Получение трансгенных растений Arabidopsis thaliana с геном фитазы микробного происхождения под контролем вирусного промотора тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.03, кандидат наук Валеева, Лия Рашитовна

• Валеева, Лия Рашитовна
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Валеева, Лия Рашитовна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1 Фитазы бактерий как основа новых биотехнологий

1.1 Классификация и свойства фитаз

1.1.1 Гистидиновые кислые фитазы (HAPs)

1.1.2 Р-Пропеллерные фитазы (BPPs)

1.1.3 Цистеиновые фосфатазы (CPs)

1.1.4 Пурпурнокислые фитазы (PAPs)

1.2 Распространенность фитаз в живой природе

1.3 Биологические функции фитаз

2 Распространенность фитата, локализация и функции

3 Гетерологичные системы экспрессии на основе генов фитаз

3.1 Оптимизация гетерологичной экспрессии фитаз

в растениях

3.2 Кодон-оптимизация генов для гетерологичной экспрессии

3.3 Свойства рекомбинантных фитаз,

экспрессируемых растениями

4 Агробактериальная трансформация растений

4.1 Бинарные векторные системы

4.2 Arabidopsis thaliana - модельный организм для изучения рекомбинантной

экспрессии

Заключение

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

1 Штаммы и культуры бактрий

2 Плазмиды и конструкции экспрессионных систем

3 Трансформация бактерий

4 Растения Arabidopsis ^аНапа

5 Агробактериальная трансформация растений

6 Выделение геномной ДНК растений

7 Выделение тотальной РНК растений

8 Получение кДНК

9 Полимеразная цепная реакция (ПЦР)

10 Электрофорез ДНК

11 Выделение белкового экстракта из тканей растений

12 Электрофорез в ПААГ

13 Вестерн-блоттинг

14 Определение фитазной активности

15 Характеристика растений при росте на средах

с разными источниками фосфора

16 Геноинформатика

17 Статистическая и компьютерная обработка данных

РЕЗУЛЬТАТЫ

1 Получение гетерологичной системы экспрессии гена бактериальной фитазы РаМова agglomerans в Arabidopsis МаНапа

1.1 Создание гетерологичного вектора экспрессии

гена бактериальной фитазы

1.2 Получение рекомбинантного штамма Agrobacterium tumefaciens с интегрированным геном бактериальной фитазы

1.3 Агробактериальная трансформация и получение гомозиготных по интегрированному гену фитазы линий А. ^аНапа

2 Анализ экспрессии гена бактериальной фитазы в А. ^аНапа

2.1 Экспрессия бактериальной фитазы

на транскрипционном и трансляционном уровне

2.2 Активность бактериальной фитазы,

экспрессируемой растениями

3 Характеристика растений,

экспрессирующих модифицированную бактериальную фитазу

3.1 Влияние гетерологичной экспрессии

на жизнеспособность семян растений

3.2 Влияние гетерологичной экспрессии

на рост и морфологию модифицированных растений

3.3 Содержание фосфора в тканях растений

при росте на среде с фитатом

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Получение трансгенных растений Arabidopsis thaliana с геном фитазы микробного происхождения под контролем вирусного промотора»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Наряду с органическими соединениями важную роль в жизнедеятельности организмов играют минеральные элементы, необходимые для многих реакций, протекающих в клетках. Дефицит некоторых из них может привести к необратимым последствиям. Жизненноважным элементом для клетки является фосфор. Он выполняет структурную и регуляторную функции, включаясь в молекулы нуклеиновых кислот, липидов мембран клеток, молекул АТФ, а также молекул внутриклеточной сигнальной системы. Необходимый уровень фосфора поддерживается транспортом ионов неорганического фосфата из окружающей среды. Растения и микроорганизмы получают ионы фосфора в процессе питания из различных источников. Для растений поступление фосфора обеспечивается корневым питанием. Поэтому основополагающим фактором в обеспечении растений минеральными элементами является достаточное содержание их легкоусвояемых форм в окружающей среде. В настоящее время сокращение запасов природного неорганического фосфата в форме природных апатитов и фосфоритов является серьезной проблемой для сельского хозяйства [Plaxton, Tran, 2011]. Фосфор накапливается в почве в виде труднорастворимых инозитолфосфатов (фитатов). Входящие в состав фитата фосфатные остатки не усваиваются корнями растений [Belgaroui et al., 2015, 2016]. Таким образом, фитат является главным лимитирующим фактором роста и развития растений. Кроме того, фитат проявляет и другие антиалиментарные свойства, связывая многие ионы металлов (кальций, цинк, магний, железо), неорганические и органические анионы (нитрат, малат, сульфат), также молекулы белков и сахаров. Хелатированные фитаты, устойчивые к биодеградации, недоступны для большинства живых организмов. Поскольку фитат в больших

количествах содержится в почве и в семенах растений, его негативное действие отражается на жизнедеятельности растений и животных.

Кроме отрицательного влияния на питание живых организмов, фитат имеет пагубное воздействие на окружающую среду. Фитат из остатков растительных тканей и неусвоенный животными фитат, попадая в почву, вымывается в водоемы и накапливается, что ведет к неконтролируемому росту цианобактерий и водорослей и дальнейшей эвтрофикации, проявляющейся в заболачивании водоемов, дефиците кислорода и гибели водной флоры и фауны [Joshi, Satyanarayana, 2015].

Широкая распространенность фитата в окружающей среде представляет научный и практический интерес в качестве перспективного альтернативного источника фосфора. Это связано с уникальным действием специфических фосфогидролаз - фитаз, которые синтезируются многими почвенными микроорганизмами. Использование фитаз бактерий и микромицетов является эффективным способом утилизации фитата и повышения доступности фосфата почв. Развиваются биотехнологии на основе экспрессии фитаз бактерий и грибов в растениях, что позволяет обойти проблемы, связанные с неустойчивостью и деградацией ферментов в процессе их производства и внесения в почву или корма.

Цель работы - создание эффективной системы экспрессии бактериальной фитазы Рап^а agglomerans под управлением конститутивного вирусного промотора в растениях.

В связи с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Создать гетерологичную систему экспрессии фитазы Р. agglomerans для трансформации растений.

2. Получить растения А. ^аНапа, гомозиготные по интегрированному гену бактериальной фитазы Р. agglomerans.

3. Установить экспрессию гена бактериальной фитазы Р. agglomerans в растениях.

4. Определить фитазную активность и локализацию бактериального фермента в тканях растений А. МаНапа.

5. Изучить влияние экспрессии бактериальной фитазы на рост и развитие растений.

6. Определить содержание фосфора в тканях растений при росте на средах с разными источниками фосфора.

Научная новизна.

Впервые разработана эффективная система конститутивной экспрессии бактериальной гистидиновой кислой фитазы РаМоеа agglomerans для растений А. МаНапа. Показана способность модифицированных растений экспрессировать активную бактериальную фитазу под контролем конститутивного вирусного промотора во всех тканях. Установлено, что под управлением растительного сигнального пептида экстенсина Л1Бх1 бактериальный фермент эффективно экспрессируется в ризосфере корней. Нами показано, что рекомбинантная фитаза, экспрессируемая растениями, не теряет каталитической активности и позволяет растениям расти на среде с фитатом в качестве источника фосфата, при этом содержание фосфора в тканях растений поддерживается на нормальном физиологическом уровне. Установлено, что экспрессия фитазы не оказывает негативного влияния на рост и развитие растений.

Практическая значимость работы.

Установлено, что синтез бактериальной фитазы способствует усвоению почвенного фитата корнями растений, их росту и развитию в условиях недостатка неорганического фосфата. Новая экспрессионная система может быть использована для преодоления дефицита фосфора в питании растений при их росте в фитатобогащенных почвах, для решения проблемы недоступности

фосфора в кормах растительного происхождения для животных с однокамерным желудком и проблемы эвтрофикации водоемов вследствие выброса недоступного фосфора, содержащегося в растительных остатках.

Положения, выносимые на защиту:

1. Получена гетерологичная система экспрессии на основе гена бактериальной фитазы P. agglomerans и конститутивного вирусного промотора.

2. Бактериальная фитаза P. agglomerans экспрессирована в клеточной стенке клеток растений A. ^аНапа.

3. Экспрессия бактериальной фитазы позволяет выращивать модифицированные растения на среде с фитатом в качестве единственного источника фосфора, способствует улучшению их роста и развития в условиях дефицита фосфора.

