a big contribution to tumor formation in plants, mechanisms of formation of radish genetic tumors are not completely clear and need further study using methods of transcriptomics and bioinformatics. Therefore, in this study we analyzed the transcriptomes of normal and tumor tissues of radish (Raphanus sativus L.) root. We identified genes whose expression level differs in genetic tumors and normal radish root. Among these genes, the following groups can be distinguished: the components of the auxin signaling pathways (IAA7, TPST1, PIN1, AGL14) and cytokinin signaling pathways (ARR4, ARR5, ARR11, LOG1, etc.), regulators of the cell cycle (CDKB2; 2, CYCB1; 3, CYCA1; 1 , CYCP3; 2, etc.), meristem development (CLE-peptides, ZAT11, JAZ7, WOX4), flowering (AGL17, BRI1), cell growth by extension (EXPA1, EXPA4, EXPA6, etc.), response to various types of stress (STZ, MYC2, WES1, WRKY53). In addition, in tumor tissues, metabolic pathways involved in cell division and growth are activated, and the pathways of auxin signal transmission and response to stress are repressed. To analyze possible involvement of RsCLE46, which encodes one of the CLE-peptide hormones, in induction and regulation of tumor formation, we obtained composite radish plants of line 28 (which does not normally form genetic tumors) with transformed roots containing the overexpression vector pK7WG2D RsCLE46. We also compared our data with the results of transcriptome analysis of agrobacterial tumors. We observed that similarly to agrobacterial tumors in genetic tumors pathways responsible for cell wall organization, translation, induction of the lateral roots through auxin signaling, as well as genes-regulators of cytokinin response were upregulated, which suggests a similarity of the processes occurring during growth of agrobacterial and genetic tumors.