ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ МИТОХОНДРИЙ РАЗЛИЧНЫХ СОРТОВ ПРОРОСТКОВ ГОРОХА, РАЗЛИЧАЮЩИХСЯ ПО УСТОЙЧИВОСТИ К ДЕФИЦИТУ ВОДЫ И ВЛИЯНИЕ НА НЕГО ТЕТРАНИТРОЗИЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ЖЕЛЕЗА С ТИОСУЛЬФАТНЫМИ ЛИГАНДАМИ

Научная статья
DOI:
https://doi.org/10.23649/jae.2022.4.24.07
Выпуск: № 4 (24), 2022
Опубликована:
19.08.2022
PDF

Аннотация

Разные сорта растений обладают различной способностью переносить неблагоприятные воздействия внешней среды без резкого снижения ростовых процессов и урожайности. Настоящее исследование проведено с целью изучения влияния водного дефицита на морфологические, биохимические и биоэнергетические показатели двух сортов проростков гороха, различающихся устойчивостью к водному дефициту. Параллельно изучали влияние донора оксида азота тетранитрозильного комплекса железа с тиосульфатными лигандами (ТНКЖ-тио) на устойчивость проростков гороха к недостаточному увлажнению. Функциональное состояние митохондрий оценивали по скорости потребления кислорода митохондриями, по интенсивности перекисного окисления липидов, регистрируемого спектрофлуориметрическим методом, по изучению жирнокислотного состава мембран митохондрий, методом хроматографии и по исследованию морфологии митохондрий методом атомно-силовой микроскопии. Недостаточное увлажнение приводило к активации ПОЛ, что вызывало набухание митохондрий и изменение содержания С18 и С20 жирных кислот (ЖК) в мембранах этих органелл. При этом дефицит воды (ДВ) вызывал снижение содержания линоленовой кислоты на 15% в мембранах митохондрий мало устойчивого к ДВ сорта, в то время как у устойчивого сорта - всего на 6%. При этом в мембранах митохондрий, устойчивых к дефициту воды сорта, ненасыщенных С20 ЖК было в 3,23 раза больше. ДВ сопровождался увеличением содержания этих жирных кислот. Различия в составе ЖК митохондриальных мембран влияли на биоэнергетические характеристики митохондрий. Недостаточное увлажнение сопровождалось снижением максимальных скоростей окисления НАД-зависимых субстратов. При этом скорости окисления НАД-зависимых субстратов и эффективность окислительного фосфорилирования у устойчивого сорта были выше. Обработка семян гороха 10-8M ТНКЖ-тио восстановила биоэнергетические характеристики митохондрий у проростков гороха обоих сортов. Однако эффективность окислительного фосфорилирования в дыхательной цепи митохондрий устойчивого к ДВ сорта была на 15,7% выше. Можно предположить, что повышенное содержание ненасыщенных ЖКОДЦ в мембранах митохондрий проростков гороха способствует поддержанию биоэнергетических характеристик митохондрий, а, следовательно, и энергетического метаболизма клетки в условиях стресса.

Полный текст только в pdf

Список литературы

  • Hasanuzzaman M. Exogenous nitric oxide alleviates high temperature induced oxidative stress in wheat (Triticum aestivum L.) seedlings by modulating the antioxidant defense and glyoxalase / M. Hasanuzzaman, K. Nahar, Md. M. Alam et al. // Australian J. Crop Science. – 2012. – 6(8). – pp.1314–1323.

  • Nabi S.R.B. Nitric oxide regulates plant responses to drought, salinity, and heavy metal stress / S.R.B. Nabi, R. Tayade, A. Hussain et al. // Environmental and Experimental Botany. – 2019. – 161. – pp. 120–133

  • Groß F. Nitric oxide, antioxidants and prooxidants in plant defence responses/ F. Groß, J. Durner, F. Gaupels // Front Plant Sci. – 2013. – 4.– p. 419.

  • Vanin A.F. Dinitrozilʹnyye kompleksy zheleza s tiol-soderzhashchimi ligandami: fiziko-khimiya, biologiya, meditsina [Dinitrosyl iron complexes with thiol-containing ligands: physics-chemistry, biology, medicine] /A.F. Vanin – Moskva-Izhevsk: Institut kompʹyuternykh issledovaniy, 2015. – 220 p. [in Russian]

  • Sanina N.A. Stroenie i svojstva nitrozil'nyh kompleksov zheleza s funkcional'nymi serosoderzhashchimi ligandami [Structure and properties of nitrosyl iron complexes with functional sulfur-containing ligands] / N.A. Sanina, S.M. Aldoshin // Izv. RAN. Ser. him. [News of the Russian Academy of Sciences. Chemistry Series] – 2011. – № 7. – pp. 1199–1227 [in Russian]

  • Hou Q. Lipid signalling in plant responses to abiotic stress / Q. Hou, G. Ufer, D. Bartels // Plant Cell Environ. – 2016. – 39(5). – pp.1029-48 DOI: 10.1111/pce.12666

