danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2020-64-3-325-331dan-887Research ArticleБИОЛОГИЯBIOLOGYАктивация гена пероксидазы в клетках растений картофеля, экспрессирующих ген антимикробного пептида MsrA1Activation of the peroxidase gene in potato plants expressing the gene of antimicrobial peptide MsrA1МисюкевичА. Ю.MisyukevichA. Yu.

Мисюкевич Алла Юрьевна – мл. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Misiukevich Ala Yu. – Junior researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

alla.misyukevich.91@mail.ruГапееваТ. А.GapeevaT. A.

Гапеева Тамара Александровна – канд. биол. наук, ст. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Gapeeva Тамаra A. – Ph. D. (Biology), Senior researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

Gapeeva@ibp.org.byТретьяковаТ. Г.TretyakovaT. G.

Третьякова Татьяна Геннадиевна – мл. науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Tretyakova Tatiana G. – Junior researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

СеманюкТ. В.SemanyukT. V.

Семанюк Тамара Владимировна – ст. науч. сотрудник

ул. Ковалева, 2а, 223013, Самохваловичи, Минский р-н, Минская обл.

Semanyuk Tamara V. – Senior Researcher

2а, kovalev Str., 223013, Samokhvalovichi, Minsk district, Minsk region

safto@rambler.ruВолотовскийИ. Д.VolotovskiI. D.

Волотовский Игорь Дмитриевич – академик, д-р биол. наук, профессор, заведующий лабораторией

ул. Академическая, 27, 220072, Минск

Volotovski Igor D. – Academician, D. Sc. (Biology), Professor, Head of the Laboratory

27, Akademicheskaya Str., 220072, Minsk

volotovski@yahoo.comИнститут биофизики и клеточной инженерии Национальной академии наук БеларусиInstitute of Biophysics and Cell Engineering of the National Academy of Sciences of BelarusНаучно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводствуScientific and Practical Center of the National Academy of Sciences of Belarus on Potato and Fruit and Vegetable Growing202009072020643325331Copyright © Мисюкевич А.Ю., Гапеева Т.А., Третьякова Т.Г., Семанюк Т.В., Волотовский И.Д., 20202020Мисюкевич А.Ю., Гапеева Т.А., Третьякова Т.Г., Семанюк Т.В., Волотовский И.Д.Misyukevich A.Y., Gapeeva T.A., Tretyakova T.G., Semanyuk T.V., Volotovski I.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/887

Антимикробный пептид MsrA1 является искусственной рекомбинантной молекулой, полученной на основе цекропина А личинки североамериканского шелкопряда и мелиттина пчелы медоносной. Трансгенные растения белорусского сорта картофеля Одиссей с конститутивно экспрессируемым геном MsrA1 обладают повышенной устойчивостью к грибным патогенам Phytophthora infestans и Alternaria solani. С использованием методов кДНК–ПЦР и ДНК-секвенирования показано, что в клетках данных растений в отсутствие фитопатогенной инфекции наблюдается активация экспрессии гена пероксидазы класса POX. Увеличение экспрессии гена данного фермента косвенно свидетельствует о повышенном образовании активных форм кислорода, что может определять особую устойчивость к грибным патогенам. Полученные данные подтверждают также возможность участия внутриклеточного гетерологичного антимикробного пептида в формировании устойчивости к окислительному стрессу путем активации защитной системы растения-хозяина.

Antimicrobial peptide MsrA1 is a synthetic hybrid molecule based on cecropin A from giant silk moth larvae and on melittin from melliferous bee venom. Transgenic potato plants of the Belarusian variety Odyssey with the constitutive expressiоn of msrA1 gene are shown to exhibit increased resistance to fungal pathogens Phytophthora infestans and Alternaria solani. Peroxidase genes expression studies using cDNA-PCR and DNA sequencing revealed the activation of the POX peroxidase gene in transgenic plants in the absence of pathogens. This may be indirect evidence of the increased formation of reactive oxygen species, which may explain special resistance to fungal pathogens. The data obtained also confirm a possible role of intracellular antimicrobial peptide in making the plants more resistant to oxidative stress by the way of activation of the host plant defense system.

