Ukr.Biochem.J. 2024; Том 96, № 5, вересень-жовтень, c. 65-78

doi: https://doi.org/10.15407/ubj96.05.065

Функціонування фотосистем, вміст хімічних елементів, флавоноїдів і брасиностероїдів у листках химери Cornus controversa

04.04.2025   Uncategorized   No comments

А. Ф. Ліханов1, В. В. Швартау2, Н. В. Заіменко3, Н. П. Дідик3*,
О. В. Григор’єва3, І. П. Харитонова3, О. І. Дзюба3,
О. В. Закрасов3, М. Ю. Журба3, Н. А. Павлюченко3

1Національний університет біоресурсів і природокористування України, Kиїв, Україна;
2Інститут фізіології рослин і генетики НАН України, Kиїв, Україна;
3Національний ботанічний сад імені М. М. Гришка НАН України, Kиїв, Україна;
*e-mail: nataliya_didyk@ukr.net

Отримано: 28 травня 2024; Виправлено: 06 липня 2024;
Затверджено: 07 жовтня 2024; Доступно онлайн: 28 жовтня 2024

Утворення хімери є добре відомим явищем у варієгатних декоративних та диких рослин, проте фізіологічні та біохімічні особливості цього явища вивчені недостатньо. Метою цієї роботи було провести порівняльний аналіз функціонування фотосинтетичного апарату, вмісту макро-, мікроелементів, флавоноїдів та брасиностероїдів у варієгатних та зелених листках переклинальної химери рослин Cornus controversa колекції Національного ботанічного саду імені М. М. Гришка НАН України. Відбір зразків проводили протягом періоду з червня по жовтень 2022 р. Вміст фотосинтетичних пігментів та брасиностероїдів визначали спектрофотометрично, аутофлуо­ресценцію тканин листків вивчали за допомогою інвертованого мікроскопу з багатоканальною системою флуоресцентної візуалізації, унормований індекс різниці рослинності індекс (NDVI) – за допомогою приладів GreenSeeker та флуорометра, кількість макро- та мікроелементів – за допомогою емісійного плазменного спектрометра. Фенольні вторинні метаболіти розділяли методом HPTLC. Для оцінки захисної здатності флавоноїдів використовували біотест на схожість насіння редиски Raphanus sativus var. radicula за присутності AlCl3. Показано, що зелені листки химери C. controversa мали вдвічі вищий індекс NDVI, довше зберігали фотосинтетичну активність восени та мали вищий вміст макроелементів (Mg, Ca та S), але нижчу концентрацію токсичних металів (Al, Cu, Fe, Zn, Ti) ніж варієгатні. Тоді як, варієгатні листки акумулювали більше брасиностероїдів та фенольних метаболітів, які проявили здатність, не тільки знижувати токсичний вплив алюмінію, а також стимулювали ріст корінців проростків редиски. Така спеціалізація зелених та варієгатних листків може сприяти кращій адаптації рослинних химер до забруднення навколишнього середовища.

Ключові слова: , , , , , , , ,

Посилання:

  1. Yu F, Fu A, Aluru M, Park S, Xu Y, Liu H, Liu X, Foudree A, Nambogga M, Rodermel S. Variegation mutants and mechanisms of chloroplast biogenesis. Plant Cell Environ. 2007;30(3):350-365. PubMed, CrossRef
  2. Zhang JH, Zeng JC, Wang XM, Chen SF, Albach DC, Li HQ. A revised classification of leaf variegation types. Flora. 2020;272:151703. CrossRef
  3. Niu Y, Sun H, Stevens M. Plant Camouflage: Ecology, Evolution, and Implications. Trends Ecol Evol. 2018;33(8):608-618. PubMed, CrossRef
  4. Chen J, Li Y, He D, Bai M, Li B, Zhang Q, Luo L.Cytological, physiological and transcriptomic analysis of variegated Leaves in Primulina pungentisepala offspring. BMC Plant Biol. 2022;22(1):419. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  5. Olson J, Clark M. Characterization of Anatomical and Physiological Effects of Variegation Mutation on Grapevine. HortScience. 2021;56(10):1251-1257. CrossRef
  6. Abadie C, Lamothe M, Mauve C, Gilard F, Tcherkez G. Leaf green-white variegation is advantageous under N deprivation in Pelargonium×hortorum. Funct Plant Biol. 2015;42(6):543-551. PubMed, CrossRef
  7. Madore MA. Carbohydrate Metabolism in Photosynthetic and Nonphotosynthetic Tissues of Variegated Leaves of Coleus blumei Benth. Plant Physiol. 1990;93(2):617-622. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  8. Li Y, Li W, Hu D, Shen P, Zhang G, Zhu Y. Comparative analysis of the metabolome and transcriptome between green and albino zones of variegated leaves from Hydrangea macrophylla ‘Maculata’ infected by hydrangea ringspot virus. Plant Physiol Biochem. 2020;157:195-210. PubMed, CrossRef
  9. Vidović M, Morina F, Milić-Komić S, Vuleta A, Zechmann B, Prokić Lj, Veljović Jovanović S. Characterisation of antioxidants in photosynthetic and non-photosynthetic leaf tissues of variegated Pelargonium zonale plants. Plant Biol (Stuttg). 2016;18(4):669-680. PubMed, CrossRef
  10. Zhang Q, Zhang M, Ding Y, Zhou P, Fang Y. Composition of photosynthetic pigments and photosynthetic characteristics in green and yellow sectors of the variegated Aucuba japonica ‘Variegata’ leaves. Flora. 2018;240:25-33. CrossRef
  11. Shelef O, Summerfield L, Lev-Yadun S, Villamarin-Cortez S, Sadeh R, Herrmann I, Rachmilevitch S. Thermal benefits from white variegation of Silybum marianum Leaves. Front Plant Sci. 2019;10:688. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  12. Zhang Z, Liu Z, Song H, Chen M, Cheng S. Protective Role of Leaf Variegation in Pittosporum tobira under Low Temperature: Insights into the Physio-Biochemical and Molecular Mechanisms. Int J Mol Sci. 2019;20(19):4857. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  13. Frank MH, Chitwood DH. Plant chimeras: The good, the bad, and the ‘Bizzaria’. Dev Biol. 2016;419(1):41-53. PubMed, CrossRef
  14. Nassar NMA. Periclinal Chimera: A New Efficient Plant Breeding Technique. Adv Biosci Biotechnol. 2022;13(10):460-467. CrossRef
  15. Tenuta MC, Deguin B, Loizzo MR, Cuyamendous C, Bonesi M, Sicari V, Trabalzini L, Mitaine-Offer AC, Xiao J, Tundis R. An Overview of Traditional Uses, Phytochemical Compositions and Biological Activities of Edible Fruits of European and Asian Cornus Species. Foods. 2022;11(9):1240. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  16. Yang J, Cao B, Xue Y, Liang H, Wu Y, Zhao N, Hu D, Gao P, Li G, Bai C. The medicinal active ingredients and their associated key enzyme genes are differentially regulated at different growth stages in Cornus officinalis and Cornus controversa. Ind Crop Prod. 2019;142:111858. CrossRef
  17. Lee D, Kang SJ, Lee SH, Ro J, Lee K, Kinghorn AD. Phenolic compounds from the leaves of Cornus controversa. Phytochemistry. 2000;53(3):405-407. PubMed, CrossRef
  18. Pask AJD, Pietragalla J, Mullan DM, Reynolds MP. (Eds.) Physiological Breeding II: A Field Guide to Wheat Phenotyping. Mexico, D.F.: 2012. 141 p.
  19. Hiscox JD, Israelstam CF. A method for the extraction of chlorophyll from leaf tissue without maceration. Canad J Bot. 1979;57(12):1332-1334. CrossRef
  20. Wellburn AR. The spectral determination of chlorophylls a and b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolution. J Plant Physiol. 1994;144(3):307-313. CrossRef
