Ukr.Biochem.J. 2014; Том 86, №5, вересень-жовтень, c. 134-141

doi: http://dx.doi.org/10.15407/ubj86.05.134

Вплив адаптогенних препаратів на функціонування Na(+)/Н(+)-антипортера плазматичної мембрани в клітинах коренів кукурудзи за умов засоленого середовища

06.11.2015   Без категорії   No comments

Н. О. Koваленко, Ж. І. Білик, Т. О. Палладіна

Інститут ботаніки ім. М. Г. Холодного НАН України, Київ;
e-mail: tatiana_palladina@ukr.net

Негативний вплив засоленого середовища на рослини передусім зумовлений присутністю Na+ в солях як їхнього головного катіона. На клітинному рівні захист рослин від токсичного Na+ полягає в підтриманні його низького рівня в цитоплазмі шляхом видалення назовні та до вакуолярного простору за допомогою вторинноактивних Na+/H+-антипортерів. Солестійкості рослин вдається досягти, активуючи функціонування цих антипортерів за допомогою методів генної інженерії, а також запропонованого нами застосування біоактивних препаратів.
Досліджено вплив двох дешевих і нетоксичних синтетичних препаратів: Метіуру, який виявляє сильну солепротекторну властивість та Івіну, в якого вона є незначною, на функціонування Na+/H+-антипортера плазматичної мембрани в клітинах коренів проростків кукурудзи, експонованих на 0,1 М NaCl. В умовах безсольового контролю активність Na+/H+-антипортера в клітинах коренів 8-добових проростків виявилась дуже низькою, але дещо зростала з їхнім віком, тоді як слабка експресія гена його протеїну не змінювалась. Застосування препаратів Метіур та Івін в концентрації 10-7 М шляхом передобробки насіння не впливала на активність антипортера проростків вирощених за нормальних умов. Однодобова експозиція на 0,1 М NaCl значно посилювала активність Na+/H+-антипортера та експресію його гена, хоча за 10-добової експозиції обидва ефекти зникали. У разі однодобової сольової експозиції Метіур спричинював подальше посилення активності Na+/H+-антипортера, яке зберігалось за подовження експозиції до 10 днів, не змінюючи експресію його гена. При цьому ефект Івіну на молекулярну активність Na+/H+-антипортера був незначним, а на експресію його гена відсутнім.
Одержані результати свідчають, що механізм солепротекторної дії Метіуру на рослини в умовах сольового стресу, зумовленого присутністю Na+, полягає в його здатності посилювати функціонування Na+/H+-антипортера плазматичної мембрани в клітинах коренів, що відбувається на молекулярному рівні.

Ключові слова: , , , , ,

Посилання:

  1. Shi H, Quintero FJ, Pardo JM, Zhu JK. The putative plasma membrane Na(+)/H(+) antiporter SOS1 controls long-distance Na(+) transport in plants. Plant Cell. 2002 Feb;14(2):465-77. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  2. Demidchik V., Maathuis F. Ion channels and plant stress responses. Heidelberg, Berlin: Springer-Verlag, 2010. 237 p.
  3. Hasegawa PM, Bressan RA, Zhu JK, Bohnert HJ. Plant cellular and molecular responses to high salinity.  Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol. 2000 Jun;51:463-499. PubMed
  4. Serrano R. Structure and function of plasma membrane ATPase. Annu. Rev. Plant Physiol Plan Mol. Biol. 1989 Jan;40(1):61-94. CrossRef
  5. Shi H, Ishitani M, Kim C, Zhu JK. The Arabidopsis thaliana salt tolerance gene SOS1 encodes a putative Na+/H+ antiporter. Proc Natl Acad Sci U S A. 2000 Jun 6;97(12):6896-901. PubMed, PubMedCentral
  6. Xiang-Qiang Zh. Cloning and identification of a new Na+, H+ antiporter gene ZmSOS1 in maize (Zea mays L.). J. An. Agric. Sci. 2009;37(288(35)):557-562.
  7. Olías R, Eljakaoui Z, Li J, De Morales PA, Marín-Manzano MC, Pardo JM, Belver A. The plasma membrane Na+/H+ antiporter SOS1 is essential for salt tolerance in tomato and affects the partitioning of Na+ between plant organs. Plant Cell Environ. 2009 Jul;32(7):904-16. Epub 2009 Mar 3. PubMed, CrossRef
  8.  Zhu JK. Salt and drought stress signal transduction in plants. Annu Rev Plant Biol. 2002;53:247-73. Review. PubMed, PubMedCentral
  9. Zhu JK. Regulation of ion homeostasis under salt stress. Curr Opin Plant Biol. 2003 Oct;6(5):441-5. Review. PubMed, CrossRef
  10. Pat. 26531 UA, 51 МПК (2006), А01С 1. 00. A Method for increase salt tolerance of corn for its cultivation in saline soils. Palladina T. O., Kurylenko І. М., Chyzhikova O. A. Publ. 25.09.2007, Bul. N 15. (In Ukrainian).
  11. Palladina Т. О., Ribchenko Zh. І., Konturska О. О. Dependence of preparation Metiure adaptogenic effect on plants under salt stress conditions from its molecular structure. Biotechnology. 2012;5(1):115-119. (In Ukrainian).
  12. Kurylenko ІМ, Palladina ТО. Effect of growth regulators on peroxidation processes in corn seedling roots under salt stress conditions. Ukr Biokhim Zhurn. 2001 Nov-Dec;73(6):56-60. (In Ukrainian). PubMed
  13. Chyzhykova OA, Palladina TO. The role of amino acids and sugars in supporting of osmotic homeostasis in maize seedlings under salinization conditions and treatment with synthetic growth regulators. Ukr Biokhim Zhurn. 2006 Jan-Feb;78(1):124-9. Ukrainian. PubMed
  14. Konturska ОO, Palladina ТО. Phospholipid composition of plasmalemma from root of corn seedling under salt conditions and synthetic compounds treatment. The Bulletin of Kharkiv National Agrarian University. 2007;2(11):64-68. (In Ukrainian).
  15. Rybchenko ZhI, Palladina TO. Function of transport H+-ATPases in plant cell plasma and vacuolar membranes of maize under salt stress conditions and effect of adaptogenic preparations. Ukr Biokhim Zhurn. 2011 Nov-Dec;83(6):63-8. Ukrainian. PubMed
  16. Larsson C., Sommarin M., and Widell S. Isolation of Highly Purified Plasma Membranes and Separation of Inside-Out and Right-Side-Out Vesicles. Academic Press Inc.  Methods Enzymol. 1994;228:451-469. CrossRef
  17. Martínez-Atienza J, Jiang X, Garciadeblas B, Mendoza I, Zhu JK, Pardo JM, Quintero FJ. Conservation of the salt overly sensitive pathway in rice. Plant Physiol. 2007 Feb;143(2):1001-12. Epub 2006 Dec 1. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  18. Bradford MM. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem. 1976 May 7;72(1-2):248-54. PubMed, CrossRef
  19. Sambrock J., Fritsch E. F., Maniatis T. Molecular Cloning. Моscow: Mur, 1984. 479 p. (In Russian).
  20. Batelli G, Verslues PE, Agius F, Qiu Q, Fujii H, Pan S, Schumaker KS, Grillo S, Zhu JK. SOS2 promotes salt tolerance in part by interacting with the vacuolar H+-ATPase and upregulating its transport activity. Mol Cell Biol. 2007 Nov;27(22):7781-90. Epub 2007 Sep 17. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  21. Fukuda A, Chiba K, Maeda M, Nakamura A, Maeshima M, Tanaka Y. Effect of salt and osmotic stresses on the expression of genes for the vacuolar H+-pyrophosphatase, H+-ATPase subunit A, and Na+/H+ antiporter from barley. J Exp Bot. 2004 Mar;55(397):585-94. Epub 2004 Jan 30. PubMed, CrossRef
  22. Shi H, Lee BH, Wu SJ, Zhu JK. Overexpression of a plasma membrane Na+/H+ antiporter gene improves salt tolerance in Arabidopsis thaliana. Nat Biotechnol. 2003 Jan;21(1):81-5. Epub 2002 Dec 9. PubMed,   CrossRef
  23. Najmeh N., Ehsan Sh., Ghorbanali N. Assessment of Na+ H+ antiporters and H+-ATPase pumps transcriptional changes in Aeluropus littoralis dealing with salt stress. Adv. Environ. Biol. 2012;6(5):1769-1773.
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.