Степень достоверности результатов исследований подтверждается многократными экспериментами, проведенными с соблюдением методик, имеющих мировые стандарты; анализ результатов проводили на современном высокоточном оборудовании и с использованием методов статистической обработки данных; результаты обсуждались на многочисленных научных конференциях с ведущими специалистами в данной области; результаты опубликованы в зарубежных научных изданиях, рецензируемых ведущими учеными в данной области.

Апробация работы. Основные положения диссертации представлены на Международных, Всероссийских и региональных конференциях: V Съезде биохимиков России (Дагомыс, 2016), Конгрессе Федерации европейских биохимических обществ (БЕВЗ, 2016), Всероссийском научном форуме «Наука будущего - наука молодых» (Казань, 2016), Молодежной научной конференции «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии», РАСН, Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной

биотехнологии (Москва, 2013, 2016), Всероссийской научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные аспекты биотехнологии» (Иркутск, 2015), Международной научно-практической конференции «Постгеномные методы анализа в биологии, лабораторной и клинической медицине» (Казань, 2012, 2014), Всероссийской школе-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Материалы и технологии XXI века» (Казань, 2012, 2014), Международной Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2013, 2014), Конгрессе Федерации европейских биохимических обществ (FEBS) «Биологические механизмы» (Санкт-Петербург, 2013), XIX и XX Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых: «Михаил Ломоносов», (Москва, МГУ, 2012, 2013,

2015), XX Международной конференции «Биология клеток растений in vitro и биотехнология» (Казань, 2013), Итоговой научно-образовательной конференции студентов Казанского (Приволжского) федерального университета (Казань 2015,

2016).

Связь с научными программами и собственный вклад автора в исследования. Работа выполнена в рамках государственной программы повышения конкурентоспособности «Казанского (Приволжского) федерального университета» среди ведущих мировых научно-исследовательских центров, на базе Open Lab «Микробные биотехнологии». Исследования выполнены при поддержке грантов РФФИ №15-04-01645а и РФФИ № 16-08-00583а, Федеральной целевой программы «Научные и научно - педагогические кадры инновационной России» 2009-2013гг. (ГК № П344, ГК № П406, ГК № П323, ГК № 815, ГК № 1053, ГК № 14.А18.21.0575), а также за счет средств субсидии, выделенной Казанскому федеральному университету для выполнения государственного задания в сфере научной деятельности (проект №14-83 0211/02.11.10083.001).

Личный вклад автора заключается в разработке основной проблемы исследования, планирования, организации и реализации ее экспериментального решения, интерпретации результатов.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 36 научных работ в том числе 11 статей 2 тезиса в рецензируемых журналах, рекомендуемых ВАК для публикации материалов диссертации, 1 учебно-методическое пособие.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает разделы: введение, обзор литературы, материалы и методы, результаты исследований, обсуждение результатов, заключение и список литературы. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 11 таблиц и 23 рисунка. Библиография содержит 124 наименования статей российских и зарубежных авторов.

Благодарности. Автор выражает признательность научному руководителю д.б.н., профессору Института фундаментальной медицины и биологии М.Р. Шариповой за постановку проблемы и внимательное отношение к работе, научному консультанту в.н.с., Ph.D. Е.В. Шакирову, (Техасский университет в Остине, США) за помощь в освоении новых методов и обсуждение результатов, к.б.н., с.н.с. Н.П.Балабан за помощь в освоении теоретического материала, к.б.н. Ч. Нямсурэн за поддержку и помощь в работе. Автор выражает искреннюю благодарность всем сотрудникам кафедры и лаборатории за всестороннюю помощь и доброжелательную рабочую атмосферу.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1 Фитазы бактерий как основа новых биотехнологий

В настоящее время более 500 промышленных продуктов производится с использованием ферментов, причем свыше 150 технологий синтеза основаны на микробном катализе [Adrio et al., 2014]. Бактериальные ферменты находят широкое применение в различных областях промышленности: пищевой (протеиназы, амилазы, липазы), легкой (протеиназы, целлюлазы), химической (оксидазы), сельском хозяйстве (фитазы) [Konietzny, Greiner, 2004].

Важным направлением в использовании ферментов является их применение в качестве кормовых добавок. Рассматривают четыре основные группы промышленно важных ферментов: гликаназы для обработки сырья из зерна с высоким содержанием клейковины (пшеница и ячмень), ферменты для обработки зерна с низким содержанием клейковины (сорго, кукуруза), ферменты для обработки незерновых культур (соя и др. бобовые) и микробные фитазы для повышения доступности фосфора в кормах и почве [Ravindran, 2013]. Последнее направление привлекает интерес исследователей в связи с усугубляющейся проблемой недостатка фосфора в питании растений и животных.

Сфера практического применения фитаз связана с сельским хозяйством, а именно, в качестве пищевых добавок в корма сельскохозяйственных животных. Позже фитазы стали рассматривать как агенты, позволяющие сокращать выброс связанного фосфата, попадающего в окружающую среду вместе с отходами сельскохозяйственного производства. Эти исследования подтверждают эффективность добавления микробных фитаз в растительные корма для высвобождения фитат-связанного фосфата [Gupta et al., 2015; Singh, Satyanarayana., 2011; Yoon et al., 2011]. Таким образом, включение фитаз в корма

животных решает сразу две проблемы: дефицита фосфора в питании животных с однокамерным желудком, а также выброса неусвоенного фосфата в окружающую среду, вызывающего эвтрофикацию водоемов. Кроме того, стало развиваться направление по использованию фитаз в пищевой промышленности. Поскольку фитат является соединением, затрудняющим усвоение не только фосфора, но и минеральных элементов и белков, добавление фитаз может повысить питательную ценность продуктов питания на основе растительного сырья за счет гидролиза фитата в пищеварительном тракте или непосредственно при производстве продуктов питания. Фитазы могут быть использованы в получении продуктов питания, поскольку инозитолфосфаты, образующиеся при гидролизе фитата, проявляют положительный эффект на метаболизм организма [Коте17пу Огетег, 2004].

Созданные на основе фитаз препараты являются однокомпонентными ферментными добавками. Для более полного усвоения питательных элементов из кормов предпочтительно совместное использование смеси нескольких ферментов. Так, включение добавок из комбинации ферментов (фитаз, протеаз, а-галактозидаз, Р-глюканаз и ксиланаз) в рационы животных на основе зерновых культур позволяет оказывать дополнительный положительный эффект на усвоение питательных элементов [Ядутёгап, 2013].

Фосфорный дефицит в питании растений и животных, возникший в результате нерационального использования ресурсов Земли, стал глобальной проблемой, требующей разработки новых подходов в ее решении, среди которых особое место занимают современные технологии на основе молекулярной биологии и генной инженерии. Особое внимание научных исследователей и предпринимателей в разработке новых биотехнологий приковано к фитазам [Огетег, Коте17пу, 2010].

Фитазы (мио-инозитолгексакисфосфат фосфогидролазы) представляют группу фосфомоноэстераз, способных к поэтапному дефосфорилированию фитата - наиболее распространенного органического соединения фосфора в природе. Первая фитаза обнаружена в 1907 году в составе рисовых отрубей, вскоре после первых работ по исследованию соединения фитата [Lei et al., 2013]. В дальнейшем фитазы обнаружены у микроорганизмов, растений и в некоторых тканях животных [Greiner, Konietzny, 2010]. В семенах ячменя, кукурузы, риса, пшеницы, спельты (полбы), сои, тыквы, а также в клетках микромицетов Aspergillus niger, A. oryzae, E. coli, Saccharomyces cerevisiae обнаружены многочисленные формы фитат-гидролизующих ферментов. Фитазы обнаружены в различных бактериях, таких как Pseudomonas sp., Bacillus sp., Raoultella sp., Escherichia coli, Citrobacter braakii, Enterobacter анаэробные бактерии рубца жвачных животных Selenomonas ruminantium, Megasphaera elsdenii, Prevotella sp., Mitsuokella multiacidus, и Mitsuokella jalaludinii. Идентифицированы несколько штаммов лактобактерий, синтезирующих фитазы. Общим для микробных фитаз является то, что большая часть внеклеточных фитаз имеет грибное происхождение, тогда как бактериальные фитазы - в основном, внутриклеточной локализации. Лишь некоторые бактерии, такие как Bacillus sp. и Enterobacter, синтезируют внеклеточные фитазы. Фитазы бактерии E. coli локализованы в периплазматическом пространстве, а фитазная активность бактерий Selenomonas ruminantium и Mitsuokella multiacidus ассоциирована с внешней мембраной клеточной стенки [Konietzny, Greiner, 2002, 2004]. Разнообразие фитаз свидетельствует о различиях в стереоспецифичности дефосфорилирования фитата, различных механизмах регуляции, внутри- и внеклеточной локализации, и, таким образом, о многообразии выполняемых ими физиологических функций [Greiner, Konietzny, 2010].

