Inducible expression of the gene of Zinnia elegans coding for extracellular ribonuclease in Nicotiana tabacum plants

Abstract

The gene of Zinnia elegans L. coding for S-like extracellular ribonuclease (ZRNase II) was used to produce transgenic tobacco plants with an increased ribonuclease activity. The protein-coding part of ZRNase II included the signal peptide sequence so the transgenic protein was located extracellularly. The cDNA of ZRNase II was cloned under the control of 2'-promoter of the mannopine synthase (MAS 2') gene from Ti-plasmid of Agrobacterium tumefaciens. It was shown that the resultant transgenic plants had an increased ribonuclease activity of the crude extracts and the induction of MAS 2' promoter by wounding additionally increased the activity. The plants of two transforming lines characterized by different ribonuclease activities were used to analyze the transgene influence on plant resistance to tobacco mosaic virus. The plants demonstrated either absence of disease symptoms or a significant delay in their appearance, depending on the virus content in the inoculum and ribonuclease activity.

Expression of an extracellular ribonuclease gene increases resistance to Cucumber mosaic virus in tobacco

“…For example, genetic markers associated with increased levels of apoplast ribonuclease activity can be used for marker-oriented breeding targeting high resistance to viruses and fungi [37, 43]. Transgenes encoding either plant or heterologous extracellular RNases can be used for prospective GM-crop production ([12, 44], this paper]. It seems likely that an apoplastic “ribonuclease barrier” provides an aggressive environment for viruses with respect to penetration and strengthens non-specific resistance mechanisms.…”

Transgenic plants as genetic models for studying functions of plant genes

“…Было выдвинуто предполо-жение о возможной роли РНКаз апопласта в устойчивости к вирусам (подавляющее большинство вирусов растений содержат РНК-геномы, которые могут разрушаться рибо-нуклеазами). Для проверки этого предположения были созданы линии трансгенных растений Nicotiana tabacum, экспрессирующие гены панкреатической РНКазы Bos taurus, S-подобной РНКазы Zinnia elegans, а также линии табака с супрессированным геном собственной S-подобной РНКазы Nk1 (Сангаев и др., , 2010Trifonova et al, 2007Trifonova et al, , 2012 …”

“…Поскольку вирусы часто попадают в растения с по-мощью переносчиков-фитофагов, паттерн транскрипции промотора 2ʹ был близок к природным вариантам генов защитных белков. Обе конструкции обеспечивали вы-сокий уровень рибонуклеазной активности в апопласте (в 8-15 раз выше, чем у контроля), при этом линии трансгенных растений характеризовались существенной задержкой развития вируса табачной мозаики (Trifonova et al, , 2012, а также вируса мозаики огурца, принад-лежащих к разным таксономическим группам (Sugawara et al, in press). Гипотетические механизмы противови-русного действия экстраклеточных РНКаз могут быть основаны как на уязвимости геномной РНК вирусов на некоторых этапах их проникновения в растительную клетку, так и на имитации механизма программируемой клеточной смерти: при нарушении целостности тканей содержимое апопласта может проникнуть в цитоплазму поврежденных клеток, в этом случае активные РНКазы выполняют функции «киллерных» белков, убивающих клетку и предотвращающих репликацию геномной РНК проникшего в нее вируса.…”

Transgenic Resistance

“…In the case of AMV, a lettuce isolate of TSWV, or Impatiens necrotic spot virus (INSV), the protection was quite variable, but generally low, and only in the case of a tomato isolate of TSWV was the protection to a level high (Langenberg et al, 1997). Transgenic expression in tobacco of either bovine pancreatic RNase (Trifonova et al, 2007) or an inducible extracellular RNase from Zinnia elegans (Trifonova et al, 2012) led to some level of protection against infection by TMV, with a delay in infection or some plants not showing any symptoms. In transgenic potato expressing RNase III, the plants showed only limited protection to PVS, with a lower infection rate (Matoušek et al, 2001).…”