ВПЛИВ ХЛОРИДУ НАТРІЮ НА ВМІСТ АСКОРБАТУ У ARABIDOPSIS THALIANA
DOI:
https://doi.org/10.31861/biosystems2017.02.176Keywords:
аскорбат (Asc), дегідроаскорбат (DHA), низьмолекулярні антиоксиданти, активні форми кисню (АФК), сольовий стрес, Arabidopsis thalianaAbstract
Засолення ґрунтів належить до головних факторів, що лімітують продуктивність рослинництва. Зростання вмісту солей (в першу чергу – хлориду натрію) у рослинному організмі викликає сольовий стрес, одним з проявів якого є посилене утворення активних форм кисню (АФК) у хлоропластах та пероксисомах. Останнє є наслідком закриття продихів, зниження доступності СО2 та інгібування реакцій циклу Кальвіна, що в свою чергу призводить до надвідновлення електрон-транспортного ланцюга хлоропластів та активації фотодихання. АФК окислюють молекули білків, ліпідів, нуклеїнових кислот, порушують проникливість плазматичних мембран та редокс гомеостаз клітини. Ключову роль в запобіганні ушкоджень окисного характеру відіграють низькомолекулярні антиоксиданти, зокрема – аскорбат (вітаміну С), який приймає участь у захисті рослин від оксидативного стресу за дії посухи, озону, інтенсивного освітлення тощо. Проте, роль аскорбату на ранній стадії відповіді рослинної клітини на сольовий стрес все ще залишається недостатньо з’ясованою. Тому у даній роботі ми зосередили увагу на вивченні змін вмісту відновленої (Asc) та окисленої (DHA) форм вітаміну С у модельної рослини Arabidopsis thaliana у відповідь на стрес, викликаний швидким надходженням хлориду натрію у тканини листків. Для дослідження використовували рослини A. thaliana екотипу Columbia 0 віком 4,5-5 тижнів. Рослини вирощували за сталої температури +20°С і освітленні 2000 Лк в умовах 16-годинного світлового дня. Для проведення стресової обробки надземну частину рослин відокремлювали від кореневої системи і місце зрізу занурювали в рідке середовище Мурасіге-Скуга, яке додатково містило хлорид натрію у концентраціях 50, 100 та 200 мМ. Зразки інкубували на світлі або в темряві протягом 4 та 8 годин. Було встановлено, що у контрольних рослинах, які інкубувались у темряві протягом 4 та 8 годин на живильному середовищі без додавання хлориду натрію вміст Asc знижувався, відповідно, на 19 та 13%, а вміст DHA зростав на 61 та 48%. Внаслідок цього сумарний пул Asc+DHA залишався таким же, як в інтактних рослинах, хоча частка окисленої форми зростала. При проведенні стресової обробки на світлі у контрольних зразках спостерігалось зниження вмісту Asc порівняно з інтактними рослинами, як це було і в умовах темряви. Проте, вміст DHA при цьому не збільшувався. Обробка хлоридом натрію у темряві не призводила до змін концентрації Asc у листках через 4 години, а через 8 годин за дії 200 мМ NaCl спостерігалось зменшення вмісту Asc на 15%. Сумарний пул Asc+DHA зменшувався на 24%. При освітленні вміст Asc залишався без змін через 4 години, проте вміст DHA у порівнянні з контрольними зразками знижувався. Через 8 годин при використанні 200 мМ NaCl спостерігалось зменшення вмісту Asc на 18%, а DHA – на 19%. Таким чином, отримані нами результати свідчать, що перенесення листків арабідопсису на живильне середовище по-різному впливає на вміст Asc та DHA залежно від умов освітлення. Сольовий стрес призводить до виснаження пулу Asc+DHA у листках арабідопсису. Цей ефект спостерігається вже на ранній стадії стресу як у темряві, так і при освітленні. Зменшення пулу Asc+DHA залежить від тривалості стресу та від концентрації хлориду натрію, використаного для обробки рослин.
References
Buzduha I.M., Havryljuk I.G., Panchuk I.I. The activity of DHAR in Arabidopsis thaliana under salt stress // Biological sytems. – 2017. – Vol. 9, Is. 1. – Р. 11–18. (In Ukrainian).
Budhzak V.V. Biometrics – Chernivtsi: Ruta. – 2013. – 326 р. (In Ukrainian).
Didenko N.O., Buzduga I.M., Volkov R. A.,Panchuk I.I. Activity of ascorbate and guaiacolperoxidases in Arabidopsis thaliana cat2 knockout mutants under salt stress. The Bulletin of Vavilov Society of Geneticists and Breeders of Ukraine. – 2015. – Vol. 13, Is. 1. – С. 34–38.
