Конформация моделей белков при мутациях в генах, ассоциированных с гаплоиндукцией и эмбриогенезом кукурузы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В статье приведен анализ изменения вторичной, третичной структуры и конформации моделей белков, влияющих на гиногенез и эмбриогенез у кукурузы (Zea mays L.), при спонтанных мутациях в нуклеотидных последовательностях кодирующих их генов. В частности, установлено, что вставка четырех нуклеотидов в последовательность гена Zm_Mtl/Nld/Pla1 у гаплоиндуцирующих линий кукурузы (Stock 6, ЗМС-8, ЗМС-П) приводит к замене двух α-спиралей белка неструктурированным участком и изменению аминокислотного состава одной из β-складок. Показано, что однонуклеотидная замена в положении 131 от стартового кодона гена Zm_Dmp7/Duf679 у гаплоиндуцирующей линии кукурузы CAU5 приводит к изменению конформации белка DMP8/DUF679, в частности к изменению положения α-спирали, в отличие от гаплоиндуцирующей линии ЗМС-8, имеющей аналогичную и две дополнительные аминокислотные замены в белке DMP8/DUF679. Однонуклеотидные замены в генах Zm_Bbm1 партеногенетической линии (АТ-4), Zm_CenH3 гаплоиндуцирующих (ЗМС-8, ЗМС-П) и контрольной (КМ) линий кукурузы не приводят к изменению аминокислот соответствующих белков.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Фадеев

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Саратовского научного центра Российской академии наук

Email: chumakov_m@ibppm.ru
Россия, Саратов, 410049

Ю. В. Фадеева

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Саратовского научного центра Российской академии наук

Email: chumakov_m@ibppm.ru
Россия, Саратов, 410049

Е. М. Моисеева

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Саратовского научного центра Российской академии наук

Email: chumakov_m@ibppm.ru
Россия, Саратов, 410049

М. И. Чумаков

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Саратовского научного центра Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: chumakov_m@ibppm.ru
Россия, Саратов, 410049

