Search

“Hairy” roots obtained through genetic transformation of plants by Agrobacterium rhizogenes, a soil phytopathogen, are valuable producers of important secondary metabolites possessing medicinal properties as well as a useful model system for studying plant responses to impacts of unfriendly environmental conditions. This study compares a postponed response of Althaea officinalis L. “hairy” roots to the impacts of short-term cold- and high-temperature stress factors. The results obtained by the study have shown that “hairy” roots from different A. officinalis lines (individual transformational events) are characterized by different sensitivity to short-term temperature stress impacts, regardless of the transformation vectors or the presence of the human interferon(ifn)-α2b gene. High temperature caused a significant level of growth inhibition in roots of all lines, except those with the highest flavonoid content under the control conditions. On the other hand, a short-term cultivation of “hairy” roots at a low temperature did not cause growth suppression. In parallel with growth inhibition caused by a temperature increase, the activation of flavonoid synthesis, which was probably a response of plants to high temperature as a stress factor, was observed. The study has shown a strong (R2 = 0.78) linear dependence between the antioxidant activity of extracts from “hairy” roots and their flavonoid content. Thus, it is obvious that flavonoids participate in the process of response and adaptation of roots to impacts of high-temperature stress.

This study evaluated the potential of dwarf morning-glory Convolvulus tricolor (Convolvulaceae) plants and their hairy roots induced by Agrobacterium rhizogenes for rhizoextraction of heavy metals ions from the liquid medium under aseptic growth conditions. Both the young C. tricolor plants and the generated hairy root culture efficiently removed Cr6+, Ni2+, and Pb2+ ions from the liquid cultivation medium. As determined by atomic absorption spectroscopy, the hairy roots demonstrated a high level of heavy metal ions accumulation (μg/g dry weight): 3942 ± 210 of chromium, 1529 ± 312 of nickel, and 2613 ± 373 of lead. These data show that the hairy roots of morning glory might be of interest for some phytoremediation strategies due to their high bioaccumulation abilities. The comparison of bioaccumulation potential of established hairy roots and young C. tricolor plants give grounds to suppose that roots of C. tricolor play an active role in the absorption of Cr6+, Ni2+, and Pb2+ from liquid media, whereas the aboveground part rather serves as a storage for the accumulated metal ions.

Aim. To develop an effective protocol for callus induction from shoot apical meristem in Triticum spelta L. and T. aestivum L. Methods. Plant material: spelt “Europe” and common wheat “Bunchuk”. For this research we used shoot apical meristems from 3-days plants. For callus induction we proposed 4 media with different concentration of 2,4-D, picloram, NAA and AgNO3. Explants were growing in dark during 21 day at + 25 C. Results. Calli were transparent and mild, less than 8 mm. For callus induction positive effect were shown on media with 2,4-D and picloram. At the same time, NAA was not such effective. Conclusions. In our research was shown, that the best media for spelt callus induction should have 2 mg/l 2,4-D and 10 mg/l AgNO3. Keywords: callusogenesis, spelt (Triticum spelta L.), common wheat, callus, shoot apical meristem.

The anatomical research of the vegetative organs of the cytoplasmatic hybrid grown in vitro and containing the Brassica napus nucleus and the Lesquerella fendleri chloroplasts was carried out and compared to the parental forms. It was found that the anatomical structure of the cybrid is similar to rapeseed. Anomalous changes in the epithelial, parenchymal, and connective tissue of the leaf, stalk, stem, and root of the cybrid were detected. The appearance of the anatomical defects can be explained by nuclear-cytoplasmatic incompatibility, which is the cause of low adaptability of the cybrid to in vivo conditions and takes place due to alien chloroplast gene expression in the remote species.

The aim of the study was to establish efficient protocols of seed surface sterilization with further multiplication in vitro for threatened species Crambe koktebelica (Junge) N. Busch and to show the effect of biotechnological approach (in vitro cultivation) of biodiversity conservation on plants biochemical properties. Seed surface sterilization was carried out according to the original method with further microclonal multiplication of aseptic sprouts from lateral buds on the Murashige and Skoog (MS) medium supplemented with different concentrations of growth regulators. Fatty acid content was determined using Gas chromatography-mass spectrophotometry of fatty acid ethers. Antioxidant activity was determined using 2.2-diphenyl-1-picrylhydrazyl radical scavenging method. Total soluble protein content was measured using Bradford method and polyfructan content determination was based upon ketosugars ability to color in the acidic environment with resorcinol. Plants that were grown under in vitro and in vivo conditions and seeds were used in this research. Efficient protocol of surface sterilization that resulted in 45% of aseptic seed material 50% of which has sprouted was elaborated for C. koktebelica as well as fast microclonal multiplication methods that provided with up to 5.25 ± 0.50 new formed plantlets from 1 lateral bud (on the MS medium that contained 1 mg/L of 6-benzylaminopurine). It was also shown that aseptic cultivation benefits to saturated fatty acid accumulation and increases protein content but on the other hand it reduces unsaturated fatty acid amount and polyfructan content as well as antioxidant activity of plant material. Obtained data confirms the prospect of biotechnology approach to biodiversity conservation and suggest the necessity of father in vitro cultivation effect on biochemical composition of plant study.

