Скрининг проростков Robinia pseudoacacia L. на устойчивость к солевому стрессу для последующего выявления устойчивых генотипов молекулярно-генетическими методами

Актуальность. На засушливых территориях наряду с дефицитом влаги неблагоприятным экологическим фактором часто является засоление почвы. Робиния лжеакация (Robinia pseudoacacia L.) широко используется в агролесомелиорации на засушливых землях. Поэтому важным представляется выявление генотипов этой породы с повышенной устойчивостью к солевому стрессу.

Объект. Семена и проростки робинии лжеакации.

Материалы и методы. Проращивали семена робинии лжеакации и выращивали проростки в присутствии различных концентраций NaCl (от 0 до 300 мМ). Оценивалась всхожесть семян, масса и размеры проростков, а также ряд биохимических показателей, связанных с ответом растений на стресс.

Результаты и выводы. Было установлено, что всхожесть семян робинии снижалась при увеличении концентрации NaCl (с 93% при 0 мМ до 9% при 300 мМ). При выращивании в присутствии NaCl также наблюдались определенные изменения в морфологических характеристиках и биохимических показателях. Была выявлена сильная отрицательная корреляция между концентрацией NaCl и отношением длин надземной части и корней проростков. Выделение ДНК предложенным методом позволило получить препараты приемлемого для молекулярно-генетических исследований качества. Таким образом, разработанную нами систему можно считать подходящей для скрининга солеустойчивых растений робинии лжеакации с последующим выявлением устойчивых генотипов молекулярно-генетическими методами.

1. Ainsworth E. A., Gillespie K. M. Estimation of total phenolic content and other oxidation substrates in plant tissues using Folin-Ciocalteu reagent. Nature Protocols. 2007. V. 2. № 4. Pр. 875-877.

2. Eswar D., Karuppusamy R., Chellamuthu S. Drivers of soil salinity and their correlation with climate change. Current Opinion in Environmental Sustainability. 2021. V. 50. Pр. 310-318.

3. Gu J., Weina L., Akinnagbe A., Wang J., Jia L., Yang M. Effect of salt stress on genetic diversity of Robinia pseudoacacia seedlings. African Journal of Biotechnology. 2012. V. 11. № 8. Pр. 1838-1847.

4. Isah T. Stress and defense responses in plant secondary metabolites production. Biological Research. 2019. V. 29. № 52 (1). P. 39.

5. Liang H., Meng Z., Li Z., Liu G. The Effect of Robinia pseudoacacia Plantation on Soil Desiccation across Different Precipitation Zones of the Loess Plateau, China. Forests. 2022. V. 13. № 2. P. 321.

6. Liu L., Huang F.-L., Luo Q.-X, Pang H.-Y., Meng F.-J. cDNA- AFLP analysis of the response of tetraploid black locust (Robinia pseudoacacia L.) to salt stress. African Journal of Biotechnology. 2012. V. 11. № 13. Рр. 3116-3124.

7. Liu S., Jiang Y., Guo X., Xu L., Lei P., Luo Q., Liu J., Li W., Tao L., Meng F. The lectin gene TRpL1 of tetraploid Robinia pseudoacacia L. response to salt stress. Journal of Forestry Research. 2022. doi:10.1007/s11676-022-01479-0.

8. Luo Q., Peng M., Zhang X., Lei P., Ji X., Chow W., Meng F., Sun G. Comparative mitochondrial proteomic, physiological, biochemical and ultrastructural profiling reveal factors underpinning salt tolerance in tetraploid black locust (Robinia pseudoacacia L.). BMC Genomics. 2017. V. 18. P. 648.

9. Mantovani D., Veste M., Böhm C., Vignudelli M., Freese D. Spatial and temporal variation of drought impact on black locust (Robinia pseudoacacia L.) water status and growth. iForest. 2015. V. 8. Pр. 743-747.

10. Mao P., Zhang Y., Cao B., Guo L., Shao H., Cao Z., Jiang Q., Wang X. Physiological and Proteomic Responses of Diploid and Tetraploid Black Locust (Robinia pseudoacacia L.) Subjected to Salt Stress. Int J Mol Sci. 2013. V. 14. № 10. Pр. 20299-20325.

11. Maoa P., Zhanga Y., Caoa B., Guoa L., Shaobc H., Caoa Z., Jianga Q., Wanga X. Effects of salt stress on eco-physiological characteristics in Robinia pseudoacacia based on salt-soil rhizosphere. Science of The Total Environment. 2016. V. 568. Pр. 118-123.

12. Matić P., Sabljić M., Jakobek L. Validation of spectrophotometric methods for the determination of total polyphenol and total flavonoid content. Journal of AOAC International. 2017. V. 100. Pр. 1795-1803.

13. Meng F., Luo Q., Wang Q., Zhang X., Qi Z., Xu F., Lei X., Cao Y., Soon Chow W., Sun G. Physiological and proteomic responses to salt stress in chloroplasts of diploid and tetraploid black locust (Robinia pseudoacacia L.). Scientific Reports. 2016. V. 6. P. 23098.

14. Moorhouse-Gann R. J., Dunn J. C., de Vere N., Goder M., Cole N., Hipperson H., Symondson W. O. C. New universal ITS2 primers for high-resolution herbivory analyses using DNA metabarcoding in both tropical and temperate zones. Scientific Reports. 2018. V. 8. № 8542.

15. Nicolescu V. N., Rédei K., Mason W. L. et al. Ecology, growth and management of black locust (Robinia pseudoacacia L.), a non-native species integrated into European forests. Journal of Forestry Research. 2020. V. 31. Pр. 1081-1101.

16. Niu Ch., Kebede H., Auld D. L., Woodward J. E., Burow G., Wright R. J. A safe inexpensive method to isolate high quality plant and fungal DNA in an open laboratory environment. African Journal of Biotechnology. 2008. V. 7. № 16. Pр. 2818-2822.

17. Sahu S. K., Thangaraj M., Kathiresan K. DNA Extraction Protocol for Plants with High Levels of Secondary Metabolites and Polysaccharides without Using Liquid Nitrogen and Phenol. ISRN Molecular Biology. 2012. Р. 205049.

18. Schrader C., Schielke A., Ellerbroek L., Johne R. PCR inhibitors – occurrence, properties and removal. Journal of Applied Microbiology. 2012. V. 113. № 5. Pр. 1014-1026.

19. Staruhina A. O., Popova A. S., Zaitsev V. G. The Quantification of Chlorophylls and Carotenoids in the Same Sample of an Individual Condition Assessment of Agricultural Plant’s Seedlings. Scientific Agronomy Journal. 2021. V. 2. № 113. Pр. 18-22.

20. Uçarlı C. Effects of Salinity on Seed Germination and Early Seedling Stage. Abiotic Stress in Plants. London. IntechOpen. 2020.

21. Weina L., Haiyue J., Minsheng Y., Juntao G. Selection of salt-tolerance on Robinia pseudoacacia seedings and impact of salt stress on seedlings physiological characteristics. Journal of Agricultural University of Hebei. 2010. V. 33. № 3. Pр.62-66.