Аннотация результатов, полученных в 2018 году
1. В первой обзорной статье представлена связка сигналов абсцизовой кислоты (ABA) и факторов теплового шока (HSF) c ремоделированием клеточной стенки при холодовых и тепловых воздействиях. Показана связь HSF с пектин-метилтрасферазами и метилэстеразами, а также с индуцированными тепловым стрессом [Ca2+]cyt=nuc осцилляциями, а также кальмодулинами. Показана роль всех этих факторов в регуляции устьичных апертур при разных видах стресса. Hui-Chen Wu, Victor P. Bulgakov, Tsung-Luo Jinn. Pectin Methylesterases: Cell Wall Remodeling Proteins Are Required for Plant Response to Heat Stress. Frontiers in Plant Science, 2018, V.9, Article 1612, https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01612 IF 4,299, Q1. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2018.01612/full?utm_source=FRN&utm_medium=EMAIL_IRIS&utm_campaign=EMI_XIA_181116_Milestones_Followers_article_page 2. Во второй обзорной статье реализована идея о необходимости попытаться найти элементы, связывающие регуляторные механизмы ABA и шаперонов, поскольку в природе эти два основных механизма устойчивости к абиотическим стрессам должны работать скоординировано. До этого, оба сигнальных пути изучались в основном отдельно; была показана только связка на уровне регуляции транскрипции. Проведенный анализ оказал, что единственными факторами, связывающими обе системы, являются белки ремоделирования хроматина SWI/SNF CRCs, участвующие в генерации эффекта «память к стрессам». Преимущество координации заключается в том, что сигналы, воспринимаемые как с помощью систем сигнализации ABA, так и с помощью шаперонов, воспринимаются, сохраняются, а затем воспроизводятся с помощью факторов ремоделирования хроматина. На этой основе предложены новые биоинженерные технологии, названные «биоинженерия памяти». Victor P. Bulgakov, Hui-Chen Wu, and Tsung-Luo Jinn. Coordination of abscisic acid (ABA) and chaperone signaling in plant abiotic stress responses: emerging perspectives of ‘bioengineered memory’. Biotechnology Advances (under review), IF 11.452, Q1. 3. С помощью онлайн сервисов (E-CRISP, CRISPR Design) подобраны оптимальные РНК гиды к первому и второму экзону HOS1 арабидопсиса (HOS1-1 и HOS1-2, соответственно) с учетом существования двух сплайсинговых вариантов гена (NM_129540.5 и NM_001336798.1). Разработаны РНК гиды к первым экзонам генов HsfA7a и HsfA7b. 4. Получены бинарные векторы pPZP-RCS2-nptII-Cas9-HOS1-1, pPZP-RCS2-nptII-Cas9-HOS1-2, pPZP-RCS2-nptII-Cas9-HSFA7A и pPZP-RCS2-nptII-Cas9-HSFA7B. Эти векторы перенесены в гипервирулентный штамм Agrobacterium tumefaciens EHA105 для трансформации растений. 5. Получено шесть растений-трансформантов Cas9-HOS1-2. Истинная эффективность трансформации (RTE) составила 2%. Получены два растения Cas9-HOS1-2, не содержащие Т-ДНК. 6. Получены генетические конструкции для HDR-опосредованной активации гена OST1. Конструкции pPZP-RCS2-nptII-Cas9-OST1-HOS1-1 и pPZP-RCS2-nptII-Cas9-OST1-HOS1-2 перенесены в A. tumefaciens EHA105 для трансформации растений. Получены T1 растения. 7. Получены T1 растения Cas9-HSFA7A и Cas9-HSFA7B. 8. В конструкциях для геномного редактирования проведена замена регуляторных элементов гена nptII на промотор и терминатор гена 35S CaMV с целью увеличения эффективности селективного маркера.