антимикробный пептидкартофельтрансгенные растенияустойчивость к грибным фитопатогенампероксидазаantimicrobial peptidepotatotransgenic plantsresistance to fungal phytopathogensperoxidaseReferencesShort Cationic Peptidomimetic Antimicrobials / R. kuppusamy [et al.] // Antibiotics (Basel). – 2019. – Vol. 8, N 2. – P. 44. https://doi.org/10.3390/antibiotics8020044kuppusamy R., Willcox M., Black D. StC., kumar N. Short Cationic Peptidomimetic Antimicrobials. Antibiotics (Basel), 2019, vol. 8, no. 2, pp. 44. https://doi.org/10.3390/antibiotics8020044Zasloff, M. Antimicrobial Peptides of Multicellular Organisms: My Perspective / M. Zasloff // Adv. Exp. Med. Biol. – 2019. – Vol. 1117. – P. 3–6. https://doi.org/10.1007/978-981-13-3588-4_1Zasloff M. Antimicrobial Peptides of Multicellular Organisms: My Perspective. Advances in Experimental Medicine and Biology, 2019, vol. 1117, pp. 3–6. https://doi.org/10.1007/978-981-13-3588-4_1Мусин, Х. Г. Антимикробные пептиды – потенциальная замена традиционным антибиотикам / Х. Г. Мусин // Инфекция и иммунитет. – 2018. – Т. 8, № 3. – С. 295–308. https://doi.org/10.15789/2220-7619-2018-3-295-308Musin kh. G. Antimicrobial peptides – a potential replacement for traditional antibiotics. Russian Journal of Infection and Immunity, 2018, vol. 8, no. 3, pp. 295–308 (in Russian). https://doi.org/10.15789/2220-7619-2018-3-295-308Sinha, R. Antimicrobial Peptides: Recent Insights on biotechnological Interventions and future perspectives / R. Sinha, P. Shukla // Protein Pept. Lett. – 2019. – Vol. 26, N 2. – P. 79–87. https://doi.org/10.2174/0929866525666181026160852Sinha R., Shukla P. Antimicrobial Peptides: Recent Insights on biotechnological Interventions. Protein & Peptide Letters, 2019, vol. 26, no. 2, pp. 79–87. https://doi.org/10.2174/0929866525666181026160852Antimicrobial peptide simulations and the influence of force field on the free energy for pore formation in lipid bilayers / W. F. Bennett [et al.] // J. Chem. Theory Comput. – 2016. – Vol. 12, N 9. – P. 4524–4533. https://doi.org/10.1021/acs.jctc.6b00265Bennett W. F., Hong C. k., Wang y., Tieleman D. P. Antimicrobial peptide simulations and the influence of force field on the free energy for pore formation in lipid bilayers. Journal of Chemical Theory and Computation, 2016. vol. 12, no. 9, pp. 4524–4533. https://doi.org/10.1021/acs.jctc.6b00265Ilyas, H. An approach towards structure based antimicrobial peptide design for use in development of transgenic plants: a strategy for plant disease management / H. Ilyas, A. Datta, A. Bhunia // Curr. Med. Chem. – 2017. – Vol. 24, N 13. – P. 1350–1364. https://doi.org/10.2174/0929867324666170116124558Ilyas H., Datta A., Bhunia A. An Approach Towards Structure Based Antimicrobial Peptide Design for Use in Development of Transgenic Plants: A Strategy for Plant Disease Management. Current Medicinal Chemistry, 2017, vol. 24, no. 13, pp. 1350–1364. https://doi.org/10.2174/0929867324666170116124558Antimicrobial peptide production and plant-based expression systems for medical and agricultural biotechnology / E. Holaskova [et al.] // Biotechnol. Adv. – 2015. – Vol. 33, N 6. – P. 1005–1023. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2015.03.007Holaskova E., Galuszka P., Frebort I., Tufan Oz M. Antimicrobial peptide production and plant-based expression systems for medical and agricultural biotechnology. Biotechnology Advances, 2015, vol. 33, no. 6, pp. 1005–1023. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2015.03.007Molecular farming of antimicrobial peptides: available platforms and strategies for improving protein biosynthesis using modified virus vectors / M. L. Leite [et al.] // An. Acad. Bras. Ciênc. – 2019. – Vol. 91, N 1. – P. e20180124. https://doi.org/10.1590/0001-3765201820180124Leite M. L., Sampaio k. B., Costa F. F., Franco O. L., Dias S. C., Cunha N. B. Molecular farming of antimicrobial peptides: available platforms and strategies for improving protein biosynthesis using modified virus vectors. Anais da Academia Brasileira de Ciências, 2019, vol. 91, no. 1, pp. e20180124. https://doi.org/10.1590/0001-3765201820180124Antimicrobial peptide expression in a wild tobacco plant reveals the limits of host-microbe-manipulations in the field / A. Weinhold [et al.] // eLife. – 2018. – Vol. 7. – P. e28715. https://doi.org/10.7554/elife.28715Weinhold A., Dorcheh E. k., Li R., Rameshkumar N., Baldwin I. T. Antimicrobial peptide expression in a wild tobacco plant reveals the limits of host-microbe-manipulations in the field. eLife, 2018, vol. 7, p. e28715. https://doi.org/10.7554/elife.28715yeung, A. T. Multifunctional cationic host defence peptides and their clinical applications / A. T. yeung, S. L. Gellatly, R. E. Hancock // CMLS. – 2011. – Vol. 68, N 13. – P. 2161–2176. https://doi.org/10.1007/s00018-011-0710-xyeung A. T., Gellatly S. L., Hancock R. E. Multifunctional cationic host defence peptides and their clinical applications. Cellular and Molecular Life Sciences, 2011, vol. 68, no. 13, pp. 2161–2176. https://doi.org/10.1007/s00018-011-0710-xCavallarin, L. Cecropin A – derived peptides are potent inhibitors of fungal plant pathogens / L. Cavallarin, D. Andreu, B. San Segundo // Mol. Plant Microbe Interact. – 1998. – Vol. 11, N 3. – P. 218–227. https://doi.org/10.1094/mpmi.1998.11.3.218Cavallarin L., Andreu D., San Segundo B. Cecropin A – derived peptides are potent inhibitors of fungal plant pathogens. Molecular Plant-Microbe Interactions, 1998, vol. 11, no. 3, pp. 218–227. https://doi.org/10.1094/mpmi.1998.11.3.218Transgenic plants expressing cationic peptide chimeras exhibit broad-spectrum resistance to phytopathogens / M. Osusky [et al.] // Nat. Biotechnol. – 2000. – Vol. 18, N 11. – P. 1162–1166. https://doi.org/10.1038/81145Osusky M., Zhou G., Osuska L., Hancock R. E., kay W. W., misra S. Transgenic plants expressing cationic peptide chimeras exhibit broad-spectrum resistance to phytopathogens. Nature biotechnology, 2000, vol. 18, no. 11, pp. 1162–1166. https://doi.org/10.1038/81145Production of cecropin A in transgenic rice plants has an impact on host gene expression / S. Campo [et al.] // Plant Biotechnol. J. – 2008. – Vol. 6, N 6. – P. 585–608. https://doi.org/10.1111/j.1467-7652.2008.00339.xCampo S., Manrique S., Garca-Martnez J., San Segundo B. Production of cecropin A in transgenic rice plants has an impact on host gene expression. Plant Biotechnology Journal, 2008, vol. 6, no. 6, pp. 585–608. https://doi.org/10.1111/j.1467-7652.2008.00339.xТрансгенные растения картофеля белорусских сортов, экспрессирующие гены антимикробных пептидов цекропин-мелиттинового типа / Н. Л. Вутто [и др.] // Генетика. – 2010. – Т. 46, № 12. – С. 1626–1634.Vutto N. L., Gapeeva T. A., Pundik A. N., Tretyakova T. G., Volotovski I. D. Transgenic Belarussian-Bred Potato Plants Expressing the Genes for Antimicrobial Peptides of the Cecropin-Melittin Type. Russian Journal of Genetics, 2010, vol. 46, no. 12, pp. 1433–1439. https://doi.org/10.1134/s1022795410120057Jabs, T. Reactive oxygen intermediates as mediators of programmed cell death in plants and animals / T. Jabs // Biochem. Pharmacol. – 1999. – Vol. 57, N 3. – P. 231–245. https://doi.org/10.1016/s0006-2952(98)00227-5Jabs T. Reactive oxygen intermediates as mediators of programmed cell death in plants and animals. Biochemical Pharmacology, 1999, vol. 57, no. 3, pp. 231–245. https://doi.org/10.1016/s0006-2952(98)00227-5

The authors declare that there are no conflicts of interest present.