Вміст сполук азоту в ґрунті чи поживному середовищі може впливати на ріст рослин, культур коренів і клітин в умовах in vivo та in vitro. Разом з тим генетична трансформація з використанням ґрунтових фітопатогенних бактерій Agrobacterium rhizogenes здатна змінювати функціонування рослинних клітин, їх здатність до адаптації до умов вирощування та біосинтетичну активність. Метою роботи було визначення особливостей впливу зменшення вмісту азоту в поживному середовищі на ріст in vitro «бородатих» коренів Cichorium intybus L. У роботі використано лінії коренів, отримані нами раніше шляхом генетичної трансформації за допомогою Agrobacterium rhizogenes A4. Корені культивували на агаризованому поживному середовищі Мурасиге—Скуга зі стандартним та зменшеним удвічі вмістом нітратів. Зразки характеризували за приростом маси сирої речовини, загальним вмістом флавоноїдів, антиоксидантною та відновлювальною активностями. Виявлено відмінності у швидкості росту коренів двох ліній. Одна з ліній була чутливою до такого зменшення, що виражалося у зниженні приросту маси у 3,4 раза. Ріст коренів другої лінії значуще не відрізнявся від контролю. Спостерігали зменшення загального вмісту флавоноїдів, антиоксидантної та відновлювальної активностей в обох зразках при культивуванні на середовищі зі зменшеним вмістом азоту. Такі відмінності, вірогідно, можуть бути пов’язані з особливостями генетичної трансформації ядерної ДНК з використанням агробактерій, за якої місце вбудовування перенесених генів не детерміноване, а також з особливостями функціонування «бородатих» коренів у культурі in vitro.
Ключові слова: «бородаті» корені, цикорій, азот, приріст маси, флавоноїди, антиоксидантна активність
Повний текст та додаткові матеріали
У вільному доступі: PDFЦитована література
1. Fan, J.B., Zhang, Y.L., Turner, D., Duan, Y.H., Wang, D.S. & Shen, Q.R. (2010). Root Physiological and Morphological Characteristics of Two Rice Cultivars with Different Nitrogen-Use Efficiency. Pedosphere, 20, No. 4, pp. 446-455. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(10)60034-3
2. Klikocka, H., Cybulska, M., Barczak, B., Narolski, B., Szostak, B., Kobialka, A., Nowak, A. & Wojcik, E. (2016). The effect of sulphur and nitrogen fertilization on grain yield and technological quality of spring wheat. Plant, Soil and Environment, 62, No. 5, pp. 230-236. https://doi.org/10.17221/18/2016-PSE
3. Mohd-Radzman, N.A., Djordjevic, M.A. & Imin, N. (2013). Nitrogen modulation of legume root architecture signaling pathways involves phytohormones and small regulatory molecules. Frontiers in Plant Science, 4, No. OCT, p. 385. https://doi.org/10.3389/fpls.2013.00385
4. Chen, J., Liu, L., Wang, Z., Zhang, Y., Sun, H., Song, S., Bai, Z., Lu, Z. & Li, C. (2020). Nitrogen Fertilization Increases Root Growth and Coordinates the Root-Shoot Relationship in Cotton. Frontiers in Plant Science, 11, p. 880. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00880
5. Gu, J., Li, Z., Mao, Y., Struik, P.C., Zhang, H., Liu, L., Wang, Z. & Yang, J. (2018). Roles of nitrogen and cytokinin signals in root and shoot communications in maximizing of plant productivity and their agronomic applications. Plant Science, 274, pp. 320-331. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2018.06.010
6. Otvos, K., Marconi, M., Vega, A., O'Brien, J., Johnson, A., Abualia, R., Antonielli, L., Montesinos, J.C., Zhang, Y., Tan, S., Cuesta, C., Artner, C., Bouguyon, E., Gojon, A., Friml, J., Gutierrez, R.A., Wabnik, K. & Benkova, E. (2021). Modulation of plant root growth by nitrogen source-defined regulation of polar auxin transport. The EMBO Journal, 40, No. 3, p. e106862. https://doi.org/10.15252/embj.2020106862
7. Dlugosz, M., Markowski, M. & Paczkowski, C. (2018). Source of nitrogen as a factor limiting saponin production by hairy root and suspension cultures of Calendula officinalis L. Acta Physiol. Plant., 40, No. 2, p. 35. https://doi.org/10.1007/s11738-018-2610-2