Aim To obtain the transgenic carrot and celery plants able to express recombinant thaumatin II in order to increase plant stress tolerance. Methods. Agrobacterium-mediated transformation of the carrot and celery seedlings was used for obtaining the transgenic plants. Presence and transcription of the transgene in plant tissues were proved by PCR and RT-PCR analysis. The plants were tested for the biotic stress tolerance by in vitro antifungal and antibacterial activity assays and for the salinity and osmotic stress tolerance by plant survival test in presence of NaCl and PEG in different concentrations. Results. Transgenic plants able to express recombinant thaumatin II gene (transcription proved for 60–100 %) were obtained by agrobacterial transformation. The transgenic carrot plant extracts inhibited the growth of the studied phytopathogenic bacteria strains but exhibited no antifungal activity. Survival level of transgenic plants under the salinity and osmotic stress effect was definitely higher comparing to the untransgenic ones. The analysis of the photosynthetic pigment content in the transgenic carrot plants showed no significant difference of this parameter under salinity stress that may indicate a possible protective activity of the recombinant protein. Conclusions. The obtained in our study transgenic carrot and celery plants able to express the recombinant thaumatin II gene were characterized by antibacterial activity and increased tolerance to salinity and osmotic stress factors. Мета Отримати трансгенні рослини моркви та селери, що експресують рекомбінантний тауматин ІІ, з метою підвищення стресостійкості цих культур. Методи. Для отримання трансгенних рослин проводили Agrobacterium-опосередковану трансформацію. Присутність та транскрипцію трансгенів підтверджували за допомогою ПЛР та ЗТ-ПЛР аналізів. Визначали стійкість отриманих рослин до біотичних стрес-факторів (аналіз антибактеріальної/антифунгальної активності in vitro) та до дії сольового/осмотичного стресу (тест на виживання рослин в присутності NaCl/ПЕГ у різних концентраціях). Результати. Трансгенні рослини моркви та селери, що експресують ген тауматину ІІ (транскрипцію підтверджено для 60–100 %) було отримано шляхом агро бактеріальної трансформації. Екстракти трансгенних рослин моркви інгібували ріст досліджуваних штамів фітопатогенних бактерій, але не проявляли антифунгальної активності. Рівень виживання трансгенних рослин при абіотичному стресі був значно вищим у порівнянні з нетрансгенними рослинами. Аналіз вмісту фотосинтетичних пігментів не показав достовірної різниці показників для трансгенних рослин при сольовому стресі, що може вказувати на можливу захисну активність рекомбінантного білка. Вис­новки. Отримані у наших дослідженнях трансгенні рослини селери та моркви, що експресують рекомбінантний тауматин II, характеризувались антибактеріальною активністю та підвищеною стійкістю до сольового та осмотичного стресу. Цель. Получить трансгенные растения моркови и сельдерея экспрессирующие рекомбинантный тауматин II с целью повышения стресс-устойчивости этих культур. Ме­то­ды. Для получения трансгенных растений проводили Agrobacterium-опосредованную трансформацию. Присутс­твие и транскрипцию трансгенов подтверждали с помощью ПЦР и ОТ-ПЦР анализов. Определяли устойчивость полученных растений к биотическим стресс-факторам (анализ антибактериальной/антифунгальной активности in vitro) и к действию солевого/ осмотического стресса (тест на выживывание растений в присутствии NaCl/ПЭГ в различных концентрациях). Результаты. Трансгенные растения моркови и сельдерея, экспрессирующие ген тауматина II (транскрипция подтверждена для 60–100 %) были получены путем агробактериальной трансформации. Экстракты трансгенных растений моркови ингибировали рост исследуемых штаммов фитопатогенных бактерий, но не проявляли антифунгальной активности. Уровень выживания трансгенных растений при абиотическом стрессе был значительно выше по сравнению с нетрансгенными растениями. Анализ содержания фотосинтетических пигментов не показал достоверной разницы показателей для трансгенных растений при солевом стрессе, что может указывать на возможную защитную активность рекомбинантного белка. Выводы. По­лученные в наших исследованиях трансгенные растения сельдерея и моркови, экспрессирующие рекомбинантный тауматин II, характеризовались антибактериальной активностью и повышенной устойчивостью к солевому и осмотическому стрессу.

