Expression dynamics of DREB transcription factor genes in poplar and birch clones in vitro

The expression of the DREB1 and DREB2 genes was studied using leaves of the upper layer of in vitro clones of white poplar ( Populus alba L.), gray poplar ( P. × canescens (Aiton) Sm.), a hybrid of white poplar and aspen ( P. alba L. × P. tremula L.), downy birch ( Betula pubescens Ehrh.) and B. pendula f. “ dalecarlica ” (L. f.) Schneid. exposed to salt stress and control plants. Microplants were exposed to salt stress four times (½ WPM + 1% NaCl) for 3 weeks, alternating their stay on ½ WPM for 3-4 weeks. Control samples were kept on ½ WPM without salt addition. The studied transcription factor genes showed differential changes in the expression level in poplar and birch clones. The level of gene expression after exposure to salt stress on control samples increases in clones of downy birch; a clone of B. pendula f. “ dalecarlica ” showed a slight change in the expression level. For all samples that had previously undergone exposure to salt stress, a decrease in the level of expression was characteristic with the next exposure to the factor. Evaluation of the expression of the analyzed transcription factors revealed the presence of a pronounced stress response (decrease or increase in the level of gene expression) in birch clones and some poplar clones after exposure to 1% NaCl in the nutrient medium ½ WPM. A significant decrease in the expression level upon repeated exposure to salt stress indicates the sensitivity of the clones to the stress factor.

populus, Betula, poplar, birch, DREB1, DREB2, salinity, drought, salt stress, gene expression

1. Гродецкая Т.А. Гродецкая Т.А., Евлаков П.М., Исаков И.Ю. Анализ экспрессии генов стрессоустойчивости в условиях воздействия засухи на растения березы в Центрально-Черноземном регионе // Лесотехнический журнал. - 2020. - Т. 10. № 2 (38). - С. 23-34. DOI: 10.34220/issn.2222-7962/2020.2/3.

2. Епринцев А.Т., Попов В.Н., Федорин Д.Н. Идентификация и исследование экспрессии генов: учебно-методическое пособие для вузов. - Воронеж: Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2008. - С. 3-15.

3. Иванищев В.В., Евграшкина Т.Н., Бойкова О.И., Жуков Н.Н. Засоление почвы и его влияние на растения // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. - 2020. - № 3. - С. 28-42.

4. Кондратьева А.М., Федулова Т.П. Исследование экспрессии генов CBL1 и CBL2 тополей в условиях моделируемого солевого стресса в культуре in vitro // Актуальные вопросы изучения наземных и водных экосистем среднерусской лесостепи. - Вып. 2. - 2021. - С. 19-23.

5. Панкова Е.И., Воробьева Л.А., Гаджиев И.М., Горохова И.Н., Елизарова Т.Н., Королюк Т.В., Лопатовская О.Г., Новикова А.Ф., Решетов Г.Г., Скрипникова М.И., Славный Ю.А., Черноусенко Г.И., Ямнова И.А. Засоленные почвы России. - М.: Академкнига, 2006. - 857 с.

6. Панкова Е.И., Конюшкова М.В., Горохова И.Н. О проблеме оценки засоленности почв и методике крупномасштабного цифрового картографирования засоленных почв // Экосистемы: Экология и динамика. - 2017. - Т. 1 (1). - С. 26-54.

7. Ржевский С.Г., Гродецкая Т.А., Федулова Т.П., Евлаков П.М. Идентификация и исследование экспрессии генов стрессоустойчивости у тополей // Лесотехнический журнал. - 2018. - Т. 8. - № 4 (32). - С. 29-37. DOI: 10.12737/article_5c1a3210046e86.17339317.

8. Ржевский С.Г., Гродецкая Т.А., Федулова Т.П., Евлаков П.М. Влияние холодового стресса на экспрессию генов факторов транскрипции у селекционноценных генотипов тополя // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. - 2019. - № 4. - С. 67-73.

9. Табацкая Т.М., Аминева Е.Ю., Машкина О.С. Биотехнологическая оценка коллекционного материала березы и тополя в условиях солевого стресса в культуре in vitro // Современное состояние, проблемы и перспективы развития аграрной науки: материалы V международной научно-практической конференции (Симферополь, 5-9 октября 2020 г.). - Симферополь, 2020. - С. 190-191.

10. Чудинова Л.А., Орлова Н.В. Физиология устойчивости растений: учеб. пособие к спецкурсу. - Пермь, 2006. - 124 с.

11. Agarwal P.K., Agarwal P., Reddy M.K., Sopory S.K. Agarwal P.K. Role of DREB transcription factors in abiotic and biotic stress tolerance in plants // Plant Cell Rep. - 2006. - No. 25 (12). - P. 1263-1274. DOI: 10.1007/s00299-006-0204-8.

12. Chen W.J., Zhu T.Networks of transcription factors with roles in environmental stress response // Trends Plant Sci. - 2004. - No. 9 (12). - P. 591-596. DOI: 10.1016/j.tplants.2004.10.007.

13. Chen J., Xia X., Yin W. Expression profiling and functional characterization of a DREB2-type gene from Populus euphratica // Biochemical and Biophysical Research Communications. - 2009. - Vol. 378. - No. 3. - P. 483-487. DOI: 10.1016/j.bbrc.2008.11.071.

14. Lata C., Prasad M. Role of DREBs in regulation of abiotic stress responses in plants // J Exp Bot. - 2011. - No. 62 (14). - P. 4731-4748. DOI10.1093/jxb/err210.