Abogadallah G.M. Antioxidative defense under salt stress // Plant Signal. Behav. – 2010. – Vol. 5, Is. 4. – P. 369–374. doi: 10.4161/psb.5.4.10873
Ahmad P., Prasad M. Abiotic stress responses in plants: metabolism, productivity and sustainability // Plant Science. – 2012. – Vol. 8. – P. 149–156. doi: 10.1007/978-1-4614-0634-1_3
Asada K. Production and scavening of reactive oxygen species in chloroplast and their functions // Plant Physiol. – 2006. – Vol. 141. – P. 391–396. doi: 10.1104/pp.106.082040
Baxter A., Mittler R, Suzuki N. ROS as key players in plant stress signaling // J. Exp. Botany. – 2014. – Vol. 65. – P. 1229-1240. doi:10.1093/jxb/ert375
Caverzan A., Casassola A., Brammer S. Reactive oxygen species and antioxidant enzymes involved in plants tolerance to stress // Abiotic and Biotic Stress in Plants – Recent Advances and Future Perspectives / edited by Arun K. Shanker and Chitra Shanker. – InTech, 2016. – P. 463–474. doi: 10.5772/61368
Choudhury F.K., Rivero R.M., Blumwald E., Mittler R. Reactive oxygen species, abiotic stress and stress combination // Plant J. – 2017. – Vol. 90, № 5. – P. 856–867. doi: 10.1111/tpj.13299
Das K., Roychoundhury A. Reactive oxygen species (ROS) and response of antioxidants as ROSscavengers during environmental stress in plants // Front. Environt. Sci. – 2014. – Vol. 2. – P. 1–13. doi: 10.3389/fenvs.2014.00053
Deinlein U., Stephan A., Horie T., et all. Plant salttolerance mechanisms // Trends Plant Sci. – 2014. – Vol. 19. – P. 371–379. doi: 10.1016/j.tplants.2014.02.001
Dietz K.J., Turkan I., Krieger-Liszkay A. Redox- and reactive oxygen species-dependent signaling into and out of the photosynthesizing chloroplast // Plant Physiol. – 2016. – Vol. 171. – P. 1541–1550. doi: 10.1104/pp.16.00375
Foyer C., Noctor G. Ascorbate and glutathione: the heart of the redox hub // Plant Physiol. – 2011. – Vol. 155. – P. 2–18. doi: 10.1104/pp. 110.167569
Gallie D.R. The role of L-ascorbic acid recycling in responding to environmental stress and in promoting plant growth // J. Exp. Botany. 2013 . Vol. 64. – P. 433–443. doi: 10.1093/jxb/ers330
Gupta B., Huang B. Mechanism of salinity tolerance in plants: physiological, biochemical, and molecular characterization // Int. J. Genomics. – 2014. – P. 1–18. doi: 10.1155/2014/701596
Huang C., He W., Guo J., Chang X., Su P., Zhang L. Increased sensitivity to salt stress in an ascorbatedeficient Arabidopsis mutant // J. Exp. Botany. – 2005. – Vol. 56. – P. 3041–3049. 10.1093/jxb/eri301
Koffler B.E., Luschin-Ebengreuth N., Zechmann B. Compartment specific changes of the antioxidative status in Arabidopsis thaliana during salt stress // J. Plant Biol. – 2015. – Vol. 58. – P. 8–16. doi: 10.1007/s12374-014-0264-1
Luwe M., Takahama U., Heber U. Role of ascorbate in detoxify in ozone in the appoplast of spinach (Spinacia oleracea L.) leaves // Plant Physiol. – 1993. – Vol. 101, Is.3. – P. 969–976.
Miller G., Suzuki N., Ciftci-Yilmaz S., Mittler R. Reactive oxygen species homeostasis and signaling during drought and salinity stresses // Plant Cell Environ. – 2010. – Vol. 33. – P. 453–467. doi: 10.1111/j.1365-3040.2009.02041.x
. Møller I.M., Jensen P.E., Hansson A. Oxidative modifications to cellular components in plants //Annu Rev. Plant Biol. – 2007. – Vol. 58. – P. 459–481. doi: 10.1146/annurev.arplant.58.032806.103946
Reczek C., Chandel N. ROS-dependent signal transduction // Cur. Opin. Cell Biol. – 2015. – Vol. 33. – P. 8–13. doi: 10.1016/j.ceb.2014.09.010
Szarka A., Tomasskovics B., Bánhegyi G. The ascorbate glutathione-α-tocopherol triad in abiotic stress response //Int. J. Mol. Sci. – 2012. – Vol. 13. –P. 4458–83. doi: 10.3390/ijms13044458
Zhang H., Han B., Wang T., Chen S., Li H., Zhang Y., Dai S. Mechanisms of plant salt response: insights from proteomics // J. Proteome Res. – 2012. – Vol. 11. – P. 49–67. doi: 10.1021/pr200861w
Zechmann B. Subcellular distribution of ascorbate in plants // Plant Signal. Behav. – 2011. – Vol. 6, № 3. – P. 360–363. doi: 10.4161/psb.6.3.14342
