Ukr.Biochem.J. 2015; Том 87, № 6, листопад-грудень, c. 104-112

doi: http://dx.doi.org/10.15407/ubj87.06.104

Сигнальні посередники при індукуванні теплостійкості проростків пшениці короткочасним прогрівом

Ю. В. Карпець, Ю. Є. Колупаєв, Т. О. Ястреб

Харківський національний аграрний університет ім. В. В. Докучаєва, Україна;
e-mail: plant_biology@mail.ru

Досліджували ефекти функціональної взаємодії іонів кальцію, активних форм кисню (АФК) та оксиду азоту (NO) в клітинах коренів проростків пшениці (Triticum aestivum L.) за індукування розвитку їх теплостійкості короткочасною дією гіпертермії (прогрів за температури 42 °С протягом 1 хв). Транзиторне збільшення вмісту NO і H2O2, спричинене прогрівом, пригнічувалося обробкою проростків антагоністами кальцію ЕГТА (хелатор позаклітинного кальцію), хлоридом лантану (блокатор кальцієвих каналів різних типів) і неоміцином (інгібітор фосфатидилінозитолзалежної фосфоліпази С). Спричинене загартовуванням збільшення вмісту пероксиду водню частково знімалося дією інгібіторів нітратредуктази (вольфрамату натрію) і NO-синтази (NG-nitro-L-arginine methyl ester – L-NAME), а підвищення вмісту оксиду азоту пригнічувалося обробкою рослин антиоксидантом іонолом і скавенджером пероксиду водню диметилтіосечовиною. Ці сполуки і антагоністи кальцію також частково знімали ефект підвищення теплостійкості проростків, спричинений загартовуючим прогрівом. Зроб­лено висновок про роль кальцію в активації ензиматичних систем, що генерують активні форми кисню і оксид азоту, та у функціональній взаємодії цих сигнальних посередників за індукування теплостійкості проростків загартовуючим прогрівом.

Ключові слова: , , , , ,


Посилання:

  1. Kaur N., Gupta A. K. Signal transduction pathways under abiotic stresses in plants. Curr Sci. 2005; 88(11): 1771-1780.
  2. Baxter A, Mittler R, Suzuki N. ROS as key players in plant stress signalling. J Exp Bot. 2014 Mar;65(5):1229-40. PubMed, CrossRef
  3. Jeandroz S, Lamotte O, Astier J, Rasul S, Trapet P, Besson-Bard A, Bourque S, Nicolas-Francès V, Ma W, Berkowitz GA, Wendehenne D. There’s more to the picture than meets the eye: nitric oxide cross talk with Ca2+ signaling. Plant Physiol. 2013 Oct;163(2):459-70. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  4. Tuteja N, Sopory SK. Chemical signaling under abiotic stress environment in plants. Plant Signal Behav. 2008 Aug;3(8):525-36. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  5. Wang WH, Yi XQ, Han AD, Liu TW, Chen J, Wu FH, Dong XJ, He JX, Pei ZM, Zheng HL. Calcium-sensing receptor regulates stomatal closure through hydrogen peroxide and nitric oxide in response to extracellular calcium in Arabidopsis. J Exp Bot. 2012 Jan;63(1):177-90. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  6. He JM, Ma XG, Zhang Y, Sun TF, Xu FF, Chen YP, Liu X, Yue M. Role and interrelationship of Gα protein, hydrogen peroxide, and nitric oxide in ultraviolet B-induced stomatal closure in Arabidopsis leaves. Plant Physiol. 2013 Mar;161(3):1570-83.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  7. Lum HK, Butt YK, Lo SC. Hydrogen peroxide induces a rapid production of nitric oxide in mung bean (Phaseolus aureus). Nitric Oxide. 2002 Mar;6(2):205-13. PubMed, CrossRef
  8. González A, Cabrera Mde L, Henríquez MJ, Contreras RA, Morales B, Moenne A. Cross talk among calcium, hydrogen peroxide, and nitric oxide and activation of gene expression involving calmodulins and calcium-dependent protein kinases in Ulva compressa exposed to copper excess. Plant Physiol. 2012 Mar;158(3):1451-62.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  9. Kolupaev YuE, Oboznyi AI, Shvidenko NV. Role of hydrogen peroxide in generation of a signal inducing heat tolerance of wheat seedlings. Russ J Plant Physiol. 2013; 60(2): 227-234.  CrossRef
  10. Karpets YuV, Kolupaev YuE, Vayner AA. Functional interaction between nitric oxide and hydrogen peroxide during formation of wheat seedling induced heat resistance. Russ J Plant Physiol. 2015;62(1):65-70.  CrossRef
  11. Kolupaev YuYe, Karpets YuV, Kosakivska IV. The importance of reactive oxygen species in the induction of plant resistance to heat stress. Gen Appl Plant Physiol. 2008; 34(3/4): 251-266.
  12. Karpets YuV, Kolupaev YuE. Influence of changes of calcium homeostasis on nitric oxide content in roots of wheat plantlets and their heat resistance. Fiziol Rasten Genet. 2015; 47: 175-182. (In Russian).
  13. Liu HT, Li B, Shang ZL, Li XZ, Mu RL, Sun DY, Zhou RG. Calmodulin is involved in heat shock signal transduction in wheat. Plant Physiol. 2003 Jul;132(3):1186-95. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  14. Sagisaka S. The Occurrence of Peroxide in a Perennial Plant, Populus gelrica. Plant Physiol. 1976 Feb;57(2):308-9. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  15. Zhou B, Guo Z, Xing J, Huang B. Nitric oxide is involved in abscisic acid-induced antioxidant activities in Stylosanthes guianensis. J Exp Bot. 2005 Dec;56(422):3223-8. PubMed, CrossRef
  16.  Neill S, Bright J, Desikan R, Hancock J, Harrison J, Wilson I. Nitric oxide evolution and perception. J Exp Bot. 2008;59(1):25-35. Review. PubMed, CrossRef
  17. Marino D, Dunand C, Puppo A, Pauly N. A burst of plant NADPH oxidases. Trends Plant Sci. 2012 Jan;17(1):9-15. Review. PubMed, CrossRef
  18. Wilson ID, Neill SJ, Hancock JT. Nitric oxide synthesis and signalling in plants. Plant Cell Environ. 2008 May;31(5):622-31. Review. PubMed, CrossRef
  19. Vital SA, Fowler RW, Virgen A, Gossett DR, Banks SW, Rodriguez J. Opposing roles for superoxide and nitric oxide in the NaCl stress-induced upregulation of antioxidant enzyme activity in cotton callus tissue. Environ Exp Bot. 2008; 62(1): 60-68. CrossRef
  20. Karpets Yu. V., Kolupaev Yu. E., Yastreb T. O., Oboznyi A. I. Effects of NO status modification, heat hardening, and hydrogen peroxide on the activity of antioxidant enzymes in wheat seedlings. Russ J Plant Physiol. 2015; 62(3): 292-298.  CrossRef
  21. Mittler R, Vanderauwera S, Suzuki N, Miller G, Tognetti VB, Vandepoele K, Gollery M, Shulaev V, Van Breusegem F. ROS signaling: the new wave? Trends Plant Sci. 2011 Jun;16(6):300-9.  Review. PubMed, CrossRef
  22. Liu HT, Huang WD, Pan QH, Weng FH, Zhan JC, Liu Y, Wan SB, Liu YY. Contributions of PIP(2)-specific-phospholipase C and free salicylic acid to heat acclimation-induced thermotolerance in pea leaves. J Plant Physiol. 2006 Mar; 163(4):405-16.  PubMed, CrossRef
  23. Lee Y, Lee Y. Roles of phosphoinositides in regulation of stomatal movements. Plant Signal Behav. 2008 Apr;3(4):211-3. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  24. Lecourieux D, Mazars C, Pauly N, Ranjeva R, Pugin A. Analysis and effects of cytosolic free calcium increases in response to elicitors in Nicotiana plumbaginifolia cells. Plant Cell. 2002 Oct;14(10):2627-41. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  25. Arisz SA, van Wijk R, Roels W, Zhu JK, Haring MA, Munnik T. Rapid phosphatidic acid accumulation in response to low temperature stress in Arabidopsis is generated through diacylglycerol kinase. Front Plant Sci. 2013 Jan 22;4:1.  PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  26.  Mur LA, Mandon J, Persijn S, Cristescu SM, Moshkov IE, Novikova GV, Hall MA, Harren FJ, Hebelstrup KH, Gupta KJ. Nitric oxide in plants: an assessment of the current state of knowledge. AoB Plants. 2013;5:pls052. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  27. Courtois C, Besson A, Dahan J, Bourque S, Dobrowolska G, Pugin A, Wendehenne D. Nitric oxide signalling in plants: interplays with Ca2+ and protein kinases. J Exp Bot. 2008;59(2):155-63. Review. PubMed, CrossRef
  28. Wang HH, Huang JJ, Bi YR. Nitrate reductase-dependent nitric oxide production is involved in aluminum tolerance in red kidney bean roots. Plant Sci. 2010; 179(3): 281-288. CrossRef
  29. Glyan’ko AK, Ishchenko AA, Stepanov AV. Influence of calcium and rhizobial infections (Rhizobium leguminosarum) on the dynamics of nitric oxide (NO) content in roots of etiolated pea (Pisum sativum L.) seedlings. Appl Biochem Microbiol. 2014; 50(6): 652-657.  PubMed, CrossRef
  30. Tewari RK, Hahn EJ, Paek KY. Function of nitric oxide and superoxide anion in the adventitious root development and antioxidant defence in Panax ginseng. Plant Cell Rep. 2008 Mar;27(3):563-73.  PubMed, CrossRef
  31. Zhang A., Jiang M., Zhang J., Ding H., Xu S., Hu X., Tan M. Nitric oxide induced by hydrogen peroxide mediates abscisic acid-induced activation of the mitogen-activated protein kinase cascade involved in antioxidant defense in maize leave. New Phytol. 2007; 175(1):36-50. CrossRef
  32. Dubovskaya LV, Bakakina YS, Kolesneva EV, Sodel DL, McAinsh MR, Hetherington AM, Volotovski ID. cGMP-dependent ABA-induced stomatal closure in the ABA-insensitive Arabidopsis mutant abi1-1. New Phytol. 2011 Jul;191(1):57-69. PubMed, CrossRef
  33. Klausner RD, Rouault TA, Harford JB. Regulating the fate of mRNA: the control of cellular iron metabolism. Cell. 1993 Jan 15;72(1):19-28. Review. PubMed, CrossRef
  34. Mori IC, Schroeder JI. Reactive oxygen species activation of plant Ca2+ channels. A signaling mechanism in polar growth, hormone transduction, stress signaling, and hypothetically mechanotransduction. Plant Physiol. 2004 Jun;135(2):702-8. Review. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  35. Richards SL, Laohavisit A, Mortimer JC, Shabala L, Swarbreck SM, Shabala S, Davies JM. Annexin 1 regulates the H2O2-induced calcium signature in Arabidopsis thaliana roots. Plant J. 2014 Jan;77(1):136-45. PubMed, CrossRef

Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.