Експресія гена β-глюкозидази PYK 10 в проростках Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. за умов кліностатування та при Х-опроміненні

  • С. М. Романчук
DOI: https://doi.org/10.7124/FEEO.v25.1159

Анотація

Мета. Дослідити експресію гена β-глю­козидази PYK 10 в проростках Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. за умов кліностатування та за Х-опромінення в дозах 0,5 Гр, 1 Гр, 2 Гр, 4 Гр, 6  Гр, 8 Гр, 10 Гр та 12 Гр. Методи. Проростки вирощували на живильному агаризованому середовищі. Для визначення відносної експресії гена PYK 10 використано метод ПЛР у реальному часі. Результати. Вперше виявлено значне підвищення експресії гена PYK 10 в проростках A. thaliana за умов кліностатування та за Х-опромінення порівняно з контролем. За умов кліностатування збільшення кількості ЕР-тілець відбувається за рахунок високої експресії гена PYK 10 та синтезу ферменту β-глюкозидази без збільшення його активності. Під час
Х-опромінення збільшення кількості ЕР-тілець та підвищення активності β-глюкозидази відбувається за рахунок високої експресії гена PYK 10. За період десять діб захисні реакції клітин A. thaliana на дію Х-опромінення набувають адаптивного характеру, ключову роль у них виконує β-глюкозидаза. Висновки. Вперше показано роль ЕР-тілець, які містять β-глю­козидазу (PYK 10), в адаптації проростків A. thaliana на дію кліностатування та Х-опромінення. Підвищення експресії гена PYK 10 за цих умов є частиною внутрішньої програми захисту на вплив зовнішніх чинників.

Ключові слова: Arabidopsis thaliana (L.) Heynh., ЕР-тільця, β-глюкозидаза, експресія гена, кліностатування, Х-опромінення.

Посилання

Sychev V.N., Levinskikh M.A., Podolsky I.G. Biological component of life support systems for a crew in long-duration space expeditions. Acta Astronaut. 2008. Vol. 63. P. 1119–1125. doi: 10.1016/j.actaastro.2008.01.001.

Karoliussen I.B.E., Kittang A.I. Will plants grow on Moon or Mars? Curr. Biotechnol. 2013. Vol. 2. P. 235–243. doi: 10.2174/22115501113029990019.

De Micco V., Arena C., Pignalosa D., Durante M. Effects of sparsely and densely ionizing radiation on plants. Radiation and Environmental Biophysics. 2011. Vol. 50 (1). P. 1–19. doi: 10.1007/s00411-010-0343-8.

International Space Station Internal Radiation Monitoring (ISS Internal Radiation Monitoring) – 05.04.2017. URL: https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/1043.html.

Kordyum E.L. Plant cell gravisensitivity and adaptation to microgravity. Plant Biology. 2014. Vol. 16 (Suppl. 1). P. 79–90. doi: 10.1111/plb.12047.

Link B.M., Durst S.J., Zhou W., Stankovic B. Seed-to-seed growth of Arabidopsis thaliana on the International Space Station. Adv Space Res. 2003. Vol. 31 (10). P. 2237–2243. doi: 10.1016/S0273-1177(03)00250-3.

Hayashi Y., Yamada K., Shimada T., Matsushima R., Nishizawa N.K., Nishimura M., Hara-Nishimura I. A proteinase_storing body that prepares for cell death or stresses in the epidermal cells of Arabidopsis. Plant Cell Physiol. 2001. Vol. 42. Р. 894–899. doi: 10.1093/pcp/pce144.

Ketudat Cairns J.R., Esen A. β-glucosidases. Cell Mol Life Sci. 2010. Vol. 67 (20). P. 3389–3405. doi: 10.1007/s00018-010-0399-2.

Matsushima R., Kondo M., Nishimura M., Hara-Nishimura I. A novel ER-derived compartment, the ER body, selectively accumulates a β-glucosidase with an ER retention signal in Arabidopsis. Plant J. 2003. Vol. 33. P. 493–502. doi: 10.1046/j.1365-313X.2003.01636.x.

Romanchuk S.М. Ul'trastruktura statocitіv ta klіtin distal'noї zoni roztiagu v Arabidopsis thaliana za umov klіnostatuvannia. Citologіia і genetika. 2010. T. 44, № 6. S. 3–8. [in Ukrainian] doi: 10.3103/S0095452710060010.

Romanchuk S. ER bodies in Arabidopsis thaliana root apices under clinorotation and after X-Ray irradiation. Cracow-Plant-Stress Conference Series No. 9 (problem issues). The F. Gorski Institute of Plant Physiology, PAS, Cracow, Poland, 2013. P. 185–192.

Romanchuk S.М. Aktivnіst' β-gliukozidazi v prorostkakh Arabidopsis thaliana (L.) Heynh pri dії іonіzuiuchogo vipromіniuvannia. Vіsnik Kharkіvs'kogo nacіonal'nogo unіversitetu іmenі V.N. Karazіna. Serіia «Bіologіia». 2017. Vip. 29. S. 103–108. [in Ukrainian] doi: 10.26565/2075-5457-2017-29-13.

Romanchuk S.М. Aktivnіst' β-gliukozidazi iak pokaznik zakhisnoї sistemi roslin Brassicaceae Juss. pri klіnostatuvannі. Aktual'nі problemi botanіki ta ekologії: materіali mіzhnarodnoї konferencії molodikh uchenikh (Berezne, Rіvnens'ka oblast', Ukraїna, 9–13 serpnia 2011 r.). Kiїv: TOV «Veles», 2011. S. 195–196. [in Ukrainian]

Matsushima R., Hayashi Y., Kondo M., Shimada T., Nishimura M., Hara-Nishimura I. An endoplasmic reticulum derived structure that is induced under stress conditions in Arabidopsis. Plant Physiol. 2002. Vol. 130. P. 1807–1814. doi: 10.1104/pp.009464.

Ogasawara K., Yamada K., Christeller J.T., Kondo M., Hatsugai N., Hara-Nishimura I., Nishimura M. Constitutive and inducible ER bodies of Arabidopsis thaliana accumulate distinct β-glucosidases. Plant Cell Physiol. 2009. Vol. 50 (3). P. 480–488. doi: 10.1093/pcp/pcp007.

Matsushima R., Fukao Y., Nishimura M., Hara-Nishimura I. NAI1 gene that encodes a basic-helix-loop-helix-type putative transcription factor that regulates the formation of a novel ER-derived structure, the ER body. Plant Cell. 2004. Vol. 16. Р. 1536–1549. doi: 10.1105/tpc.021154.

Nitz I., Berkefeld H., Puzio P.S., Grundler F.M.W. Pyk10, a seedling and root specific gene and promoter from Arabidopsis thaliana. Plant Sci. 2001. Vol. 161. P. 337–346. doi: 10.1016/S0168-9452(01)00412-5.

Sherameti I., Venus Y., Drzewiecki C., Tripathi S., Dan V.M., Nitz I., Varma A., Grundler F.M., Oelmüller R. PYK10, a β-glucosidase located in the endoplasmatic reticulum, is crucial for the beneficial interaction between Arabidopsis thaliana and the endophytic fungus Piriformospora indica. Plant J. 2008. Vol. 54. P. 428–439. doi: 10.1111/j.1365-313X.2008.03424.x.