  • Okazaki Y. Roles of lipids as signaling molecules and mitigators during stress response in plants / Y. Okazaki, K. Saito // Plant J. – 2014. – 79(4). – pp.584–596. DOI: 10.1111/tpj.12556

  • Taylor N.L. Differential Impact of Environmental Stresses on the Pea Mitochondrial Proteome / N.L. Taylor, J.L Heazlewood, D.A. Day et al. // Mol Cell Proteomics. – 2005. – 4(8). – pp. 1122–1133. DOI: 10.1074/mcp.M400210–MCP200

  • Møller I.M. Plant mitochondria – past, present and future / I.M. Møller, A.G. Rasmusson, O.V. Aken // The Plant Journal. – 2021. – 108. – pp. 912–959 DOI: 10.1111/tpj.15495

  • Lakomkin V.L. Long-lasting hypotensive action of stable preparations of dinitrosyl-iron complexes with thiol-containing ligands in conscious normotensive and hypertensive rat / V.L. Lakomkin, A.F. Vanin, A.A. Timoshin et al // Nitric Oxide. – 2007. – 16(4). – pp. 413–418

  • Popov V.N. Vliyaniye ingibitorov elektronnogo transporta na obrazovaniye aktivnykh form kisloroda pri okislenii suktsinata mitokhondriyami gorokha [The effect of electron transport inhibitors on the formation of reactive oxygen species during the oxidation of succinate by pea mitochondria] / V.N. Popov, E.K. Ruge, A.A Starkov // Biokhimiya [Biochemistry]. – 2003. – 68(7). – pp. 910–916 [in Russian]

  • Fletcher B.I. Measurement of fluorescent lipid peroxidation products in biological systems and tissues / B.I. Fletcher, C.D. Dillard., A.L. Tappel // Anal. Biochem. – 1973. – 52. – pp. 1–9

  • Carreau J.P. Adaptation of Macroscale Method to the Microscale for Fatty Acid Methyl Trans esterification of Biological Lipid Extracts / J.P Carreau., J.P Dubacq // J. Chromatogr. – 1979. – 151. – pp. 384−390.

  • Wang J. Fatty Acid Determination in Chicken Egg Yolk.A Comparison of Different Methods/ J. Wang, H. Sunwoo, G. Cherian et al // Poultry. Science. – 2000. – 79. – pp.1168−1171

  • Golovina R.V. Thermodynamic Evaluation Interaction of Fatty Acid Methyl Esters with Polar and Nonpolar Stationary Phases, Based on Their Retention Indices Chromatographia / R.V. Golovina, T.E. Kuzmenko // Chromatography. – 1977. – 10. – pp. 545−546.

  • Zhang L. Characterization of mitochondrial dynamics and subcellular localization of ROS reveal that HsfA2 alleviates oxidative damage caused by heat stress in Arabidopsis / L. Zhang, D. Xing, C. Gao // J. Exp. Bot. – 2009. – 60. – pp. 2073–2091. DOI: 10.1093/jxb/erp078.

  • Mata-Pérez C. Transcriptomic profiling of linolenic acid-responsive genes in ROS signaling from RNA-seq data in Arabidopsis/ C. Mata-Pérez, B. Sánchez-Calvo, J.C. Begara-Morales et al // Frontiers in Plant Science. – 2015. – 6. – p.122. DOI: 10.3389/fpls.2015.00122

  • He M. Plant Unsaturated Fatty Acids: Multiple Roles in Stress Response / M. He, N. Zh. Ding // Front. Plant Sci. – 2020. – 11. – p. 562785. DOI: 10.3389/fpls.2020.562785

  • Batsale M. Biosynthesis and Functions of Very-Long-Chain Fatty Acids in the Responses of Plants to Abiotic and Biotic Stresses / M. Batsale, D. Bahammou, L Fouillen et al. // Cells. – 2021. – 10(6). – p. 1284. DOI: 10.3390/cells10061284

  • Zhukov A.V. Very-long-chain fatty acids (VLCFAs) in plant response to stress / A.V. Zhukov, M. Shumskaya // Functional Plant Biology. – 2020 – 47(8). – pp. 695–703 DOI: 10.1071/FP19100

  • Popov V.N. Izmeneniya soderzhaniya i zhirnokislotnogo sostava lipidov list'ev i kornej tabaka pri nizkotemperaturnom zakalivanii [Changes in the content and fatty acid composition of lipids of tobacco leaves and roots during low-temperature hardening] / Popov V.N., Antipina O.V., Pchelkin V.P. et al. // Fiziologiya rastenij [Plant physiology]. – 2012. – 59. – pp. 203–208 [in Russian]

  • Zhigacheva I.V. Iron-Sulfur-Nitrosyl Complex Increases the Resistance of Pea Seedling to Water Deficiency/ I.V. Zhigacheva, V.I. Binyukov, E.M. Mil et al. // Current Chemical Biology. – 2020. – 14(3). – pp. 203–215 DOI: 10.2174/2212796814999200907162619