Активное изучение фитаз связано с возможностью их использования в качестве добавок в корма животных с однокамерным желудком с целью снижения выброса фосфора в окружающую среду. Однако фитазы могут применяться для повышения питательной ценности кормов за счет высвобождения связанных с фитатом ионов металлов, белков и других питательных элементов. Многообещающим направлением в биотехнологии является получение растений, экспрессирующих микробные фитазы и способных усваивать фитат-связанный фосфор почв [Greiner, Konietzny, 2006]. Кроме того, фитазы могут быть использованы для получения менее фосфорилированных форм инозитолфосфатов, которые, в свою очередь, имеют потенциальное применение в медицине [Lei, Porress, 2007].

1.1 Классификация и свойства фитаз

Фитазы (мио-инозитолгексакисфосфат фосфогидролазы) гидродизуют фитат до менее фосфорилированных форм мио-инозитолфосфата (от пента- до моно-инозитолфосфата). При полном гидролизе фитата образуется одна молекула мио-инозитола и шесть молекул фосфата. Интермедиатами частичного гидролиза являются моно-, ди-, три-, тетра- и пента-мио-инозитолфосфаты и остатки фосфорной кислоты [Rao et al., 2009].

Классификация фитаз основана на различных критериях.

В зависимости от стереоспецифичности фитаз их подразделяют на 3-фитазы (мио-инозитолгексакисфосфат-3-фосфогидролазы, EC 3.1.3.8), 6-фитазы (мио-инозитолгексакисфосфат-6-фосфогидролазы, EC 3.1.3.26), и 5-фитазы (мио-инозитолгексакисфосфат-5-фосфогидролазы, EC 3.1.3.72) [Rao et al., 2009].

3-фитазы выделены из бактерий и микромицетов (Aspergillus niger, Neurospora crassa, Pseudomonas, Klebsiella sp. ASR1). Для этой группы фитаз характерна инициация гидролиза фитата в d-3 положении остатка фосфата в

инозитольном кольце молекулы. 6-Фитазы гидролизуют фитат по шестому остатку фосфата (d-4 (L-6) положение); фитазы этой группы обнаружены у бактерий Escherichia coli, инфузорий Paramecium. В группу 5-фитаз входят ферменты растительного происхождения (Medicago sativa, Phaseolus vulgaris, Pisum sativum), гидролиз фитата которыми начинается с пятого фосфатного остатка. Основным отличием 6-фитаз от 5-фитаз растительного происхождения в деградации фитата является то, что конечным продуктом последних является мио-инозитол пентакисфосфат [Rao et al., 2009; Yao et al., 2011; Konietzny, Greiner, 2002].

Классификация фитаз проводится на основании рН-оптимума каталитической активности (щелочные и кислые фитазы), на основании механизма катализа (гистидиновые кислые фосфатазы, ß-пропеллерные фитазы, цистеиновые фосфатазы и пурпурно-кислые фосфатазы), а также на основании стереоспецифиности реакции гидролиза (3-, 5- и 6-фитазы) [Lei, Porress, 2007].

На основании рН-оптимума фитазы могут быть разделены на два обширных класса: кислые и щелочные фитазы [Yao et al., 2011]. По общим биохимическим свойствам (аминокислотная последовательность в активном центре фитазы) и каталитическим механизмам фитазы классифицированы на четыре группы: гистидиновые кислые фосфатазы, ß-пропеллерные фитазы, пурпурно-кислые фосфатазы и цистеиновые фитазы [Mullaney, Ullah, 2007; Rao et al., 2009]. Группы фитаз HAPs, PAPs и CPs относятся к кислым фитазам; также кислой фитазой является тирозиновая фосфатаза (PTP)-подобная фитаза (инозитолполифосфатаза IPPаза - фитаза phyAme) анаэробной бактерии Megasphaera elsdenii [Yao et al., 2011; Puhl et al., 2009]. Кислые фитазы обнаружены у микроорганизмов семейства Enterobacteriaceae: E. coli, Pantoea agglomerans, Shigella sp., Enterobacter cloacea [Cottrill et al, 2002; Greiner, 2004; Kalsi et al, 2016; Pal Roy et al., 2016]. В группу гистидиновых кислых фитаз входят грибные и бактериальные ферменты. Фитазы

HAPs выделены из микромицетов рода Aspergillus, бактерий E. coli. Цистеиновые фитазы являются новым классом фитаз, впервые описанным для анаэробных бактерий Selenomonas ruminantium, обитающих в пищеварительном тракте жвачных животных [Yanke et al, 1999; Chu et al., 2004]. Группа Р-пропеллерных фитаз объединяет в основном ферменты бактерий рода Bacillus; Р-пропеллерная фитаза впервые выделена из клеток грамположительных спорообразующих почвенных бактерий рода Bacillus [Keruovo et al., 1998; Yao et al., 2011]. Название связано с наличием в структуре фитаз этой группы структуры 6-лопастного Р-складчатого слоя [Rao et al, 2009].

Большинство ферментов, относящихся к 3-фитазам, обнаруживают гомологию с BPPs или HAPs. 5-Фитаза из растительной пыльцы хотя и имеет конформацию, сходную с HAPs, однако у нее отсутствует консервативная последовательность активного центра, характерная для этой группы фитаз. Наибольшая гомология 5-фитаз прослеживается с множественными инозитол-полифосфат фосфатазами (multiple inositol polyphosphate phosphatase, MINPP) из тканей млекопитающих (человека, крыс). Некоторые фитазы групп PAPs, HAPs относят к 6-фитазам [Bohn et al, 2008; Mehta et al, 2006].

1.1.1 Гистидиновые кислые фосфатазы (НАР»)

Первой наиболее полно исследованной группой фитаз является класс гистидиновых кислых фитаз (HAPs). HAPs - это большой класс ферментов прокариот и эукариот, для которых характерны два значения рН-оптимума (2.5 и 5.0). Механизм катализа реакции у всех фитаз этой группы обусловлен наличием в структуре активного центра аминокислотной последовательности, состоящей из консервативного N-концевого мотива RHGXRXP и C-концевого мотива HD. После сворачивания молекулы эти удаленные друг от друга последовательности сближаются и формируют единый каталитический центр, где происходит

двухэтапный гидролиз фосфоэфирной связи, в котором принимают участие остаток гистидина N-концевого мотива и остаток аспарагиновой кислоты С-концевого мотива. N-концевой мотив активного центра и окружающие его аминокислотные остатки обнаружены у большинства представителей класса HAPs. Данная последовательность является консервативной для большинства прокариотических гистидиновых кислых фитаз, например, фитазы E. coli [Mullaney, Ullah, 2007].

HAPs фитазы представляют обширную группу кислых фосфатаз, которые в зависимости от организма-продуцента могут гидролизовать ряд субстратов, причем не для всех фитаз основным субстратом является фитат. Это обусловлено свойствами самого фитата: его молекула имеет высокий отрицательный заряд, и при любом механизме катализа активный центр должен приспосабливаться к этому свойству субстрата. Для связывания субстрата в активном центре, необходим положительный заряд активного центра молекулы фермента при кислых значениях рН, что достигается за счет основных аминокислотных остатков. Кроме того, некоторые позиции в последовательности аминокслот субстрат-связывающего сайта консервативны во всех фитазах группы HAPs, как, например остаток лизина Lys300. Он имеет важное значение при специфическом связывании фитата в субстратном сайте HAPs фитаз [Lei, Porress, 2007].