  21. Genty B, Harbinson J. Regulation of Light Utilization for Photosynthetic Electron Transport. In: Baker NR (ed.) Photosynthesis and the Environment. Advances in Photosynthesis and Respiration, vol 5. Springer, Dordrecht. 1996. pp. 68-92. CrossRef
  22. Nakano H, Tanaka R, Guan S, Ohdan H. Predicting rice grain yield using normalized difference vegetation index from UAV and GreenSeeker. Crop Environ. 2023;2(2):59-65. CrossRef
  23. Zsebő S, Bede L, Kukorelli G, Kulmány IM, Milics G Stencinger D, Teschner G, Varga Z, Vona V, Kovács AJ. Yield prediction using NDVI values from GreenSeeker and MicaSense Cameras at different stages of winter wheat phenology. Drones. 2024;8(3):88. CrossRef
  24. Rinkis H, Nollendorf V. Balanced nutrition of plants with macro and microelements. Zynatne, Riga, 1982. 202 p. (In russian).
  25. Kravets VS, Kretinin SV, Derevyanchuk MV, Drach SV, Litvinovskaya RP, Khripach VA. Effect of low temperatures on the level of endogenous brassinosteroids. Dopov Nac akad nauk Ukr. 2011;(8):155. (In Ukrainian).
  26. Prüm B, Florian Bohn H, Seidel R, Rubach S, Speck T. Plant surfaces with cuticular folds and their replicas: influence of microstructuring and surface chemistry on the attachment of a leaf beetle. Acta Biomater. 2013;9(5):6360-6368. PubMed, CrossRef
  27. Koch K, Barthlott W. Superhydrophobic and superhydrophilic plant surfaces: an inspiration for biomimetic materials. Philos Trans A Math Phys Eng Sci. 2009;367(1893):1487-1509. PubMed, CrossRef
  28. Vogt T. Phenylpropanoid biosynthesis. Mol Plant. 2010;3(1):2-20. PubMed, CrossRef
  29. Liu M, Liu X, Ding W, Wu L. Monitoring stress levels on rice with heavy metal pollution from hyperspectral reflectance data using wavelet-fractal analysis. Int J Appl Earth Obs Geoinf. 2011;13(2):246-255. CrossRef
  30. Wu L, Liu X, Liu M. Analysis of the fractal characteristic of the hyperspectral curves of the rice under plumbum pollution stress. In: 2012 international conference on computer vision in remote sensing. IEEE; 2012. p. 296-300. CrossRef
  31. Patel AK, Ghosh JK. Quantitative analysis of mixed pixels in hyperspectral image using fractal dimension technique. J Indian Soc Remote Sens. 2020;48:583-595. CrossRef
  32. Maxwell K, Johnson GN. Chlorophyll fluorescence – a practical guide. J Exp Bot. 2000;51(345):659-668. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  33. Therby-Vale R, Lacombe B, Rhee SY, Nussaume L, Rouached H. Mineral nutrient signaling controls photosynthesis: focus on iron deficiency-induced chlorosis. Trends Plant Sci. 2022;27(5):502-509. PubMed, CrossRef
  34. Silva-Stenico ME, Pacheco FT, Pereira-Filho ER, Rodrigues JL, Souza AN, Etchegaray A, Gomes JE, Tsai SM. Nutritional deficiency in citrus with symptoms of citrus variegated chlorosis disease. Braz J Biol. 2009;69(3):859-864. PubMed, CrossRef
  35. Zaimenko NV, Slyusarenko OM, Didyk NP, Dzyuba OI, Ellanska NE, Ivanytska BО, Kharytonova IP, Pavlіuchenko NA, Rositska NV. The results of testing of organo-siliceous mixtures in Ukraine. Publishing Lira-K, Kyiv, 2018. 40 p. (In Ukrainian).
  36. Shahzad B, Tanveer M, Che Z, Rehman A, Cheema SA, Sharma A, Song H, Rehman SU, Zhaorong D. Role of 24-epibrassinolide (EBL) in mediating heavy metal and pesticide induced oxidative stress in plants: A review. Ecotoxicol Environ Saf. 2018;147:935-944. PubMed, CrossRef
  37. Rajewska I, Talarek M, Bajguz A. Brassinosteroids and response of plants to heavy metals action. Front Plant Sci. 2016;7:629. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  38. Sharma A, Shahzad B, Rehman A, Bhardwaj R, Landi M, Zheng B. Response of phenylpropanoid pathway and the role of polyphenols in plants under abiotic stress. Molecules. 2019;24(13):2452. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  39. Ma JF, Hiradate S, Nomoto K, Iwashita T, Matsumoto H. Internal Detoxification Mechanism of Al in Hydrangea (Identification of Al Form in the Leaves). Plant Physiol. 1997;113(4):1033-1039. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  40. Yang ZM, Sivaguru M, Horst WJ Matsumoto H. Aluminium tolerance is achieved by exudation of citric acid from roots of soybean (Glycine max). Physiol Plant. 2000;110(1):72-77. CrossRef
  41. Zaimenko N, Didyk N, Ellanska N, Rositska N, Kharytonova N, Yunosheva О. Implementation of modern technologies to alleviate. Sci Innov. 2021;17(1):64-77. CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.