8. Chashmi, N.A., Sharifi, M., Karimi, F. & Rahnama, H. (2010). Differential production of tropane alkaloids in hairy roots and in vitro cultured two accessions of Atropa belladonna L. under nitrate treatments. Zeitschrift fur Naturforschung - Section C Journal of Biosciences, 65, No. 5-6, pp. 373-379. https://doi.org/10.1515/znc-2010-5-609
9. Cui, X.-H., Murthy, H.N., Wu, C.-H. & Paek, K.-Y. (2010). Adventitious root suspension cultures of Hypericum perforatum: effect of nitrogen source on production of biomass and secondary metabolites. In Vitro Cellular & Developmental Biology - Plant 2010 46:5, 46, No. 5, pp. 437-444. https://doi.org/10.1007/s11627-010-9310-y
10. Matvieieva, N.A., Shachovsky, A.M., Gerasymenko, I.M., Kvasko, O.Y. & Kuchuk, N. V. (2009). Agrobacterium-mediated transformation of Cichorium intybus L. with interferon-a2b gene. Biopolymers and Cell, 25, No. 2, pp. 120-125. https://doi.org/10.7124/bc.0007D4
11. Pekal, A. & Pyrzynska, K. (2014). Evaluation of Aluminium Complexation Reaction for Flavonoid Content Assay. Food Analytical Methods 2014 7:9, 7, No. 9, pp. 1776-1782. https://doi.org/10.1007/s12161-014-9814-x
12. Matvieieva, N.A., Morgun, B. V., Lakhneko, O.R., Duplij, V.P., Shakhovsky, A.M., Ratushnyak, Y.I., Sidorenko, M., Mickevicius, S. & Yevtushenko, D.P. (2020). Agrobacterium rhizogenes-mediated transformation enhances the antioxidant potential of Artemisia tilesii Ledeb. Plant Physiology and Biochemistry, 152, pp. 177-183. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2020.04.020
13. Ibrahim, M.H., Jaafar, H.Z.E., Rahmat, A. & Rahman, Z.A. (2011). Involvement of Nitrogen on Flavonoids, Glutathione, Anthocyanin, Ascorbic Acid and Antioxidant Activities of Malaysian Medicinal Plant Labisia pumila Blume (Kacip Fatimah). International Journal of Molecular Sciences 2012, Vol. 13, Pages 393-408, 13, No. 1, pp. 393-408. https://doi.org/10.3390/ijms13010393
14. Bongue-Bartelsman, M. & Phillips, D.A. (1995). Nitrogen stress regulates gene expression of enzymes in the flavonoid biosynthetic pathway of tomato. Plant Physiology and Biochemistry, 33, No. 5, pp. 539-546.
15. Patil, B.S. & Alva, A.K. (1999). Enhancing citrus nutraceuticals through variable nutrient rates. Horticultural Science, 34, p. 520. https://doi.org/10.21273/HORTSCI.34.3.520E
16. Awad, M.A. & Jager, A. De (2002). Relationships between fruit nutrients and concentrations of flavonoids and chlorogenic acid in 'Elstar' apple skin. Scientia Horticulturae, 92, No. 3-4, pp. 265-276. https://doi.org/10.1016/S0304-4238(01)00290-4
17. Praveen, N., Murthy, H.N. & Chung, I.M. (2011). Improvement of growth and gymnemic acid production by altering the macro elements concentration and nitrogen source supply in cell suspension cultures of Gymnema sylvestre R. Br. Industrial Crops & Products, 2, No. 33, pp. 282-286. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2010.12.015
18. Praveen, N. & Murthy, H.N. (2012). Withanolide A production from Withania somnifera hairy root cultures with improved growth by altering the concentrations of macro elements and nitrogen source in the medium. Acta Physiologiae Plantarum 2012 35:3, 35, No. 3, pp. 811-816. https://doi.org/10.1007/s11738-012-1125-5
19. Rajashekaran, T., Rajendran, L., Ravishankar, G. & Venkataraman, L. (1991). Influence of nutrient stress on pyrethrin production by cultured cells of pyrethrum (Chrysanthemum cinerariaefolium). Current Science, 60, No. 12, pp. 705-707.
20. Matvieieva, N., Drobot, K., Duplij, V., Ratushniak, Y., Shakhovsky, A., Kyrpa-Nesmiian, T., Mickevicius, S. & Brindza, J. (2019). Flavonoid content and antioxidant activity of Artemisia vulgaris L. «hairy» roots. Preparative Biochemistry and Biotechnology, 49, No. 1, pp. 82-87. https://doi.org/10.1080/10826068.2018.1536994
21. Matvieieva, N., Shutava, H., Shysh, S., Drobot, K., Ratushnyak, Y. & Duplij, V. (2018). Alterations in the Antioxidant Status of Transgenic Roots of Artemisia spp. Representatives after A. rhizogenes-Mediated Genetic Transformation. Cytology and Genetics, 52, No. 4, pp. 253-259. https://doi.org/10.3103/S0095452718040060