Список литературы

  1. Навашин С.Г. Избранные труды. Т. 1. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1951. 364 с.
  2. Chase S.S. Monoploid frequencies in a commercial double cross hybrid maize, and its component single cross hybrids and inbred lines // Genetics. 1949. V. 34. P. 328–332.
  3. Coe E.H. A line of maize with high haploid frequency // Am. Naturalist. 1959. V. 59. P. 381–382.
  4. Чумаков М.И., Мазилов С.И. Генетический контроль гиногенеза у кукурузы (обзор) // Генетика. 2022. Т. 58. № 4. C. 388–397. https://doi.org/10.31857/S001667582204004X
  5. Kelliher T., Starr D., Richbourg L. et al. MATRILINEAL, a sperm-specific phospholipase, triggers maize haploid induction // Nature. 2017. V. 542. P. 105–109. https://doi.org/10.1038/nature20827
  6. Gilles L.M., Khaled A., Laffaire J.B. et al. Loss of pollen-specific phospholipase NOT LIKE DAD triggers gynogenesis in maize // EMBO J. 2017. V. 36. P. 707–717. https://doi.org/10.15252/embj.201796603
  7. Liu C., Li X., Meng D. et al. A 4-bp insertion at ZmPLA1 encoding a putative phospholipase A generates haploid induction in maize // Mol. Plant. 2017. V. 10. P. 520–522. https://doi.org/10.1016/j.molp.2017.01.011
  8. Gilles L.M., Calhau A.R.M., La Padula V. et al. Lipid anchoring and electrostatic interactions target NOT-LIKE-DAD to pollen endo-plasma membrane // J. Cell Biol. 2021. V. 220. https://doi.org/10.1083/jcb.202010077
  9. Takahashi T., Mori T., Ueda K. et al. The male gamete membrane protein DMP9/DAU2 is required for double fertilization in flowering plants // Development. 2018. V. 45. Iss. 23. https://doi.org/10.1242/dev.170076
  10. Zhong Y., Liu C., Qi X. et al. Mutation of ZmDMP enhances haploid induction in maize // Nature Plants. 2019. V. 5. P. 575–580. https://doi.org/10.1038/s41477-019-0443-7
  11. Burrack L.S., Berman J. Flexibility of centromere and kinetochore structures // Trends in Genetics. 2012. V. 28. № 5. P. 204–212. https://doi.org/10.1016/j.tig.2012.02.003
  12. Hoopes G.M., Hamilton J.P., Wood J.C. et al. An updated gene atlas for maize reveals organ-specific and stress-induced genes // The Plant Journal. 2019. V. 97. № 6. P. 1154–1167. https://doi.org/10.1111/tpj.14184
  13. Stelpflug S.C., Sekhon R.S., Vaillancourt B. et al. An expanded maize gene expression atlas based on RNA sequencing and its use to explore root development // The Plant Genome. 2016. V.9 (1). P. 1–16. https://doi.org/10.3835/plantgenome2015.04.0025
  14. Chalyk S.T., Baumann A., Daniel G., Eder J. Aneuploidy as a possible cause of haploid-induction in maize // Maize Genetics Coop. Newsletter. 2003. V. 77. P. 29–30.
  15. Karimi-Ashtiyani R., Ishii T., Niessen M. et al. Point mutation impairs centromeric CENH3 loading and induces haploid plants // Proc. Nat Acad. Sci. USA. 2015. V. 112. № 36. P. 11211–11216. https://doi.org/10.1073/pnas.150433311
  16. Wang S., Jin W., Wang K. Centromere histone H3- and phospholipase-mediated haploid induction in plants // Plant Methods. 2019. V. 15. № 1. P. 1–10. https://doi.org/10.1186/s13007-019-0429-5
  17. Zhang Z., Qiu F., Liu Y. et al. Chromosome elimination and in vivo haploid production induced by Stock 6 – derived inducer line in maize (Zea mays L.) // Plant Cell Reports. 2008. V. 27. № 12. P. 1851–1860. https://doi.org/10.1007/s00299-008-0601-2
  18. Qiu F., Liang Y., Li Y. et al. Morphological, cellular and molecular evidences of chromosome random elimination in vivo upon haploid induction in maize // Current Plant Biology. 2014. V. 1. P. 83–90. https://doi.org/10.1016/j.cpb.2014.04.001
  19. Kelliher T., Starr D., Wang W. et al. Maternal haploids are preferentially induced by CENH3-tailswap transgenic complementation in maize // Frontiers in Plant Sci. 2016. V. 7. P. 414. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00414
  20. Heidmann I., De Lange B., Lambalk J. et al. Efficient sweet pepper transformation mediated by the BABY BOOM transcription factor // Plant Cell Rep. 2011. V. 30. P. 1107–1115. https://doi.org/10.1007/s00299-011-1018-x
  21. Florez S.L., Erwin R.L., Maximova S.N. et al. Enhanced somatic embryogenesis in Theobroma cacao using the homologous BABY BOOM transcription factor // BMC Plant Biol. 2015. V. 15. P. 121. https://doi.org/10.1186/s12870-015-0479-4
  22. Conner J.A., Mookkan M., Huo H. et al. A parthenogenesis gene of apomict origin elicits embryo formation from unfertilized eggs in a sexual plant // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2015. V. 112. № 36. P. 11205–11210. https://doi.org/10.1073/pnas.1505856112
  23. Conner J.A., Podio M., Ozias-Akins P. Haploid embryo production in rice and maize induced by PsASGR-BBML transgenes // Plant Reprod. 2017. V. 30 (1). P. 41–52. https://doi.org/10.1007/s00497-017-0298-x
  24. Moiseeva E.M., Fadeev V.V., Fadeeva Yu.V. et al. Comparative analysis of maize gynogenesis gene mutation // Russ. J. Genet. 2024. V. 60 (10). P. 1333–1340. https://doi.org/10.1134/S102279542470087X
  25. Jiang C., Sun J., Li R. et al. A reactive oxygen species burst causes haploid induction in maize // Molecular Plant. 2022. V. 15 (6). P. 943–955. https://doi.org/10.1016/j.molp.2022.04.001
  26. Xu X., Li L., Dong X. et al. Gametophytic and zygotic selection leads to segregation distortion through in vivo induction of a maternal haploid in maize // J. Exp. Bot. 2013. V. 64. P. 1083–1096. https://doi.org/10.1093/jxb/ers393
  27. Еналеева Н.Х., Тырнов В.С., Селиванова Л.П., Завалишина А.Н. Одинарное оплодотворение и проблема гаплоиндукции у кукурузы // Докл. АН СССР. 1997. Т. 353. С. 405–407.
  28. Гуторова О.В., Апанасова Н.В., Юдакова О.И. Создание генетически маркированных линий кукурузы с наследуемым и индуцированным типами партеногенеза // Изв. Самарского науч. центра РАН. 2016. Т. 18. № 2. С. 341–344.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Множественное выравнивание фрагмента аминокислотной последовательности белка Zm_MTL/NLD/PLA1 гаплоиндуцирующих линий Stock 6/ЗМС-8/ЗМС-П. Место изменения аминокислотной последовательности отмечено рамкой. Точками на рисунке отмечены аминокислотные совпадения, прочерками – отсутствие аминокислот.

Скачать (86KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Трехмерная модель белка Zm_PLA1 линий B73 (а) и Stock 6/ЗМС-8/ЗМС-П (б) (AlphaFold3). β-складка и две α-спирали линии B73, выделенные зеленым цветом, в результате четырехнуклеотидной вставки заменены неструктурированным участком и измененной по аминокислотному составу β-складкой, отмеченными красным цветом.

Скачать (247KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Множественное выравнивание аминокислотной последовательности белков DMP8/DUF679 линий B73, CAU5, ЗМС-П и ЗМС-8. Замены аминокислот выделены жирным шрифтом.

Скачать (379KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Предсказанные AlphaFold3 трехмерные структуры белка DMP8/DUF679, кодируемого геном Zm_Dmp7/Duf679 линий кукурузы B73 (а), CAU5 (б), ЗМС-П (в) и ЗМС-8 (г). Места аминокислотных замен отмечены красным цветом.

Скачать (214KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Фрагменты нуклеотидного выравнивания гена Zm_Bbm1 линий кукурузы B73 и АТ-4, содержащие однонуклеотидные замены. Точками отмечены совпадения нуклеотидов; буквами, выделенными жирным шрифтом, отмечены однонуклеотидные замены.

Скачать (195KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».