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Две основные системы защиты растений от стресса, такие как сигнальный путь абсцизовой кислоты (ABA) и передача сигналов шаперонов, являются центральными регуляторами защиты от стресса. Несмотря на их значение, эти системы ранее описывались отдельно. Мы суммировали информацию о механизмах, с помощью которых сигнальные пути ABA и шаперона могут совместно регулироваться, принимая во внимание идею, что эти защитные системы должны работать скоординированно. сигнальные системы абсцизовой кислоты (АBA) и шаперонов интегрируются белками ремоделирования хроматина (CRC) в единый регуляторный комплекс. Белки CRC «запоминают» прежние стрессовые воздействия и настраивают растение на восприятие новых, причем память генерируется в потомстве. Центральными факторами, объединяющими сигнальные системы ABA и шаперонов, являются белки ремоделирования хроматина SWI / SNF, такие как BRM, SWI3B и SWI3C, участвующие в стрессовой памяти. Модуль сигнализации на перекрестных путях между сигналами ABA и факторами теплового шока (HSF) имеет структуру: SnRK2s / PP2Cs / ABRE-связывающие факторы-BRM / SWI3B / SWI3C-HSF. Пептидил-пролил цис-транс-изомеразы, по-видимому, играют вспомогательную роль в координации этих путей. Преимущество координации заключается в том, что сигналы, воспринимаемые как с помощью систем сигнализации ABA, так и с помощью шаперонов, воспринимаются и сохраняются с помощью факторов ремоделирования хроматина. Были предложены новые стратегии биоинженерии для улучшения устойчивости растений к стрессу, которые мы назвали «биоинженерия памяти». Bulgakov V.P., Wu H.C., Jinn T.L Coordination of ABA and Chaperone Signaling in Plant Stress Responses. Trends in Plant Science 2019 Jul;24(7):636-651. IF 14.004 Q1 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1360138519301001?via%3Dihub

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Построена сеть белок-белковых взаимодействий сигнальных систем абсцизовой кислоты (АBA) и брассиностероидов (BR), что позволило объяснить «феномен брассиностероидного рецептора BRL3». Фабрегас и др. (2018) в Nature Communication сообщили, что сверхэкспрессия сосудистого брассиностероидного рецептора BRL3 обеспечивает улучшенную засухоустойчивость без нарушения роста растений. Мы обобщили последние данные о передаче сигналов BR и абсцизовой кислоты (ABA) и установили, что феномен засухоустойчивости, опосредованный BRL3, можно объяснить генерацией стрессовой памяти (процесс, известный как «прайминг» или «акклиматизация»). Память о стрессе может быть реализована посредством передачи сигнала посредством каскада BRL3 → BSK1 / 3 → BSU1 ―‖ BIN2 → BSK1 / 3, где BIN2 интегрирует пути BR и ABA. Как и ожидалось, нокаут HOS1 обеспечил увеличение устойчивости к холоду на всех испытанных hos1cas9 линиях арабидопсиса, без ингибирования роста. Этот эффект, по-видимому, обусловлен уменьшением ингибирования ICE1 в модуле холодоустойчивости SnRK2.6/OST1-HOS1-ICE1, что соответствует теоретическому предсказанию. Анализ экспрессии генов показал, что результирующим эффектом подавления HOS1 была активация DREB1A и DREB2C. Эти белки обеспечивают повышенную устойчивость к холоду и тепловому стрессу, соответственно. Активация генов DREB может частично объяснить холодовую и термическую устойчивость мутантных линий. В цепочке трансдукции сигналов ABA, были активированы гены почти всех компонентов, таких как рецептор ABA PYL4, фосфатазы PP2Cs HAI1, ABI1 и ABI2, киназы OST1/SnRK2.6, SnRK2.2 и SnRK2.3, факторы транскрипции ABI4, ABI5, DREB1A, DREB2A и DREB2C. По-видимому, ингибирование активности HOS1 создало условия для более активного функционирования пути ICE-CBF/DREB. Этот паттерн напоминает умеренную активацию пути ABA под воздействием стресса. Мутантные линии также приобрели увеличенную устойчивость к повышенной температуре. Важным обстоятельством, которое могло привести к повышению температурной устойчивости hos1cas9 мутантных линий, является значительная активация в них генов, кодирующих факторы теплового шока (HSF), а именно HsfA6a и HsfA2. В hos1cas9 мутантных линиях активирован биосинтез вторичных метаболитов. Наиболее значительное увеличение наблюдалось для флавоноидов (производных кверцетина, кемпферола и изораметина, в 1,2-4,2 раза) в растениях и 1-метоксииндол-3-илметил GS (от 20 до 60 раз) и 4-гидроксииндол-3-илметил GS (от 2,8 до 3,6 раза) в каллусных культурах. Увеличение, по-видимому, было связано со стимуляцией биосинтеза de novo, что показал анализ экспрессии генов, кодирующих транскрипционные факторы и биосинтетические энзимы. Паттерны экспрессии ключевых регуляторных генов пути ABA, факторов теплового шока и других путей в линиях hos1cas9 указывают на частичную активацию ABA-зависимых и ABA-независимые компонентов, в том числе активацию шаперонного пути и некоторых элементов иммунитета, в том числе влияющих на вторичный метаболизм.