Большинство бактериальных, грибных и растительных фитаз относится к HAPs. Эту группу фитаз подразделяют на две подгруппы на основании специфичности. Некоторые фитазы HAPs обладают широкой субстратной специфичностью, но низкой активностью по гидролизу фитата. Другие, наоборот, характеризуются узкой специфичностью и высокой активностью по отношению к фитату [Bohn et al., 2008]. Хотя аминокислотная последовательность активного центра гомологична у многих ферментов из различных организмов, каталитическая активность фитаз класса HAPs различается. Фитазы мышей и

плодовых мух в отличие от бактериальных фитаз обладают низкой активностью [Mullaney, Ullah, 2007].

Важным фактором в поддержании структуры фитаз группы HAPs является гликозилирование молекул фермента. Присоединение остатков олигосахаридов ведет к повышению стабильности и правильному сворачиванию молекулы фермента. Так, все охарактеризованные внеклеточные грибные фитазы являются гликопротеинами. Еще одним обязательным компонентом в структуре фитаз группы HAPs является образование дисульфидных мостиков в молекуле фермента, необходимых для поддержания третичной структуры [Lei, Porress, 2007].

Гены, кодирующие фитазы, гомологичные HAPs, обнаружены у ячменя и пшеницы, в пыльце лилий. В клетках ризодермы, эндодермы и слоях перицикла полностью сформированной корневой системы кукурузы (Zea mays) экспрессируются фитазы PHYTI и PHYT2 [Maugenest et al., 1997, 1999; Dionisio et al., 2011]. Однако, фитаза кукурузы только на 60% гомологична фитазам класса HAPs; тем не менее, она способна расщеплять мио-инозитол гексакисфосфат. Выделенные из соевых бобов фитазы имели невысокую гомологию с ранее охарактеризованным фитазами кукурузы и микробных ферментов, отнесенных к HAPs [Yao et al., 2011]. Хорошо изученным ферментом этого класса является фитаза E.coli, для которой установлена третичная структура, в формировании которой важную роль играет образование дисульфидных связей [Mullaney, Ullah, 2007]. Причем повышение спецической активности фитазы из E. coli достигается при сайт-направленном мутагенезе, приводящем к удалению одного из мостиков. Вероятно, при этом молекула фитазы приобретает большую гибкость, что обусловливает изменение ее каталитических свойств. [Lei, Porress, 2007].

Фитазы группы HAPs могут иметь мономерную или олигомерную структуру. Грибные фитазы из A. niger и A. fumigates являются мономерами, тогда как фитаза PhytDc из Debaryomyces castellii - тетрамером [Ragon et al., 2009].

Продуцентами грибных фитаз группы HAPs являются многие представители рода Aspergillus (A.niger, A. fumigatus). Изучение кристаллической структуры этих ферментов и исследование их каталитической активности позволило выявить субстратспецифичный сайт, отвечающий за взаимодействие с различными субстратами. Этот сайт играет значимую роль в определении, насколько эффективно фитаза будет гидролизовать .мио-инозитолгексакисфосфат. Аминокислотные остатки субстратспецифического сайта, располагающиеся в позициях, смежных с каталитическим доменом, выполняют роль «контролеров» в определении того, насколько легко сможет какой-либо субстрат взаимодействовать с активным центром [Mullaney, Ullah, 2007].

1.1.2 ß-Пропеллерные фитазы (BPPs)

В то время как кислые фитазы широко распространены в природе, щелочные фитазы являются достаточно редкими ферментами. Фитазы, проявляющие максимальную активность в нейтральных и щелочных средах относятся в основном к группе ß-пропеллерных фитаз [Jog et al., 2005]. Эта группа является относительно новой, причем гомологии с другими известными фитазами не выявлено. Название BPPs фитаз отражает их структуру: ферменты этой группы состоят из ß-пропеллерных складчатых слоев, образующих шестилопастной «пропеллер» (винт).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Валеева, Лия Рашитовна, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Армитидж, Ф. Агробактериальные трансформирующие векторы растений [пер. с англ] // Генная инженерия растений. Лабораторное руководство / Дрейпер Дж., Скотт Р., Армитидж Ф., Дьюри Г., Джэкоб Л., Уолден Р., Кумар Р., Джефферсон Р., Хэмил Дж.; под ред. Дж. Дрейпера - Москва : Мир, 1991. - С. 1116. - Перевод изд. Blackwell Scientific Publication, 1988.

2. Глик, Р. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение [пер. с англ] / Бернард Р. Глик, Джек Дж. Пастернак. - Москва : Мир, 2002. - С. 374 -377. - Перевод изд: Molecular Biotechnology. Principles and Applications of Recombinant DNA / Bernard R. Glick, Jack J. Pasternak. - Washington, D.C.: ASM PRESS, 1998.

3. Дрейпер, Дж. Трансформация клеток двудольных растений с помощью Ti-плазмид Agrobacterium tumefaciens и Ri-плазмид A. rhizogenes [пер. с англ] // Генная инженерия растений. Лабораторное руководство / Дрейпер Дж., Скотт Р., Армитидж Ф., Дьюри Г., Джэкоб Л., Уолден Р., Кумар Р., Джефферсон Р., Хэмил Дж.; под ред. Дж. Дрейпера - Москва : Мир, 1991. - С. 96-97. - Перевод изд. Blackwell Scientifick Publication, 1988.

4. Чумаков, М.И. Механизм агробактериальной трансформации растений / М.И. Чумаков. - Саратов: Изд-во Слово, 2001. - 256 с. - lSBN:5-85571-019-Х.

5. Чумаков, М.И. Теория и практика агробактериальной трансформации растений / М.И. Чумаков: методич. пособие. - Саратов:. 2013. - 31 с.

6. Щелкунов, С. Н. Генетическая инженерия / С.Н. Щелкунов : учеб.-справ. пособие. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2004. - 496с. - ISBN 5-94087098-8.

7. Adrio, J.L., Demain A.L. Microbial enzymes: tools for biotechnological processes/ J.L. Adrio, A. L. Demain// Biomolecules. - 2014. - V. 4. - P. 117 - 139.

8. Agranoff, B. W. Turtles all the way: reflections on myo-inositol/ B. W. Agranoff// J. Biol. Chem.. - 2009. - V. 284 (32). - P. 21121 - 21126.

9. Alkarawi, H. H., Zoltz, G. Phytic acid in green leaves of herbaceous plants - temporal variation in situ and response to different nitrogen/ phosphorus fertilizing regimes/ H.H. Alkarawi, G. Zoltz// AoB Plants. - 2014. - V. 6. - P. 1 - 7.

10. Angov, E. Codon usage: nature's roadmap to expression and folding of proteins/ E. Angov// Biotech. J. - 2011. - V. 6. - P. 650 - 659.

11. Azeke, M. A. effect of germination on the phytase activity, phytate and total phosphorus content of rice (Oryza sativa), maize (Zea mays), millet (Panicum miliaceum), sorgum (Sorghum bicolor) and wheat (Triticum aestivum)/ M. A. Azeke, S. J. Egielewa, M. U. Eibogbo, I. G. Inhimire// J. Food Sci.Technol. - 2011. - V. 48 (6). -P. 724 - 729.

12. Belgaroui, N. Over-expression of the bacterial phytase US417 in Arabidopsis reduces the concentration of phytic acid and reveals its involvement in the regulation of sulfate and phosphate homeostasis and signaling/ N. belgaroui, I. Zaidi, A. Farhat, H. Chouayekh, N. Bouain, S. Chay, C. curie, S. Mari, K. Masmoudi, J.-C. Davidian, P. Berthomieu, H. Rouached, M. Hanin// Plant, Cell Physiol. - 2014. - V. 55. - P. 1912 - 1924.

13. Belgaroui, N. The secretion of the bacterial phytase PHY-US417 by Arabidopsis roots reveals its potential for increasing phosphate acquisition and biomass production during co-growth/ N. Belgaroui, P. Berthomieu, H. Rouached, M. Hanin// Plant Biotech. J. - 2016. - V. 14. - P. 1914 - 1924.

14. Bohn, L. Phytate: impact on environment and human nutrition. A challenge for molecular breeding/ L. Bohn, A.S. Meyer, S.K. Rasmussen // J. Zhejiang Univ. Sci. B. - 2008. - V. 9 (3). - P. 165-191.

15. Camiolo, S. The relation of codon bias to tissue-specific gene expression in Arabidopsis thaliana/ S. Camiolo, L. farina, A. Porceddu// genetics. - 2012. - V. 192.

- P. 641 - 649.

16. Chan, W.-L. Properties of beta-propeller phytase expressed in transgenic tobacco/ W.-L. Chan, S.-C. Lung, B.L. Lim // Protein Expression And Purification. -2006. - V. 46 (1). - P. 100-106.

