No abstract

No abstract

No abstract

The article reviews the latest studies showing the diversity of genetic mechanisms and gene families underlying the increased cold and frost tolerance of tea and other plant species. It has been shown that cell responses to chilling (0…+15°C) and freezing (< 0°C) are not the same and gene expression under cold stress is genotype-specific. In recent decades, progress has been made in understanding the genetic mechanisms underlying the cold response of plants – ICE1 (inducer of CBF expression 1), CBF (C-repeat-binding factor), COR (cold-regulated genes) pathways and signaling have been discovered. The ICE, CBF and DHN gene groups play a key role in the cold acclimation of the tea plant. The accumulation of CBF transcripts occurs after 15 min of chilling induction, and longer cold stress leads to accumulation of CBF transcripts. It is shown that the transcripts of the CsDHN1, CsDHN2 and CsDHN3 genes accumulate at a higher level in resistant genotypes of tea in comparison with susceptible cultivars during freezing. CBF-independent pathways include genes involved in metabolism and transcription factors such as HSFC1, ZAT12, CZF1, PLD (phospholipase D), WRKY, HD-Zip, CsLEA, LOX, NAC, HSP, which are widely distributed in plants and are involved in the basic mechanisms of tea resistance to cold and frost. The most recent studies show an important role of miRNA in the mechanisms of response to chilling and freezing in tea. The data obtained on different plant species may correlate with the mechanisms of frost tolerance of tea and are the basis for future studies of the signaling pathways of response to cold in the tea plant. The results of the research emphasize the need to further explore the ways in which various genes regulate the tolerance of tea to cold stress to find the molecular markers of frost tolerance.

Л.С. САМАРИНА, А.В. РЫНДИН, Л.С. МАЛЮКОВА, М.В. ГВАСАЛИЯ, В.И. МАЛЯРОВСКАЯ Основной лимитирующий фактор выращивания чайного растения -засуха. Она снижает продуктивность плантаций на 15-45 % (R.M. Bhagat с соавт., 2010; R.D. Baruah с соавт., 2012) и может приводить к гибели растений (E.K. Cheruiyot с соавт., 2009). Этим обусловлен интерес исследователей к физиолого-биохимическим (M. Mukhopadhyay с соавт., 2014; T.K. Maritim с соавт., 2015) и молекулярным (W.D. Wang с соавт., 2016; Y. Guo с соавт., 2017) механизмам устойчивости растений чая к засухе. Целью настоящего обзора стало обобщение международного опыта фенотипирования и генотипирования чайного растения по признаку устойчивости к стресс-фактору для составления целостной картины реакции растения на осмотический стресс и понимания воспроизводимости механизмов ответа в разных климатических зонах. Основную сигнальную роль в этих процессах играют абсцизовая, жасмоновая и салициловая кислоты, а также этилен (S.C. Liu с соавт., 2016), метаболический путь которых включает каскады физиологических реакций и генов ответа (T. Umezawa с соавт., 2010). В период засухи у чайного растения повышается экспрессия генов, кодирующих ферменты биосинтеза цитокининов (трансзеатин и цис-зеатин и изопентиниладенин), а при восстановлении растений после стресса экспрессия снижается. Предполагается, что повышение содержания цитокининов может частично смягчать негативное влияние стресса на фотосинтетическую активность и замедлять ускоренное старение листьев. К важным адаптивным реакциям растений на этот стресс относится повышение концентрации пролина, глицин-бетаина, маннита и других осмолитов, которые нейтрализуют активные формы кислорода, защищают макромолекулы от повреждения свободными радикалами и поддерживают осмотический потенциал клетки (W.D. Wang с соавт., 2016). В условиях засухи у чая происходит расщепление крахмала до глюкозы, повышение синтеза маннита, трегалозы, сахарозы. Накопление активных форм кислорода напрямую коррелирует с аккумуляцией глюкозы. Показано, что в формирование устойчивости к осмотическому стрессу вовлечено множество генов, участвующих в метаболизме и сигналинге фитогормонов, осмолитов, антиоксидантов и углеводов (S. Gupta с соавт., 2013; Y. Guo с соавт., 2017). Проанализировано несколько семейств транскрипционных факторов, которые участвуют в регуляции ответа на засуху у чая. В семействе bHLH обнаружено 39 генов CsbHLH, экспрессия которых повышалась в условиях засухи (X. Cui с соавт., 2018). Гены CsNAC17 и CsNAC30 из семейства NAC могут быть использованы в селекции на засухоустойчивость чая (Y.-X. Wang с соавт., 2016). Ген CsWRKY2 из семейства WRKY действует как активатор или репрессор абсцизовой кислоты (АБК). В семействе генов DREB известно 29 CsDREB, которые повышают устойчивость чая к засухе через АБК-зависимый и АБК-независимый путь (M. Wang с соавт., 2017). Из семейства HD-Zip у чая выявлены гены Cshdz, которые по функциям разделяются на четыре группы; наибольшую роль в ответе на засуху играют HD-Zip I и HD-Zip IV (W. Shen с соавт., 2018). Из семейст...