Ukr.Biochem.J. 2021; Том 93, № 6, листопад-грудень, c. 130-138

doi: https://doi.org/10.15407/ubj93.06.130

Вплив температурних стресів та грунтової посухи на ліпоксигеназну активність озимого жита

Л. М. Бабенко, К. О. Романенко*, І. В. Косаківська

Інститут ботаніки ім. М.Г.Холодного НАН України, Київ;
*e-mail: katerynaromanenko4@gmail.com

Отримано: 05 липня 2021; Затверджено: 12 листопада 2021

Ліпоксигенази (ЛОГ) – джерело фізіологічно активних сполук, наявність яких розглядається не лише як ознака пошкодження, але і як пусковий механізм формування адаптивних реакцій на стрес. Метою дослідження було вивчення впливу короткотривалих (2 год) теплового (40°C) і холодового (4°C) температурних стресів та помірної грунтової посухи на активність ліпоксигеназ 14-добових рослин озимого жита. Встановлено, що у надземній частині локалізовано мембранозв’язані форми ЛОГ: 9-ЛОГ1 та 9-ЛОГ2 та розчинна форма 13-ЛОГ, тоді як у коренях – зв’язана з мембраною 9-ЛОГ. Після теплового стресу активність 9-ЛОГ1 та 9-ЛОГ2 у надземній частині зросла відповідно у 3 та 2 рази, активність 9-ЛОГ у коренях – вдвічі. Активність 13-ЛОГ у надземній частині зменшилась у 1,5 раза. Після холодового стресу активність 9-ЛОГ1 та 9-ЛОГ2 у надземній частині зросла майже у 1,5 раза, активність 9-ЛОГ у коренях – у 1,2 раза. Після грунтової посухи у надземній частині спостерігали певний ріст активності обох мембранозв’язаних форм 9-ЛОГ (у 1,5–2 раза) та майже втричі збільшення активності цього ензиму в коренях. Дійшли висновку, що молекулярні форми ЛОГ з різною локалізацією, не однаково задіяні в адаптації озимого жита до стресових температур та помірної грунтової посухи.

Ключові слова: , , , ,


Посилання:

  1. Lorenz R, Stalhandske Z, Fischer EM. Detection of a climate change signal in extreme heat, heat stress, and cold in Europe from observations. Geophys Res Lett. 2019;46(14):8363–8374. CrossRef
  2. Janni M, Gullì M, Maestri E, Marmiroli M, Valliyodan B, Nguyen HT, Marmiroli N. Molecular and genetic bases of heat stress responses in crop plants and breeding for increased resilience and productivity. J Exp Bot. 2020;71(13):3780-3802. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  3. Islam Z, Paul K, Bhattacharjee S. Lipid chemistry in stress tolerance of plants. Food Sci Rep. 2020;1(12): 22–27.
  4.  Babenko LM, Shcherbatiuk MM, Skaterna TD, Kosakivska IV. Lipoxygenases and their metabolites in formation of plant stress tolerance. Ukr Biochem J. 2017;89(1):5-21. PubMed, CrossRef
  5. Kolupaev YE, Yastreb TO. Jasmonate Signaling and Plant Adaptation to Abiotic Stressors (Review). Appl Biochem Microbiol. 2021;57:1–19. CrossRef
  6. Savchenko TV, Zastrijnaja OM, Klimov VV. Oxylipins and plant abiotic stress resistance. Biochemistry (Mosc). 2014;79(4):362-375. PubMedCrossRef
  7. Molodchenkova OO, Adamovskaya VG, Ciselskaya LY, Bezkrovnaya LYa, Kartuzova TV, Iablonska VB.  Purification and properties of lipoxygenase from wheat seedlings infected by Fusarium graminearum and treated by salicylic acid. Ukr Biochem J. 2016;88(6):26-34. PubMed, CrossRef
  8. Ievinsh G. Soluble lipoxygenase activity in rye seedlings as related to endogenous and exogenous ethylene and wounding. Plant Sci. 1992;82(2):155–159. CrossRef
  9. Menga V, Trono D. The Molecular and Functional Characterization of the Durum Wheat Lipoxygenase TdLOX2 Suggests Its Role in Hyperosmotic Stress Response. Plants (Basel). 2020;9(9):1233. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  10. Holtman WL, Van Duijn G, Sedee NJA, Douma AC. Differential Expression of Lipoxygenase Isoenzymes in Embryos of Germinating Barley. Plant Physiol. 1996;111(2):569-576. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  11. Van Mechelen JR, Schuurink RC, Smits M, Graner A, Douma AC, Sedee NJ, Schmitt NF, Valk BE. Molecular characterization of two lipoxygenases from barley. Plant Mol Biol. 1999;39(6):1283-1298. PubMed, CrossRef
  12. Kopich VN, Kretynin SV, Kharchenko OV, Litvinovskaya RP, Chashina NM, Khripach VA. Effect of 24-epibrassinolide on lipoxygenase activity in maize seedlings under cold stress. Biopolym Cell. 2010;26(3):218-224. CrossRef
  13. Permyakova MD, Permyakov AV, Osipova SV, Pshenichnikova TA, Shishparenok AA, Rudikovskaya EG, Rudikovsky AV, Verkhoturov VV, Börner A. Chromosome regions associated with the activity of lipoxygenase in the genome D of Triticum aestivum L. under water deficit. Russ J Plant Physiol. 2017;64(1): 28–40. CrossRef
  14. Maccarrone M, Veldink GA, Agrò AF, Vliegenthart JF. Modulation of soybean lipoxygenase expression and membrane oxidation by water deficit. FEBS Lett. 1995;371(3):223-226. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  15. Arendt EK, Zannini E. Cereal Grains for the Food and Beverage Industries. Cambridge, United Kingdom, Elsevier Science & Technology, 2013. P. 220–243.
  16. 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, PubMedCentral, CrossRef
  17. Babenko LM, Kosakivska IV, Akimov YuA, Klymchuk DO, Skaternya TD. Effect of temperature stresses on pigment spectrum, lipoxygenase activity and cell ultrastructure of winter wheat seedlings. Genet Plant Physiol. 2014;4(1-2):117-125.
  18. Youn B, GE Sellhorn, RJ Mirchel, BJ Gaffney, HD Grimes, Kang C. Crystal structures of vegetative soybean lipoxygenase VLX-B and VLX-D, and comparisons with seed isoforms LOX-1 and LOX-3. Proteins. 2006;65(4):1008-1020. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  19. Thivierge K, Prado A, Driscoll BT, Bonneil E, Thibault P, Bede JC. Caterpillar- and salivary-specific modification of plant proteins. J Proteome Res. 2010;9(11):5887-5895. PubMed, CrossRef
  20. Lee SH, Ahn SJ, Im YJ, Cho K, Chung GC, Cho BH, Han O. Differential impact of low temperature on fatty acid unsaturation and lipoxygenase activity in figleaf gourd and cucumber roots. Biochem Biophys Res Commun. 2005;330(4):1194-1198. PubMedCrossRef
  21. Mao L, Pang H, Wang G, Zhu C. Phospholipase D and lipoxygenase activity of cucumber fruit in response to chilling stress. Postharvest Biol Technol. 2007;44(1):42-47. CrossRef
  22. Kosakivska IV, Babenko LM, Ustinova AY, Skaterna TD, Demirevska K. The influence of temperature conditions on lipoxygenase activity in seedling of rape Brassica napus var. Оleifera. Dopov Nac Akad nauk Ukr. 2012;(6):134–137. (In Ukrainian).
  23. Osipova SV, Permyakova MD, Pshenichnikova TA, Ermakova MF. Lipoxygenase and glutathione-dependent protein disulfide oxydoreductase activity in grains of intervarietal subsitution lines of common wheat with different gluten quality. Fiziol Biokh Kult Rast. 2011;43:446-452. (In Russian).
  24. Leenhardt F, Lyan B, Rock E, Boussard A, Potus J, Chanliaud E, Remesy C. Wheat lipoxygenase activity induces greater loss of carotenoids than vitamin E during breadmaking. J Agric Food Chem. 2006;54(5):1710-1715. PubMed, CrossRef
  25. Bohland C, Balkenhohl T, Loers G, Feussner I, Grambow HJ. Differential Induction of Lipoxygenase Isoforms in Wheat upon Treatment with Rust Fungus Elicitor, Chitin Oligosaccharides, Chitosan, and Methyl Jasmonate. Plant Physiol. 1997;114(2):679-685. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  26. Zhang HM, Zhang LS, Lv H, Yu ZY, Zhang DP, Zhu WN. Identification of changes in Triticum aestivum L. leaf proteome in response to drought stress by 2D-PAGE and MALDI-TOF/TOF mass spectrometry. Acta Physiol Plant. 2014;36(6):1385-1398. CrossRef
  27. Babenko LM. Influence of stress temperatures on lipoxygenase activity in Triticum spelta.  Bull Kharkiv Nat Agrar Univ. Ser Biology. 2018;1(43):40–45. (In Russian).
  28. Babenko LM, Kosakivska IV. Effect of modeled soil drought on lipoxygenase activity in Triticum spelta. Dopov Nac Akad nauk Ukr. 2018;(8):98–104. (In Russian). CrossRef
  29. Babenko LM. Vodka MV, Akimov YuN, Smirnov AE, Babenko AV, Kosakovskаya 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
  30. Austin JR 2nd, Frost E, Vidi PA, Kessler F, Staehelin LA. Plastoglobules are lipoprotein subcompartments of the chloroplast that are permanently coupled to thylakoid membranes and contain biosynthetic enzymes. Plant Cell. 2006;18(7):1693-1703. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  31. Vidi PA, Kanwischer M, Baginsky S, Austin JR, Csucs G, Dörmann P, Kessler F, Bréhélin C. Tocopherol cyclase (VTE1) localization and vitamin E accumulation in chloroplast plastoglobule lipoprotein particles. J Biol Chem. 2006;281(16):11225-11234. PubMed, CrossRef
  32. Rai AN, Mandliya T, Kulkarni P, Rao M, Suprasanna P. Evolution and transcriptional modulation of lipoxygenase genes under heat, drought, and combined stress in Brassica rapa. Plant Mol Biol Res. 2020;39(1):60-71. CrossRef
  33. De Domenico S, Bonsegna S, Horres R, Pastor V, Taurino M, Poltronieri P, Imtiaz M, Kahl G, Flors V, Winter P, Santino A. Transcriptomic analysis of oxylipin biosynthesis genes and chemical profiling reveal an early induction of jasmonates in chickpea roots under drought stress. Plant Physiol Biochem. 2012;61:115-122. PubMed, CrossRef
  34. Peña-Cortés H, Fisahn J, Willmitzer L. Signals involved in wound-induced proteinase inhibitor II gene expression in tomato and potato plants. Proc Natl Acad Sci USA. 1995;92(10):4106-4113. PubMed, PubMedCentral, CrossRef

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