17. Chatterjee, S. PhyA, a secreted protein ofXanthomonas oryzae pv.oryzae, is required for optimum virulence and growth on phytic acid as a sole phosphate source/ S. Chatterjee, R. Sankaranaryanan, R.V. Sonti // Molecular Plant-microbe Interactions

- 2003. - V.16. - P. 973-982.

18. Chen, R. Transgenic maize plants expressing a fungal phytase gene/ R. Chen, G. Xue, P. Chen, B. Yao, W. Yang, Q. Ma, Y. Fan, Z. Zhao, M.C. Tarczynski, J. Shi // Transgenic Res. - 2008. - V. 17. - P. 633-643.

19. Chu, H.M. Structures of Selenomonas ruminantium phytase in complex with persulfated phytate: DSP phytase fold and mechanism for sequential substrate hydrolysis/ H. M. Chu, R. T. Guo, T.W. Lin, C. C. Chou, H.L.Shr, H. L. Lai, T. Y. Tang, K. J. Cheng// Structure. - 2004. - V. 12. P. 2015-2024.

20. Clough, S. J., Bent, A. F. Floral dip: a simplified method or Agrobacterium-mediated transformation of Arabidopsis thaliana/ S.J. Clough, A. F. Bent // The Plant Journal - 1998. - V.16(6). - P. 735-743.

21. Cottrill, M. A Inositol phosphatase activity of the Escherichia coli agp-encoded acid glucose-1-phosphatase/ M.A. Cottrill, S.P. Golovan, J.P. Phillips, C.W. Forsberg // Canadian Journal of Microbiology - 2002. - V.48. - P. 801-809.

22. Dao, T. H. Ligand effects on inosytol phosphate solubility and bioavailability in animal manures/ T. H. Dao// Inositol Phosphates. Linking Agriculture and the Environment / E. Barberis, L. Celi, W. T. Cooper, T. H. Dao, T. S. George, M.

Heerboth, J. E. Hill, I. Jakobsen [et al.] Edited by B.L. Turner, A.E. Richardson, E.J. Mullaney - CABI, 2007. - P. 169 - 185.

23. Denu, J. M., Dixon J. E. Protein tyrosine phosphatases: mechanisms of catalysis and regulation/ J.M. Denu, J.E. Dixon // Curr. Opin. Chem. Biol. - 1998. - V. 2. - P. 633-641.

24. Dionisio, G. Cloning and characterization of purple acid phosphatase phytases from wheat, barley, maize, and rice/ G. Dionisio, C. K. Madsen, P.B. Holm, K.G. Welinder, M. Jorgensen, E. Stoger, E. Arcalis, H. Brinch-Pedersen // Plant Physiology. - 2011. - V. 156. - P. 1087-1100.

25. Doolette, A. L. Improved techniques for the charachterisation of soil

-5 1

organic phosphorus using P nuclear magnetic resonance spectroscopy and their application to Australian soils: Thesis submitted to the University of Adelaide in fulfilment of requirements for the degree of Doctor of Philosophy / A.L. Doolette; School of Agriculture, Food and Wine University of Adelaide. - Adelaide: 2010. - 131 p.

26. Drakakaki, G. The intracellular fate of a recombinant protein is tissue dependent/ G. Drakakaki, S. Marcel, E. Arcalis, F. Altmann, P. Gonzalez-malandi, R. Fisher, P. Christou, E. Stoger // Plant Physiol. - 2006. - V. 141. - P. 578-586.

27. Erpel, F. Development of phytase-expressing Chlamydomonas reinhardtii for monogastric animal nutrition/ F. Erpel, F. Restovic, P. Arce-Johnson// BMC Biotechnology. - 2016. - V. 16 (29). - P. 1 - 7.

28. Garcia-Mantrana, I. Expression of bifidobacteria! phytases in Lactobacillus casei and their application in a food model of whole-grain sourdough bread/ I. Garcia-Mantrana, M. J. Yebra, M. Haros, V. Monedero// Int. J. Food Microbiol. - 2016. - V. 216. - P. 18 - 24.

29. Gelvin, S. B. Traversing the cell: Agrobacterium T-DNA's journey to the host genome/ S. B. Gelvin // Plant Sci. - 2012. - V.3 - P. 1-11.

30. George, T. S. Behaviour of plant-derived extracellular phytase upon addition to soil/ T. S. George, A. E. Richardson, R. J. Simpson// Soil Biol. Chem. -2005. - V. 37. - P. 977 - 988.

31. Golovan, S. P. Analysis of Sus scrofa liver proteome and identification of proteins differentially expressed between genders, and conventional and genetically enhanced lines/ S. P. Golovan, H. A. Hakimov, C. P. Verschoor, S. Walters, M. Gadish, Ch. Elsik, F. Schenkel, D. K. Y. Chiu, C. W. Forsberg// Comparative Biochem Physiol. Part D. - 2008. - V. 3. - P. 234 - 242.

32. Gontia, I. Transgenic plants expressing phytase gene of microbial origin and their prospective application as feed/ I.Gontia, K.Tantwai, L. P. Singh Rajput, S. Tiwari // Food Techno Biotechnol - 2012. - V.50 (1). - P. 3-10.

33. Greiner, R. Purification and characterization of two phytases from Escherichia coli/ R. Greiner, U. Konietzny, K.-D. Jany// Arch. Biochem. Biophys. -1993. - V. 303. - P. 107 - 113.

34. Greiner, R. Identification and properties of myo-inositol hexakisphosphate phosphohydrolases (phytases) from barley (Hordeum vulgare)/ R. Greiner, K. D. Jany, M. L. Alminger// J. Cereal Sci. - 2000. - V. 31. - P. 127-139.

35. Greiner, R. Degradation of myo-inositol hexakisphosphate by a phytate-degrading enzyme from Pantoea agglomerans/ R.Greiner // The Protein Journal - 2004. - V. 23. - P. 577-585.

36. Greiner, R., Konietzny, U. Phytase for food application/ R. Greiner, U. Konietzny// Food Technol. Biotechnol. - 2006. - V. 44 (2). - P. 125 - 140.

37. Greiner, R. Phytate-degrading Enzymes: Regulation of Synthesis in Microorganisms and Plants/ R. Greiner // Inositol Phosphates. Linking Agriculture and the Environment / E. Barberis, L. Celi, W. T. Cooper, T. H. Dao, T. S. George, M. Heerboth, J. E. Hill, I. Jakobsen [et al.] Edited by B.L. Turner, A.E. Richardson, E.J. Mullaney - CABI, 2007. - P. 78-97.

38. Greiner, R., Konietzny, U. Phytases: biochemistry, enzymology and characteristics relevant to animal feed use/ R. Greiner, U. Konietzny// Enzymes in farm animal nutrition/ A. Barletta, M. Paloheimo, J. Piironen, M. E. Jackson, R. Greiner, U. Konietzny [et al.]. Edited by M. R. Bedford, G. G. Partridge - CABI, 2010. - 96 - 129.

39. Gruninger, R. J. Structural and biochemical analysis of a unique phosphatase from Bdellovibrio bacteriovorus reveals its structural and functional relationship with the protein tyrosine phosphatase class of phytase/ R. J. Gruninger, J. Thibault, M. J. Capeness, R. Till, S. C. Mosimann, R. E. Sockett, B. L. Selinger, A. L. Lovering// PLOS. - 2014. - V. 9 (4). - P. 1 - 10.

40. Gupta, R. K. reduction of phytic acid and enhancement of bioavailable micronutrients in food grains/ R. K. Gupta, S. S. Gangoliya, N. K. Singh// J/ Food Sci. Technol. - 2015. - V. 52 (2). - P. 676 - 684.

41. Haefner, S. Biotechnological production and applications o phytases / S. Haefner, A. Knietsch, E. Sholten, J. Braun, M. Lohscheidt, O. Zelder // Microbiol. Biotechnol. - 2005. - V.68. - P. 588-597.

42. Hegeman, C. E., Grabau, E. A. A novel phytase with sequence similarity to purple acid phosphatase is expressed in cotyledons of germinating soybean seedling / C.E. Hegeman, E.A. Grabau // Plant Physiology - 2001. - V. 126. - P. 1598-1608.

