Загальна редукуюча спроможність нокаутних мутантів cat2cat3 Arabidopsis thaliana в умовах теплового стресу
Анотація
Мета. В роботі перевіряли, чи одночасна втрата активності двох ізоформ каталази САТ2 та САТ3 може бути компенсована зростанням вмісту низькомолекулярних антиоксидантів. Для цього було оцінено загальну редукуючу спроможність у рослин арабідопсису дикого типу та лінії сat2сat3 — як за оптимальних умов зростання, так і за дії теплового стресу. Методи. Листки Arabidopsis thaliana дикого типу та нокаутного мутанту сat2сat3 піддавали дії підвищених температур. Вміст водорозчинних низькомолекулярних антиоксидантних сполук оцінювали, визначаючи загальну редукуючу спроможність методом йодометрії. Результати. У інтактних рослин мутантної лінії сat2сat3 відбувається зростання вмісту низькомолекулярних антиоксидантів в 1,7 разів порівняно з рослинами дикого типу. Підвищений вміст цих сполук у нокаутних рослин спостерігався також і за дії теплового стресу. Встановлено різ ний характер змін загальної редукуючої спроможності рослин дикого типу та нокаутної лінії. Висновок. Втрата активності ізоформ каталази САТ2 та САТ3 у нокаутних мутантів арабідопсису призводить до активації неферментної ланки антиоксидантного захисту. Зрос тання вмісту низькомолекулярних антиоксидантів є одним з механізмів, які забезпечують захист мутантних рослин від хронічного оксидативного стресу як за оптимальних умов культивування, так і за дії підвищених температур.
Ключові слова: мультигенні родини, тепловий шок, загальна редукуюча спроможність, нокаут-мутанти, Arabidopsis thaliana.Посилання
Bita C. E., Gerats T. Plant tolerance to high temperature in a changing environment: scientific fundamentals and production of heat stress-tolerant crops. Frontiers in Plant Science. 2013. Vol. 4. P. 1–18. doi: 10.3389/fpls.2013.00273
Qu A., Ding Y. F., Jiang Q., Zhu C. Molecular mechanisms of the plant heat stress response. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2013. Vol. 432(2). P. 203–207. doi: 10.1016/j.bbrc.2013.01.104
Foyer C. H., Noctor G. Redox signaling in plants. Antioxidants and Redox Signaling. 2013. Vol.18(16). P. 2087–2090. doi: 10.1089/ars.2013.5278
Das K., Roychoudhury A. Reactive oxygen species (ROS) and response of antioxidants as ROS-scavengers during environmental stress in plants. Frontiers in Environmental Science. 2014. Vol. 2. P. 1–13. doi: 10.3389/fenvs.2014.00053
Choudhury F. K., Rivero R. M., Blumwald E., Mittler R. Reactive oxygen species, abiotic stress and stress combination. Plant Journal. 2016. Vol. 90(5). P. 856–867. doi: 10.1111/tpj.13299
Anjum N. A., Sharma P., Gill S. S., Hasanuzzaman M., Khan E. A., Kachhap K., Sofo A. Catalase and ascorbate peroxidase – representative H2O2-detoxifying heme enzymes in plants. Environmental Science and Pollution Research International. 2016. Vol. 23(19). P. 19002–19029. doi: 10.1007/s11356-016-7309-6
Mhamdi A., Queval G., Chaouch S., Vanderauwera S., Breusegem F. V., Noctor G. Catalase function in plants: a focus on Arabidopsis mutants as stress-mimic models. Journal of Experimental Botany. 2010. Vol. 61(15). P. 4197–4220. doi: 10.1093/jxb/erq282
Zimmermann P., Heinlein C., Orendi G., Zentgraf U. Senescence-specific regulation of catalases in Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. Plant, Cell and Environment. 2006. Vol. 29(6). P.1049–1060. doi: 10.1111/j.1365-3040.2005.01459.x
Sofo A., Scopa A., Nuzzaci M., Vitti A. Ascorbate peroxidase and catalase activities and their genetic regulation in plants subjected to drought and salinity stresses. International Journal of Molecular Science. 2015. Vol. 16(6). P. 13561–13578. doi: 10.3390/ijms160613561
Scandalios J. G., Acevedo A., Ruzsa S. Catalase gene expression in response to chronic high temperature stress in maize. Plant Science. 2000. Vol. 156. P. 103–110. doi: 10.1016/s0168-9452(00)00235-1
Foyer C. H., Noctor G. Redox signaling in plants. Antioxidants and Redox Signaling. 2013. Vol. 18(16). P. 2087–2090. doi: 10.1089/ars.2013.5278
Sharma P., Jha A. B., Dubey R. S., Pessarakli M. Reactive oxygen species, oxidative damage, and antioxidative defense mechanism in plants under stressful conditions. Journal of Botany. 2012. Vol. 2012. P. 1–26. doi: 10.1155/2012/217037
Szarka A., Tomasskovics B., Banhegyi G. The ascorbateglutathione-α-tocopherol triad in abiotic stress response. Internat. Journal of Molecular Science 2012. Vol. 13(4). P. 4458–4483. doi: 10.3390/ijms13044458
Halliwell B. Reactive species and antioxidants. Redox biology is a fundamental theme of aerobic life. Plant Physiology. 2006. Vol. 141(2). P. 312–322. doi: 10.1104/pp.106.077073
Noctor G., Mhamdi A., Chaouch S., Han Y. I., Neukermans J., Marquez-Garcia B., Foyer C. H. Glutathione in plants: an integrated overview. Plant, Cell and Environment. 2012. Vol. 35(2). P. 454–484. doi: 10.1111/j.1365-3040.2011.02400.x
Rohozynskyj M. S, Shelifist A. E., Kostyshyn S. S., Volkov R. A. Influence of heavy metals ions on plant in vitro culture. Physiology and Biochemistry of cultivated plants. 1998. Vol. 30(6). – P. 465-471.
Mehr Z., Khajeh H., Bahabadi S., Sabbagh S. Changes on proline, phenolic compounds and activity of antioxidant enzymes in Anethum graveolens L. under salt stress. International Journal of Agronomy and Plant Production. 2012. Vol. 3. P. 710–715. doi: 10.1556/018.67.2016.2.7
Michalak A. Phenolic compounds and their antioxidant activity in plants growing under heavy metal stress. Polish Journal of Environment Studies. 2006. Vol. 15(4). P. 523.
Panchuk I. I., Volkov R. A., Schoeffl F. Heat stress- and heat shock transcription factor-dependent expression and activity of ascorbate peroxidase in Arabidopsis. Plant Physiology. 2002. Vol. 129. P. 838–853. doi: 10.1104/pp.001362
Doliba I. M., Volkov R. A., Panchuk I. I. Method of catalase activity determination in plants. Physiology and Biochemistry of cultivated plants. 2010. Vol. 42(6). P. 497–503.
Tretyakov N. N. Practice on plant physiology. M.: Kolos, 2003. 288 p.
Budzak V. V. Biometrics. Chernivtsi: Ruta, 2013. 326 p.
Panchuk I. I. Expression patterns of genes coding for antioxidant enzymes and chaperone proteins during plant development and under stress. Doctor of science dissertation. Kiev, 2015. 328 p.