In order to investigate the high temperature tolerance of spring canola plants (Brassica napus L.) constitutively expressing cyp11A1 gene which encodes bovine cytochrome P450SCC the growth features were analyzed under short time heat stress (42°C) in growth chamber. Earlier it was documented that results of the heat tolerance test positively correlated with improvement of high temperature resistance in field trial. Higher relative water content (by 13%) and superoxide dismutase (SOD) activity, lower electrolyte leakage (up 1.4-fold) and smaller increase in chlorophyll a and carotenoid contents in cyp11A1 canola leaves in comparison with wild-type plants under stress allowed to conclude cyp11A1 plants are more tolerant to high temperature than the control ones. We suppose that SOD activity increase which revealed in our transgenic canola in normal condition plays the defining role in the biochemical alterations in plant metabolism for the thermotolerance improvement. SOD activity increment could be caused by heterologous cytochrome P450SCC activity which resulted in the superoxide radical formation. Cyp11A1 canola plants might be resistant to the other stress conditions of different origin. Для исследования устойчивости трансгенных растений ярового рапса (Brassica napus L.), конститутивно экспрессирующих ген cyp11A1, который кодирует цитохром P450SCC быка, к высоким температурам были проанализированы особенности роста в условиях кратковременного высокотемпературного стресса (42 ºС) в климакамере. Результаты этого теста положительно коррелируют с повышением толерантности к действию высоких температур в полевых испытаниях. Увеличение относительного содержания воды (на 13 %) и активности супероксиддисмутазы (СОД) пониженный выход электролитов (в 1,4 раза) и меньшее повышение содержания хлорофилла a и каротиноидов в листьях трансгенных растений по сравнению с растениями дикого типа в условиях высокотемпературного стресса позволяют сделать вывод о том, что термоустойчивость cyp11A1 растений рапса выше, чем контрольных. Увеличение активности СОД, обнаруженное в наших трансгенных растениях рапса в нормальных условиях, играет предположительно определяющую роль в биохимических изменениях растительного метаболизма, что приводит к возрастанию устойчивости к повышенным температурам. Возрастание активности СОД возможно за счет экспрессии гетероло-гического цитохрома P450SCC, которая приводит к образованию супероксид радикалов. Полученные растения могут быть устойчивы к другим стрессовым воздействиям различного происхождения. Для вивчення стійкості трансгенних рослин ярого ріпаку (Brassica napus L.), які конститутивно експресують ген cyp11A1, що кодує цитохром P450SCC великої рогатої худоби, до дії високих температур проаналізовано особливості росту за умов коротко-тривалого високотемпературного стресу (42 ºС) вклімакамері. Результати цього тесту позитивно корелюють з підвищенням толерантності до дії високих температур в польових дослідах. На підставі збільшеного відносного вмісту води (на 13%) і підвищеної активності СОД, а також зменшеного виходу електролітів (в 1,4 раза) і меншого підвищення вмісту хлорофілу a і каротиноїдів в листках трансгенних рослин у порівнянні з рослинами дикого типу за умов стресу можна зробити висновок про підвищення термостійкості у рослин ріпаку з трансгеном cyp11A1 порівняно з контролем. Збільшення активності СОД в наших трансгенних рослинах ріпаку, виявлене за нормальних умов, відіграє визначальну роль у біохімічних змінах рослинного метаболізму, що спричиняє зростання стійкості до підвищених температур. Зростання активності СОД можливо за рахунок активності цитохрому P450SCC, в результаті якої відбувається утворення супероксид радикалів. Отримані рослини можуть бути стійкими до інших стресових впливів різного походження.