43. Henquet, M. G. L. N-Glycosylation n plants: science and application: Thesis submitted to the Wageningen university in fulfilment of requirements for the degree of PhD. January, 19, 2009 / M. G. L. Henquet; Wageningen, 2009. - 154 p.

44. Hong, C. Y. The sweet potato sporamin promoter confers high-level phytase expression and improves organic phosphorus acquisition and tuber yield of transgenic potato/ C.Y. Hong, K.J. Chang, T.H. Tseng, C.S. Wang, L.F. Liu, S.M. Yu // Transgenic Res. - 2004. - V. 13. - P. 29-39.

45. Huang, H. Diversity, abundance and characterization of ruminal cysteine phytases suggest their important role in phytate degradation/ H. Huang, R. Zhang, D.

Fu, J. Luo, Z. Li, H. Luo, P. Shi, P. Yang, Q. Diao, B. Yao// Environmental Microbiol. - 2011. - V. 13 (3). - P. 747 - 757.

46. Huang, L.-F. Efficient secretion of recombinant proteins from rice suspension-cultured cells modulated by the choice of signal peptide/ L.-F. Huang, C. C. Tan, J. F. Yeh, H. Y. liu, Y. K. Liu, S. L. Ho, C. A. Lu// PLOS. - 2015. - V. 10 (10). -1 - 16.

47. Ireland, M. M. E. Proteomic analysis of the Caulobacter crescentus stalk indicates competence for nutrient intake/ M. M. E. Ireland, J. A. karty, E. M. Quardokus, J. P. Reilly, Y. V. Brun// Mol. Microbiol. - 2002. - V. 45 (4). - P. 1029 -1041.

48. Irvine, R. F. Inositol evolution - towards turtle domination?/ R. F. Irvine// J. Physiol. - 2005. - V. 566 (2). - P. 295 - 300.

49. Jog, S. P. Alkaline phytase from lily pollen: investigation of biochemical properties/ S. P. Jog, B. G. Garchow, B. D. Mehta, P. P. N. Murthy// Arc. Biochem. Biophys. - 2005. - V. 440. - P. 133 - 140.

50. Joshi S., Satyanarayana, T. Heterologous expression of yeast and fungal phytases: developments and future perspectives/ S. Joshi, T. Satyanarayana// Ind. J. Biotech. - 2015. - V. 14. - P. 293 - 311.

51. Kalsi, H. K. Phytases from Enterobacter and Serratia species with desirable characteristics for food and feed application/ H. K. Kalsi, R. Singh, H. S. Dhaliwal, V. Kumar// Biotech. - 2016. - V. 6 (64). - P. 1 - 13.

52. Keruovo, J. Isolation, characterization, molecular gene cloning and sequencing of a novel phytase from Bacillus subtilis/ J. Keruovo, M. Lauraeus, P. Nurminen, N. Kalkkinen, J. Apajalahti// Appl. Environment. Microbiol. - 1998. - V. 64 (6). - P. 2079 - 2085.

53. Kim, O.-H. P-Propeller phytase hydrplyses insoluble Ca - phytate salts and completely abrogatesbthe ability phytate to chelate metal ions [Text] / O-H. Kim,

Y-O. Kim, J.H. Shim, Y.S. Jung, W-J. Jung, W-S. Choi, H. Lee, S-J. Lee, K-K. Kim, JH. Auh, H. Kim, J-W. Kim., T-K. Oh, B-C. Oh // Biohemistry. - 2010. - V. 49. - P. 10216 - 10227.

54. Komari, T. Binary vectors and super-binary vectors/ T. Kumari, Y. Takakura, J. Ueki, N. Kato, Y. Ishida, Y. Hiei// Agrobacterium protocols. 2nd edition. Vol. 1. / F. Altpeter, G. Angenon, M. Ayliffe, P. Bhantnagar, A. N. Binns [et al.] Edited by K. Wang. - Humana Press, 2006. - P. 15 - 43.

55. Konietzny, U., Greiner, R. Molecular and catalytic properties of phytate-degrading enzymes (phytases)/ U. Konietzny, R. Greiner// Int. J. Food Sci. Technol. -2002. - V. 37. - P. 791 - 812.

56. Konietzny, U., Greiner, R. Bacterial phytase: potential application, in vivo function and regulation of its synthesis/ U. Konietzny, R. Greiner// Brasillian J. Micribiol. - 2004. - V. 35. - P. 11 - 18.

57. Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4/ U. K. Laemmli// Nature. - 1970. - V. 227. - P. 680 - 685.

58. Lassen, S. F. Expression, gene cloning, and characterization of five novel phytases from four Basidiomycete fungy: Peniophora lycii, Agrocybe pediades, a Ceriporia sp., and Trametespubescens/ S. F. Lassen, J. Breinholt, P. R. Ostergaard, R. Bruugger, A. Bischoff, M. Wyss, C. C. Fuglsang// Appl. Environment. Microbiol. -2001. - V. 67 (10). - P. 4701 - 4707.

59. Lee, L. Y. T-DNA Binary Vectors and Systems [Текст] / L.Y. Lee, S. B. Gelvin // Plant Physiology - 2008. - V. 146. - P. 325-332.

60. Lehmann, M. The consensus concept for thermostability engineering of proteins/ M. Lehmann, L. Pasamontes, S. F. Lassen, M. Wyss// Biochimica et Biophysica Acta. - 2000. - V. 1543. - P. 408 - 415.

61. Lei, X. G., Porres, J. M. Phytase and inositol phosphates in animal nutrition: dietary manipulation and phosphorus excretion by animals/ X. G. Lei, J. M.

Porres// Inositol Phosphates. Linking Agriculture and the Environment / E. Barberis, L. Celi, W. T. Cooper, T. H. Dao, T. S. George, M. Heerboth, J. E. Hill, I. Jakobsen [et al.] Edited by B.L. Turner, A.E. Richardson, E.J. Mullaney - CABI, 2007. - P. 133 - 150.

62. Lei, X. G. Phytase, a new life for an 'old' enzyme/ X. G. Lei, J. D. Weaver, E. Mullaney, A. H. Ullah, M. J. Azain// Annu. Rev. Anim. Biosci. - 2013. - V. 1. - P. 283 - 309.

63. Lei, X. G., Stahl, C. H. Biotechnological development of effective phytases for mineral nutrition and environmental protection/ X.G. Lei, C.H. Stahl // Appl. Microbiol. Biotechnol. - 2001. - V. 57. - P. 474-481.

64. Lu, K. Cloning and characterization of phosphorus starvation inducible Brassica napus PURPLE ACID PHOSPHATASE 12 gene family, and imprinting of a recently evolved MITE-minisatellite twin structure/ K. Lu, Y. R. Chai, K. Zhang, R. Wang, L. Chen, B. Lei, J. Lu, X. F. xu, J. N. Li// Theor. Appl. Genet. - 2008. - V. 117.

- P. 963 - 975.

65. Lung, S.-C. Secretion of beta-propeller phytase from tobacco and Arabidopsis roots enhances phosphorus utilization/ S.-C. Lung , W.-L. Chan , W. Yip , L. Wang , E. C. Yeung , B. L. Lim // Plant Science - 2005.- V. 169 - P. 341-349.

66. Ma, X.-F. Transgenic expression of phytase and acid phosphatase genes in alfalfa (Medicago sativa) leads to improved phosphate uptake in natural soils/ X.-F. Ma, S. Tudor, T. Butler, Y. Ge, Y. Xi, J. Bouton, M. Harrison, Z.-Y. Wang // Mol. Breeding.

- 2012. - V. 30. - P. 377-391.

67. Maugenest, S. Cloning and characterization of a cDNA encoding a maize seedling phytase/ S. Maugenest, I. Martinez, A. M. Lescure// Biochem. J. - 1997. - V. 322. - P. 511-517

68. Maugenest, S. Structure of two maize phytase genes and their spatiotemporal expression during seedling development / S. Maugenest, I. Martinez, B. Godin, P. Perez, A. M. Lescure// Plant Mol Biol. - 1999. - V. 39. - P. 503-514.

69. McCollum, E. V., Hart, E. B. On the occurrence of phytin-splitting enzyme in animal tissues/ E. V. McCollum, E. B. Hart// J. Biol. Chem. - 1908. - V. 4. -P. 497 - 500.

