Ukr.Biochem.J. 2019; Том 91, № 6, листопад-грудень, c. 103-111

doi: https://doi.org/10.15407/ubj91.06.103

Гідроген пероксид як сигнальний посередник за індукування теплостійкості проростків пшениці путресцином

13.02.2020   Uncategorized   No comments

Ю. Є. Колупаєв1,2, О. І. Кокорев1, Т. О. Ястреб1, О. І. Горєлова1

1Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва, Україна;
e-mail: plant_biology@ukr.net;
2Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Україна

Отримано: 27 травня 2019; Затверджено: 18 жовтня 2019

Поліаміни належать до мульти­функціональних стресових метаболітів рослин. Однак відомості про вплив екзогенних поліамінів на стійкість рослин до високих температур суперечливі, при цьому залишається неясним, які сигнальні посередники задіяні в реалізації їх фізіологічних ефектів. Досліджували можливу участь гідроген пероксиду як посередника за дії екзогенного діаміну путресцину на стійкість етіольованих проростків пшениці (Triticum aestivum L.) до гіпертермії (10-хвилинного прогрівання при 46 °С) і функціонування антиоксидантної системи. Встановлено, що обробка проростків путресцином в концентраціях 0,25–2,5 мМ спричиняла істотне підвищення їх теплостійкості. У відповідь на дію путресцину в клітинах коренів відбувалося транзиторне збільшення вмісту H2O2. Такий ефект усувався обробкою проростків інгібітором діаміноксидази аміногуанідином та інгібітором NADPH-оксидази імідазолом. Ці інгібітори, а також скавенджер гідроген пероксиду диметилтіосечовина (ДМТС), нівелювали спричинювані путресцином ефекти підвищення теплостійкості проростків та збільшення активності супероксиддисмутази і каталази. Під впливом ДМТС та імідазолу, але не аміногуанідину, усувався ефект підвищення активності гваяколпероксидази в коренях проростків, оброблених путресцином. Зроблено висновок про роль гідроген пероксиду та можливу участь діаміноксидази і NADPH-оксидази в його утворенні за реалізації стрес-протекторної дії путресцину на проростки пшениці.

Ключові слова: , , , , , , ,

Посилання:

  1. Kusano T, Berberich T, Tateda C, Takahashi Y. Polyamines: essential factors for growth and survival. Planta. 2008 Aug;228(3):367-81. PubMed, CrossRef
  2. Takahashi T, Kakehi J. Polyamines: ubiquitous polycations with unique roles in growth and stress responses. Ann Bot. 2010 Jan;105(1):1-6. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  3. Pál M, Szalai G, Janda T. Speculation: Polyamines are important in abiotic stress signaling. Plant Sci. 2015 Aug;237:16-23. PubMed, CrossRef
  4. Szalai G, Pap M, Janda T. Light-induced frost tolerance differs in winter and spring wheat plants. J Plant Physiol. 2009 Nov 1;166(16):1826-31.  PubMed, CrossRef
  5. Alcázar R, Altabella T, Marco F, Bortolotti C, Reymond M, Koncz C, Carrasco P, Tiburcio AF. Polyamines: molecules with regulatory functions in plant abiotic stress tolerance. Planta. 2010 May;231(6):1237-49. PubMed, CrossRef
  6. Gill SS, Tuteja N. Polyamines and abiotic stress tolerance in plants. Plant Signal Behav. 2010 Jan;5(1):26-33. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  7. Saha J, Brauer EK, Sengupta A, Popescu SC, Gupta K, Gupta B. Polyamines as redox homeostasis regulators during salt stress in plants. Front Environ Sci. 2015;3:21.  CrossRef
  8. Pang XM, Zhang ZY, Wen XP, Ban Y, Moriguchi T. Polyamines, all-purpose players in response to environment stresses in plants. Plant Stress. 2007; 1(2): 173-188.
  9. Ozgur R, Uzilday B, Sekmen AH, Turkan I. Reactive oxygen species regulation and antioxidant defence in halophytes. Funct Plant Biol. 2013;40(9):832-847. CrossRef
  10. Todorova D, Katerova Z, Sergiev I, Alexieva V. Role of polyamines in alleviating salt stress. Ecophysiology and Responses of Plants under Salt Stress, vol. 13. Eds. Ahmad P, Azooz MM, Prasad MNV. New York: Springer, 2013; 13:355-379. CrossRef
  11. Wimalasekera R, Tebartz F, Scherer GF. Polyamines, polyamine oxidases and nitric oxide in development, abiotic and biotic stresses. Plant Sci. 2011 Nov;181(5):593-603. PubMed, CrossRef
  12. Aronova EE, Sheviakova NI, Stetsenko LA, Kuznetsov VV. Cadaverine-induced induction of superoxide dismutase gene expression in Mesembryanthemum crystallinum L. Dokl Biol Sci. 2005 Jul-Aug;403(1-6):257-9. PubMed, CrossRef
  13. Ghosh N, Das SP, Mandal C, Gupta S, Das K, Dey N, Adak MK. Variations of antioxidative responses in two rice cultivars with polyamine treatment under salinity stress. Physiol Mol Biol Plants. 2012 Oct;18(4):301-13. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  14. Nayyar H, Chander S. Protective effects of polyamines against oxidative stress induced by water and cold stress in chickpea. J Agron Crop Sci. 2004; 190(5): 355-365.   CrossRef
  15. Peynevandi KM, Razavi SM, Zahri S. The ameliorating effects of polyamine supplement on physiological and biochemical parameters of Stevia rebaudiana Bertoni under cold stress. Plant Production Sci. 2018; 21(2): 123-131.  CrossRef
  16. Mostofa MG, Yoshida N, Fujita M. Spermidine pretreatment enhances heat tolerance in rice seedlings through modulating antioxidative and glyoxalase systems. Plant Growth Regul. 2014; 73(1): 31-44.  CrossRef
  17. Andronis EA, Moschou PN, Toumi I, Roubelakis-Angelakis KA. Peroxisomal polyamine oxidase and NADPH-oxidase cross-talk for ROS homeostasis which affects respiration rate in Arabidopsis thaliana. Front Plant Sci. 2014 Apr 3;5:132. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  18. Sagor GH, Berberich T, Takahashi Y, Niitsu M, Kusano T. The polyamine spermine protects Arabidopsis from heat stress-induced damage by increasing expression of heat shock-related genes. Transgenic Res. 2013 Jun;22(3):595-605. PubMed, CrossRef
  19. Shevyakova NI, Rakitin VYu, Stetsenko LA, Aronova EE, Kuznetsov VV. Oxidative stress and fluctuations of free and conjugated polyamines in the halophyte Mesembryanthemum crystallinum L. under NaCl salinity. Plant Growth Regul. 2006; 50(1): 69-78.  CrossRef
  20. Kolupaev YuE, Oboznyi OI. Participation of the active oxygen forms in the induction of ascorbate peroxidase and guaiacol peroxidase under heat hardening of wheat seedlings. Ukr Biokhim Zhurn. 2012 Nov-Dec;84(6):131-8.(In Russian). PubMed
  21. Chasov AV, Minibayeva FV. Methodological approaches for studying apoplastic redox activity: 1. Mechanisms of peroxidase release. Russ J Plant Physiol. 2014;61(4):556-563. CrossRef
  22. Sagisaka S. The Occurrence of Peroxide in a Perennial Plant, Populus gelrica. Plant Physiol. 1976 Feb;57(2):308-9. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  23. KarpetsYuV, Kolupaev YuE, Yastreb TO, Oboznyi AI. 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
  24. Kiriziy DA, Shadchina TM, Stasik OO, Priadkina HO, Sokolovska-Serhiienko OH, Huliaiev BI, Sytnyk SK. Peculiarities of photosynthesis and production process in high intensity genotypes of winter wheat. Kyiv: Osnova, 2011. 416 p. (In Ukrainian).
  25. Hasanuzzaman M, Nahar K, Alam MM, Roychowdhury R, Fujita M. Physiological, biochemical, and molecular mechanisms of heat stress tolerance in plants. Int J Mol Sci. 2013 May 3;14(5):9643-84. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  26. Li B, Gao K, Ren H, Tang W. Molecular mechanisms governing plant responses to high temperatures. J Integr Plant Biol. 2018 Sep;60(9):757-779.  PubMed, CrossRef
  27. Shen W, Nada K, Tachibana S. Involvement of polyamines in the chilling tolerance of cucumber cultivars. Plant Physiol. 2000 Sep;124(1):431-9. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  28. 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. PubMed, CrossRef
  29. Kolupaev YuE, Karpets YuV. Reactive oxygen species and stress signaling in plants. Ukr Biochem J. 2014 Jul-Aug;86(4):18-35. (In Russian). PubMed, CrossRef
  30. Hausman JF, Kevers C, Gaspari T. Putrescine control of peroxidase activity in the inductive phase of rooting in poplar shoots in vitro, and the adversary effect of spermidine. J Plant Physiol. 1995; 146(5-6): 681-685.  CrossRef
  31. Corpas FJ, Barroso JB, Carreras A, Valderrama R, Palma JM, León AM, Sandalio LM, del Río LA. Constitutive arginine-dependent nitric oxide synthase activity in different organs of pea seedlings during plant development. Planta. 2006 Jul;224(2):246-54. PubMed, CrossRef
  32. Glyan’ko AK. Initiation of nitric oxide (NO) synthesis in roots of etiolated seedlings of pea (Pisum sativum L.) under the influence of nitrogen-containing compounds. Biochemistry (Mosc). 2013 May;78(5):471-6. PubMed, CrossRef
  33. Flores T, Todd CD, Tovar-Mendez A, Dhanoa PK, Correa-Aragunde N, Hoyos ME, Brownfield DM, Mullen RT, Lamattina L, Polacco JC. Arginase-negative mutants of Arabidopsis exhibit increased nitric oxide signaling in root development. Plant Physiol. 2008 Aug;147(4):1936-46. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  34. Kolupaev YuE, Karpets YuV, Dmitriev AP. Signal mediators in plants in response to abiotic stress: calcium, reactive oxygen and nitrogen species. Cytol Genet. 2015;49(5):338-348.  PubMed, CrossRef
  35. Arora D, Jain P, Singh N, Kaur H, Bhatla SC. Mechanisms of nitric oxide crosstalk with reactive oxygen species scavenging enzymes during abiotic stress tolerance in plants. Free Radic Res. 2016;50(3):291-303. PubMed, CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.