Spring rapeseed transgenic lines expressing human interferon alpha 2b were created by Agrobacteriummediated transformation of aseptic plant leaf explants. The maximum antiviral activity of the leaf extracts reached 4500 IU/g fresh weight. It was determined that the antioxidant activity and the activity of an enzyme of plant antioxidant system – superoxide dismutase (SOD) – in the leaf tissues of transgenic plants increased compared to controls. There were no correlations between the interferon and antioxidant activities, as well as between SOD and interferon activities. Using the obtained transgenic rapeseed plants with high interferon and antioxidant activities as a feed additive for animals might have preventive effect on their body, increasing resistance to infections of various origins. Методом агробактериальной трансформации листовых эксплантов асептических растений ярового рапса получены линии, экспрессирующие альфа 2b интерферон человека. Максимальная противо-вирусная активность экстрактов листьев достигала 4500 МЕ/сырого веса. Установлено, что антиоксидантная активность и активность одного из ферментов антиоксидантной системы растений – супероксиддисмутазы (СОД) – в тканях листьев трансгенных растений повышена по сравнению с контрольными. Не выявлено корреляции как между активностью интерферона и антиоксидантной активностью, так и между активностью интерферона и активностью СОД. Использование полученных трансгенных растений рапса с высокой активностью интерферона и повышенной антиоксидантной активностью как добавки к кормам животных могло бы оказывать профилактическое влияние на их организм, повышая устойчивость к различным инфекциям. Методом агробактеріальної трансформації листових експлантів асептичних рослин ярого ріпака отримано лінії, що експресують альфа 2b інтерферон людини. Максимальна противірусна активність екстрактів листків сягала 4500 МО/сирої ваги. Встановлено, що антиоксидантна активність і активність одного з ферментів антиоксидантної системи рослин – супероксиддисмутази (СОД) – в тканинах листків трансгенних рослин підвищена в порівнянні з контрольними. Не виявлено кореляції ні між активністю інтерферона і антиоксидантною активністю, ні між активністю інтерферона і активністю СОД. Використання отриманих трансгенних рослин ріпака з високою активністю інтерферона та підвищеною антиоксидантною активністю як добавки до кормів тварин мало б профілактично впливати на їхній організм, підвищуючи стійкість до інфекцій різного походження.

"Hairy" roots of lettuce Lactuca sativa and regenerated plants with interferon-alpha2b gene had been obtained via Agrobacterium rhizogenes-mediated transformation. According to the results of PCR and rt-PCR analyses the studied plants had ifn-alpha2b gene. The regenerated plants differed from the plants of wild type by elongated internodes, early flower-bearing stem formation and purple coloration of leaves in artificial illumination conditions.

Transgenic plants containing either ifn-α2b gene encoding human leukocytic interferon or esxA::fbpBΔTMD genes encoding Mycobacterium tuberculosis antigens ESAT6 and Ag85B were regenerated from hairy root cultures after transformation of chicory cotyledons (Cichorium intybus L. var. Foliosum Hegi) with a wild-type A. rhizogenes A4 strain. The direct shoot regeneration from transgenic roots without callus formation phase on growth regulator-free nutrient medium was demonstrated. The transgenes transfer and transcription in the plants were confirmed by the results of RT-PCR and PCR analyses.

In vitro production of the meroterpene bakuchiol by Psoralea drupacea Bge (Fabaceae) has been studied using aseptically-grown plants, callus cultures of different origin, cell suspensions and transgenic hairy root cultures. The effect of phytohormones and methyl jasmonate on bakuchiol production was also investigated. Bakuchiol was not detected in cell suspensions or hairy root preparations of P. drupacea. In contrast, aerial parts of P. drupacea grown in vitro were found to accumulate up to 11% dry weight of bakuchiol and can therefore be regarded as a potentially useful source of this antimicrobial compound.

Hybrid plants resistant to phosphinothricin (PPT) are obtained as a result of experiments with somatic hybridization between Brassica napus L. cv. Kalinins’kyy and Orychophragmus violaceus L. O.E. Shulz. The hybrids inherited PPT resistance from O. violaceus plants that had been previously transformed by a vector containing the maize transposon system Spm/dSPm with bar gene located within the nonautonomous transposon. The morphologically obtained plants occupy an intermediate position between the initial forms, which is in agreement with the results of isoenzyme analyses (analysis of multiple forms of amylase and esterase) and PCR analysis (presence of the genes bar, gus, and SpmTPase). Inheritance of the plastome occurs from oilseed rape, while that of the mitochondrion, from O. violaceus, which is proved by means of PCR-RFLP analysis. The plant hybrids may be utilized for further selection research with oilseed rape following determination of the edible quality of its oil as well as in experiments with chloroplast transformation, a topic which is of critical importance for oilseed rape.

Aim. The production of alfalfa and peanut cultivars with new properties is necessary. The purpose of this work was to develop Agrobacterium-mediated transformation protocol and to construct transgenic alfalfa and peanut plants resistant to herbicide Pursuit Methods. Genetic transformation was carried out using cocultivation of peanut and alfalfa explants with Agrobacterium tumefaciens strain GV3101 carrying genetic construct pCB004 containing mutant ahas/als gene and nptII gene. Selection was held on the solidified callus inducing medium with 50 mkg/l Pursuit. The selected callus clones were put on the regeneration medium with the same selective agents. Obtained regeneration lines were analysed using PCR-analysis. Results. 17 peanut and 14 alfalfa regeneration lines had positive signals after PCR analysis with DNA fragments of required molecular size for ahas/als and nptII genes. Conclusions. Transgenic alfalfa and peanut plants resistant to the herbicide Pursuit were obtained.Keywords: alfalfa, peanut, ahas/als gene, transformation.