70. Mehta, B. D. Lily pollen alkaline phytase is a histidine phosphatase similar to mammalian multiple inositol polyphosphate phosphatase (MINPP)/ B/ D/ Mehta, S. P. Jog, S. C. Johnson, P. P. N. Murthy// Phytochem. - 2006. - V. 67. - P. 1874 - 1886.

71. Morton, E. R. Laboratory Maintenance of Agrobacterium/ E. R. Morton, C. Fuqua // NIH Public Access Curr Protoc Microbiol. - 2012. - V. 3D.1. - P. 1 - 8.

72. Mullaney, E. J., Ullah, A. H. J. Phytases: Attributes, Catalytic Mechanisms and Applications/ E. J. Mullaney, A. H.J. Ullah // Inositol Phosphates. Linking Agriculture and the Environment / E. Barberis, L. Celi, W. T. Cooper, T. H. Dao, T. S. George, M. Heerboth, J. E. Hill, I. Jakobsen [et al.] Edited by B.L. Turner, A.E. Richardson, E.J. Mullaney - CABI, 2007. - P. 97-111

73. Murashige, T., Skoog, F. A revised medium for rapid growth and bio-assays with tobacco tissue cultures/ T. Murashige, F. Skoog // Physiol. Plant. - 1962. -V.15. - P. 473-497.

74. Murthy, P. P. N. Identification of Inositol Phosphates by Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Unravelling Structural Diversity / P.P.N. Murthy // Inositol Phosphates. Linking Agriculture and the Environment / E. Barberis, L. Celi, W. T. Cooper, T. H. Dao, T. S. George, M. Heerboth, J. E. Hill, I. Jakobsen [et al.] Edited by B.L. Turner, A.E. Richardson, E.J. Mullaney - CABI, 2007. - P. 7 - 22.

75. Nester, E. W. Agrobacterium: natures genetic engineering/ E. W. Nester// Front. Plant Sci. - 2014. - V. 5. - P. 1 - 16.

76. Nyamsuren, Ch. An improved gene expression system to generate transgenic Arabidopsis thaliana plants harboring a Bacillus ginsengihumi phytase gene/

Ch. Nyamsuren, L. R. Valeeva, M. R. Sharipova, E. V. Shakirov// RJPBC. - 2015. - V. 6 (4). - P. 18 - 24.

77. Oh, B.-C. Biochemical properties and substrate specificities of alkaline and histidine acid phytases/ B-C. Oh, W-C. Choi, S. Park, Y-O. Kim, T-K. Oh // Appl. Microbiol. Biotechnol. - 2004. - V. 63. - P. 362-372.

78. Oh, T. K. Expression of Aspergillus nidulans phy gene in Nicotiana benthamiana produces active phytase with broad specificities/ T. K. Oh, S. Oh, S. Kim, J. S. Park, N. Vinod, K. M. Jang, S. C. Kim, C. W. Choi, S. M. Ko, D. K. Jeong, R. Udayakumar// Int. J. Mol. Sci. - 2014. - V. 15. - P. 15571 - 15591.

79. Pal Roy, M. Cloning and expression of phytase appA gene from Shigella sp. CD2 in Pichia pastoris and comparison of properties with recombinant enzyme expressed in E. coli/ M. Pal Roy, D. Mazumdar, S. Dutta, S. P. saha, S. Ghosh// PLOS.

- 2016. - V. 11 (1). - 1 - 14.

80. Phillippy, B. Q. Certain Malvaceae plants have a unique accumulation of myo-inositol 1,2,4,5,6-pentakisphosphate/ B. Q. Phillippy, I. Y. Perera, J. L. Donahue, G. E. Gillaspy// Plants. - 2015. - V. 4. - P. 267 - 283.

81. Plaxton, W., Tran, H. T. Metabolic adaptations of phosphate-starved plants/ W. C. Plaxton, H. T. Tran// Plant Physiol. - 2011. - V. 156. - P. 1006 - 1015.

82. Puhl, A. A. Stereospecificity of myo-inositol hexakisphosphate hydrolysis by a protein tyrosine phosphatase-like inositol polyphosphatase from Megasphaera elsdenii/ A. A. Puhl, R. Greiner, L. Brent selinger// Appl. Microbiol. Biotechnol. -2009. - V. 82. - P. 95 - 103.

83. Raboy, V. Seed Phosphorus and the Development of Low-phytate Crops [Text] / V. Raboy // Inositol Phosphates. Linking Agriculture and the Environment / E. Barberis, L. Celi, W. T. Cooper, T. H. Dao, T. S. George, M. Heerboth, J. E. Hill, I. Jakobsen [et al.] Edited by B.L. Turner, A.E. Richardson, E.J. Mullaney - CABI, 2007.

- P. 111-133.

84. Ragon, M. Structure of Debaromyces castelii CBS 2923 phytase/ M. Ragon, F. Hoh, A. Aumelas, L. Chiche, G. Moulin, H. Boze// Struct. Biol. Crystall. Comm. Acta Crystall. Sec. - 2009. - V. 65. - P. 321 - 326.

85. Rao, K. V. Molecular characterization, physicochemical properties, known and potential applications of phytases: An overview/ K.V. Rao, T.P. Rao, V.D. Reddy // Critical Reviews in Biotechnology - 2009. - V. 29(2) - P. 182-198.

86. Ravindran, V. Feed enzymes: the science, practice, and metabolic realities/ V/ Ravindran// J. Appl. Poult. Res. - 2013. - V. 22. - P. 628 - 636.

87. Ressayre, A. introns structure patterns of variation in nucleotide composition in Arabidopsis thaliana and rice protein-coding genes/ A. Ressayre, S. glemin, P. Montalent, L. Serre-Giardi, C. Dilmann, J. Joets// genome Biol. Evol. -2015. - V. 7 (10). - P. 2913 - 2928.

88. Richardson, A. Extracellular secretion of Aspergillus phytase from Arabidopsis roots enables plants to obtain phosphorus from phytate/ A. Richardson // The Plant Journal - 2001.- V. 25(6). - P. 641-649.

89. Sambrook, J. Molecular cloning: a laboratory manual, 3nd ed. (v.1)/ Sambrook J., Russel D. // Cold Spring Harbor Lab. Press, Cold Spring Harbor. - NY: 2001.

90. Scott, J. J., Loewus, F. A. A calcium-activated phytase from pollen of Lilium longiflorum / J. J. Scott, F.A. Loewus// Plant Physiology. - 1986. - V. 82. - P. 333-335.

91. Scott, J. J. Alkaline phytase activity in nonionic detergent extracts of legume seeds/ J. J. Scott//Plant Physiology. - 1991. - V. 95. - P. 1298-1302.

92. Selle, P. H. Phytate and phytase: consequences for protein utilization/ P. H. Selle, V. Ravindran, R. A. Caldwell, W. L. Bryden// Nutr. Res. Rev. - 2000. - V. 13. - P. 255 - 278.

93. Shears, S. B. How versatile are inositol phosphate kinases? / S. B. Shears// Biochem. J. - 2004. - V. 377. - P. 265 - 280.

94. Shears, S. B., Turner, B. L. Nomenclature and terminology of inositol phosphates: clarification and a glossary of terms/ S.B. Shears, B. L. Turner // Inositol Phosphates. Linking Agriculture and the Environment / E. Barberis, L. Celi, W. T. Cooper, T. H. Dao, T. S. George, M. Heerboth, J. E. Hill, I. Jakobsen [et al.] Edited by B.L. Turner, A.E. Richardson, E.J. Mullaney - CABI, 2007. - P. 195. Shen, H. Improving inorganic phosphorus content in maize seeds by

introduction of phytase gene / H. Shen, Y. Wang, G. Pan // Biotechnology. - 2008. -V. 7 (2). - P. 323 - 327.

96. Shin, S. Enzyme mechanism and catalytic property of P-propeller phytase/ S. Shin, N. C. Ha, B. C. Oh, T. K. Oh, B. H. Oh// Structure. - 2001. - V. 9. - P. 851 -858.

97. Singh, B., Satyanarayana, T. Microbial phytases in phosphorus acquisition and plant growth promotion [Text] / B. Singh, T. Satyanarayana // Physiol. Mol. Biol. Plants. - 2011. - V. 17. - P. 93-103.

98. Subramoni, S. Agrobacterium tumefaciens responses to plant-derived signaling molecules/ S. Subramoni, N. Nathoo, E. Klimov, Z. C. Yuan// Front. Plant Sci. - 2014. - V. 5. - P. 1 - 12.

