Ukr.Biochem.J. 2021; Том 93, № 1, січень-лютий, c. 75-81

doi: https://doi.org/10.15407/ubj93.01.075

Органоспецифічне накопичення фенольних сполук у проростках гречки за дії алюмокислотного стресу

О. Є. Смірнов, А. М. Косян, Ю. В. Приймак, О. І. Косик, Н. Ю. Таран

ННЦ «Інститут біології та медицини», Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна;
e-mail: plantaphys@gmail.com

Отримано: 19 вересня 2020; Затверджено: 17 грудня 2020

Токсичний ефект забруднення алюмінієм є однією з причин втрати врожаю цінних культур у всьому світі. Вважається, що фенольні сполуки рослин відіграють ключову роль у детоксикації алюмінію шляхом хелатування іонів алюмінію в надземній частині рослин. Однак, нещодавні дані свідчать про участь хелатних лігандів як у внутрішній, так і в зовнішній детоксикації алюмінію в рослин. Метою дослідження було визначити накопичення загальних фенольних сполук, флавоноїдів та антоціанів, а також активність фенілаланін-аміак-ліази (PAL) як ключового ензиму в синтезі фенолу в проростках гречки звичайної (Fagopyrum esculentum Moench.) та гречки татарської (Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn.) у відповідь на алюмокислотний стрес. Додавання 50 мкМ Al2(SO4)3·18H2O  до живильного середовища спричинювало збільшення загального вмісту фенолів в обох видах гречки у всіх аналізованих органах на десятий день експозиції рослини. Зафіксовано видо- та органоспецифічну акумуляцію певних класів фенілпропаноїдів. На десятий день дії алюмокислотного стресу активність PAL зростала в тканинах листків в обох видів гречки, проте знижувалась у тканинах коренів гречки звичайної і не змінювалась у тканинах коренів гречки татарської. Дійшли висновку, що видо- та органоспецифічність накопичення  фенілпропаноїдів у досліджуваних видів є адаптаційною реакцією в умовах алюмо­кислотного стресу.

Ключові слова: , , , ,


Посилання:

  1. Zhu JK. Abiotic Stress Signaling and Responses in Plants. Cell. 2016;167(2):313-324. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  2. Van Emon JM. The Omics Revolution in Agricultural Research. J Agric Food Chem. 2016;64(1):36-44. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  3.  Krishnamurthy A, Rathinasabapathi B. Oxidative stress tolerance in plants: novel interplay between auxin and reactive oxygen species signaling. Plant Signal Behav. 2013;8(10):e25761. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  4. Vighi IL, Benitez LC, Amaral MN, Moraes GP, Auler PA, Rodrigues GS, Deuner S, Maia LC, Braga EJB. Functional characterization of the antioxidant enzymes in rice plants exposed to salinity stress. Biologia Plantarum. 2017;61(3):540-550. CrossRef
  5. Nahak G, Suar M, Sahu RH. Antioxidant Potential and Nutritional Values of Vegetables: A Review. Res J Med Plants. 2014;8(2):50-81. CrossRef
  6. Babenko LM, Smirnov OE, Romanenko KO, Trunova OK, Kosakivska IV. Phenolic compounds in plants: biogenesis and functions. Ukr Biochem J. 2019;91(3):5-18. CrossRef
  7. Rahman R, Upadhyaya H. Aluminium Toxicity and Its Tolerance in Plant: A Review. J Plant Biol. 2020;63(5). CrossRef
  8. Yang ZB, Rao IM, Horst WJ. Interaction of aluminium and drought stress on root growth and crop yield on acid soils. Plant Soil. 2013;372(1-2):3-25. CrossRef
  9. Zhang X, Long Y, Huang J, Xia J. Molecular Mechanisms for Coping with Al Toxicity in Plants. Int J Mol Sci. 2019;20(7):1551. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  10. Ma JF. Role of organic acids in detoxification of aluminum in higher plants. Plant Cell Physiol. 2000;41(4):383-390. PubMed, CrossRef
  11. Bobo-García G, Davidov-Pardo G, Arroqui C, Vírseda P, Marín-Arroyo MR, Navarro M. Intra-laboratory validation of microplate methods for total phenolic content and antioxidant activity on polyphenolic extracts, and comparison with conventional spectrophotometric methods. J Sci Food Agric. 2015;95(1):204-209. PubMed, CrossRef
  12. Babenko LM, Vodka MV, Akimov YuN, Smirnov AE, Babenko AV, Kosakovskaya IV. Specific features of the ultrastructure and biochemical composition of Triticum spelta L. leaf mesophile cells in the initial period of stress temperature action. Cell Tissue Biol. 2019;13(1):70-78. CrossRef
  13. Li X, Kim JK, Park SY, Zhao S, Kim YB, Lee S, Park SU. Comparative analysis of flavonoids and polar metabolite profiling of Tanno-original and Tanno-high rutin buckwheat. J Agric Food Chem. 2014;62(12):2701-2708. PubMedCrossRef
  14. Jaleel CA, Wang G, Ahmad P. Changes in the photosynthetic characteristics of Catharanthus roseus L. as a result of exogenous growth regulators. Plant Omics J. 2009;2(4):169-174.
  15. Zucker M. Induction of Phenylalanine Deaminase by Light and its Relation to Chlorogenic Acid Synthesis in Potato Tuber Tissue. Plant Physiol. 1965;40(5):779-784. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  16. Smirnov OE, Kosyan AM, Kosyk OI, Taran  NYu. Response of phenolic metabolism induced by aluminium toxicity in Fagopyrum esculentum Moench. plants. Ukr Biochem J. 2015;87(6):129-135.  PubMed, CrossRef
  17. 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;72(1-2):248-254. PubMed, CrossRef
  18. Procházková D, Boušová I, Wilhelmová N.  Antioxidant and prooxidant properties of flavonoids. Fitoterapia. 2011;82(4):513-523. PubMed, CrossRef
  19. Kosyk OI, Khomenko IM, Batsmanova LM, Taran NYu. Phenylalanine ammonia-lyase activity and anthocyanin content in different varieties of lettuce under the cadmium influence. Ukr Biochem J. 2017;89(2):85-91. CrossRef
  20. Jaskowiak J, Tkaczyk O, Slota M, Kwasniewska J, Szarejko I. Analysis of aluminum toxicity in Hordeum vulgare roots with an emphasis on DNA integrity and cell cycle. PLoS One. 2018;13(2):e0193156.PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  21. Liu Q, Yang JL, He LS, Li YY, Zheng SJ. Effect of aluminum on cell wall, plasma membrane, antioxidants and root elongation in triticale. Biologia Plantarum. 2008;52(1):87-92.  CrossRef
  22. Zhu CQ, Hu WJ, Cao XC, Zhu LF, Bai ZG, Huang J, Liang QD, Jin QYu, Zhang JH. Role of salicylic acid in alleviating the inhibition of root elongation by suppressing ethylene emission in rice under Al toxicity conditions. Plant Growth Regul. 2020;90(3):475-487.
  23. Wang H, Chen RF, Iwashita T, Shen RF, Ma JF.Physiological characterization of aluminum tolerance and accumulation in tartary and wild buckwheat. New Phytol. 2015;205(1):273-279. PubMed, CrossRef

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