99. Suleimanova, A. D. High-quality draft genome sequence of a new phytase-producing microorganism Pantoea sp. 3.5.1/ A. D. Suleimanova, A. A. Toymentseva, E. A. Boulygina, S. V. Kazakov, A. M. Mardanova, N. P. Balaban, M. R. Sharipova// Standards in Genomic Sci. - 2015 a. - V. 10 (95). - P. 1 - 9.

100. Suleimanova, A. D. Novel glucose-1-phosphatase with high phytase activity and unusual metal ion activation from soil bacterium Pantoea sp. Strain 3.5.1/ A. D. Suleimanova, A. Beinhauer, L. R. Valeeva, I. B. Chastukhina, N. P. Balaban, E.

V. Shakirov, R. Greiner, M. R. Sharipova// Appl. Environ. Microbiol. - 2015 b. - V. 81. - P. - 6790 - 6799.

101. Sylvain, M. Comparative study of the subcellular localisation and the Nglycosylation patterns of a recombinant glycoprotein expressed in Oryza sativa, Nicotiana tabacum and Medicago truncatula [Text] : Thesis submitted to the University of Aachen in fulfilment of requirements for the degree of Doctor of Sciences. 1 Juli 2005 / M. Sylvain ; Le Mans, 2005. - 137.

102. Thomas, M. P. The 'other' inositols and their phosphates: synthesis, biology, and medicine (with recent advances in myo-inositol chemistry)/ M. P. Thomas, S. J. Mills, B. V. L. Potter// Angew. Chem. Int. Ed. - 2016. - V. 55. - P. 1614 - 1650.

103. Tomschy, A. Engineering of phytase for improved activity at low pH/ A. Tomschy, R. Brugger, M. Lehmann, A. Svendsen, K. Vogel, D. Kostrewa, S. F. Lassen, D. Burger, A. Kronenberger, A. P. G. M. van Loon, L. Pasamontes, M. Wyss// Appl. Environ. Microbiol. - 2002. - V. 68 (4). - P. 1907 - 1913.

104. Tocquin, P. A novel high efficiency, low maintenance, hydroponic system for synchronous growth and flowering of Arabidopsis thaliana/ P. Tocquin, L. Corbesier, A. Havelange, A. Pieltain, E. Kurtem, G. Bernier, C. Perilleux// BMC Plant Biol. - 2003. - V. 3 (2). - P. 1 - 10.

105. Torres, J. Solution behavior of myo-inositol hexakisphosphate in the presence of multivalent cations. Prediction of a neutral pentamagnesium species under cytosolic/nuclear conditions/ J. Inorg. Biochem. - 2005. - V. 99. - P. 828 - 840.

106. Turner, B. L. Inositol phosphates in the environment/ B. L. Turner, M. J. Paphazy, P. M. Haygarth, I. D. McKelvie// Phil. Trans. R. Soc. Lond. B. - 2002. - V. 357. - P. 449 - 469.

107. Turner, B. L. Phosphorus cycling in wetlands: the importance of phosphate diesters/ B.L. Turner, S. Newman// Journal of Environmental Quality. -2005. - V. 34. - P. 1921-1929.

108. Turner, B. L. Inositol phosphates in soil: amounts, forms and significance of the phosphorylated inositol stereoisomers/ B. L. Turner // Inositol Phosphates. Linking Agriculture and the Environment / E. Barberis, L. Celi, W. T. Cooper, T. H. Dao, T. S. George, M. Heerboth, J. E. Hill, I. Jakobsen [et al.] Edited by B.L. Turner, A.E. Richardson, E.J. Mullaney - CABI, 2007. - P. 1109. Vance, C. P. Phosphorus acquisition and use: critical adaptations by plants for securing a nonrenewable resource/ C. P. Vance, C. Uhde-Stone, D. L. Allan// New Phytologist. - 2003. - V. 157. - P. 423 - 447.

110. Wang, Y. Overexpression of phyA and appA genes improves soil organic phosphorus utilisation and seed phytase activity in Brassica napus / Y. Wang, X. Ye, G. Ding, F. Xu // PLoS ONE. - 2012. -V. 8(4). - P. 1-9.

111. Weigel, D. The 1001 Genomes Project for Arabidopsis thaliana [Text] / D. Weigel, R. Mott // Genome Biology - 2009. - V. 10. - P.107-112.

112. Wise, A. A. Three methods for the introduction of foreign DNA into Agrobacterium / A. A. Wise, Z. Liu, A. N. Binns// Agrobacterium protocols. 2nd edition. Vol. 1. / F. Altpeter, G. Angenon, M. Ayliffe, P. Bhantnagar, A. N. Binns [et al.] Edited by K. Wang. - Humana Press, 2006. - P. 43 - 55.

113. Yanke, L. J. Phytase activity of Selenomonas ruminantium: a preliminary characterization/ L. J. Yanke, L. B. Selinger, K.-J. Cheng// Letters in Appl. Microbiol. -1999. - V. 29. - P. 20 - 25.

114. Yao, M.-Z. Phytases: crystal structures, protein engineering and potential biotechnological applications/ M.-Z. Yao, Y.-H. Zhang, W.-L. Lu, M.-Q. W. Hu, A.-H. Wang // Liang Journal of Applied Microbiology - 2011. - V. 112. - P. 1-14.

115. Yao, M.-Z. Improving the thermostabolity of Escherichia coli phytase appA, by enhancement of glycosylation/ M.-Z. Yao, X. Wang, W. Wang, Y.-J. Fu, A.-H. Liang// Biotechnol. Lett. - 2013. - V. 35. - P. 1669 - 1676.

116. Yau, Y. Y. Less is more: strategies to remove marker genes from transgenic plants// Y. Y. Yau, C. N. Stewart Jr.// BMC Biotechnol. - 2013. - V. 13 (36). - 1 - 23.

117. Yoon, S. J. Isolation and identification of phytase-producing bacterium, Enterobacter sp. 4, and enzymatic properties of phytase enzyme/ S. J. Yoon, Y. J. Choi, H. K. Min, K. K. Cho, J. W. Kim, S. C. Lee, Y. H. Jung// Enzyme Microbiol. Technol. - 1996. - V. 18. - P. 449-454.

118. Yoon, S. M. Transgenic microalgae expressing Escherichia coli AppA phytase as feed additive to reduce phytate excretion in the manure of young broiler chicks/ S. M. Yoon, S. Y. Kim, K. F. Li, B. H. Yoon, S. Choe, M. Meng-Chiang Kuo// Appl. Microbiol. Biotechnol. - 2011. - V. 91. - P. 553 - 563.

119. Yip, W. The introduction of a phytase gene from Bacillus subtilis improved the growth performance of transgenic tobacco / W. Yip, L. Wang, C. Cheng, W. Wu, S. Lung, B.-L. Lim // Biochem. Biophys. Res. Comm. - 2003. - V. 310. - P. 1148-1154. et al, 2003

120. Xiao, K. Transgenic expression of a novel M. truncatula phytase gene results in improved acquisition of organic phosphorus by Arabidopsis/ K. Xiao, M. J. Harrison, Z. Y. Wang// Planta. - 2005. - V. 222. - P. 27 - 36.

121. Zaltsman, A. Plant defense pathways subverted by Agrobacterium for genetic transformation/ A. Zaltsman, A. Krichaevsky, S. V. kozlovsky, F. Yasmin, V. Citovsky// Plant Sig. Behav. - 2010. - V. 5 (10). - P. 1245 - 1248.

122. Zhang, W. An Arabidopsis purple acid phosphatase with phytase activity increases foliar ascorbate/ W. Zhang, H. A. Gruszewski, B. I. Chevone, C. I. Nessler// Plant Physiol. - 2008. - V. 146. - P. 431 - 440.

123. Zhou, D. A Salmonella inositol polyphosphatase acts in conjunction with other bacterial effectors to promote host cell actin cytoskeleton rearrangements and

bacterial internalization/ D. Zhou, L.-M. Chen, L. Hernandez, S. B. Shears, J. E. Galan// Mol. Microbiol. - 2001. - V. 39. - P. 248-259.

124. Zhu, W. Modifying thermostability of appA from Escherichia coli/ W. Zhu, D. Qiao, M. Huang, G. Yang, H. Xu, Y. Cao// Curr. Microbiol. - 2010. - V. 61. -P. 267 - 273.