ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЖИРНОКИСЛОТНОГО СОСТАВА МЕМБРАН МИТОХОНДРИЙ ПРОРОСТКОВ ГОРОХА ПРИ ОБРАБОТКЕ ДОНОРОМ ОКСИДА АЗОТА В УСЛОВИЯХДЕФИЦИТА ВОДЫ
Аннотация
Введение: Дефицит воды и температурный стресс модифицируют клеточные мембраны и мембраны органелл, влияя на их функциии метаболизм клетки. При этом в мембранах происходит изменение соотношения ненасыщенных жирных кислот к насыщенным, что приводит к изменению избирательной проницаемости мембран и активности ассоциированных с ними ферментов. При совместном действии этих факторов на растительный организм может наблюдаться синергизм в действии этих стрессоров на метаболизм растительных клеток, или же действие одного стрессора будет нивелировать действие другого. Экзогенное применение сигнальных молекул или их доноров, в частности доноров NO, индуцирует устойчивость растений к действию стрессовыхфакторов. Целью исследования было изучение жирнокислотного состава мембран митохондрий этиолированных проростков гороха, находящихся в условиях недостаточного увлажнения при различных температурных режимах (24ои 17о) и обработанных донором оксида азота - тетранитрозильным комплексом железа с тиосульфатными лигандами (ТНКЖ-тио).
Методы: Функциональное состояние митохондрий оценивали по интенсивности перекисного окисления липидов спе ктрофлуориметрическим методоми по изменению жирнокислотного состава мембран митохондрий, который исследовали методом хроматографии.
Результаты: Недостаточное увлажнение приводило к активации ПОЛ, которое вызывало изменения в содержанииС18и С20жирных кислот (ЖК). Содержание линоленовой кислоты в мембранах митохондрий проростков, находящихся в условиях дефицита воды (ДВ) при температуре 24о, снизилось на 21,3%, а в мембранах митохондрий проростков, проращиваемых в тех же условиях, но при 17о - на13%. Изменения происходили и в содержании С20ЖК: содержание 20:2 ω6 и 20:1 ω9 снизилось почти в 2,5 раза и в 1, 5 раза соответственно (ДВ+24ои ДВ+17о). Обработка семян гороха10-6М ТНКЖ-тио предотвращала ПОЛ, препятствовала изменениям в составе ЖК мембран митохондрий и предупреждала торможение роста проростков гороха в условиях дефицита воды.
Выводы: Предполагается, что снижение температуры с 24одо 17оповышает устойчивость проростков гороха к недостаточному увлажнению, что проявляется в менее значимых изменениях жирнокислотного состава мембран митохондрий т.е. наблюдаемые изменения свидетельствуют о наличии перекрестной адаптации. Антистрессовая активность препарата, по-видимому, обусловлена тем, что он является донором NO и определяется его антиоксидантной активностью.
Полный текст только в pdf
Список литературы
Vanin A.F. Dinitrozil'nyye kompleksy zheleza s tiol-soderzhashchimi ligandami: fiziko-khimiya, biologiya, meditsina [Dinitrosyl complexes of iron with thiol-containing ligands: physical chemistry, biology, medicine]/A.F. Vanin - M. - Izhevsk: Institute for Computer Research, 2015. -220 p. ISBN 978-5-4344-0276-7 [in Russian].
Zhigacheva I. V. Tetranitrozil'nyybiyadernyy kompleks zheleza povyshayet ustoychivost' prorostkov gorokha i kletok E. coli k stressovym vozdeystviyam [Tetranitrosyl binuclear iron complex increases stress resistance of pea seedlings and E. coli cells] / I.V. Zhigacheva, S.V. Vasilieva, I.P. Generozova and others // Biologicheskiye membrany [Biological membranes]. - 2020.- 37 (2) .- P. 149–155 [in Russian].
Zorov D.B. Mitokhondriya kak mnogolikiy Yanus [Mitochondria as the many faces of Janus] / D.B.Zorov, N.K. Isaev, E.Yu. Plotnikov and others // Biokhimiya [Biochemistry.Moscow]. – 2007. - 72 (10). - P. 1371–1384 [in Russian].
Ivanova T.V. Povyshennoye soderzhaniye zhirnykh kislot s ochen' dlinnoy tsep'yu v lipidakh vegetativnykh organov galofitov [High content of very long chain fatty acids in the lipids of halophyte autonomic organs] / T.V. Ivanova, N.A. Myasoedov, V.P. Pchelkin and others// Fiziologiya rasteniy [Russian J. Plant Physiology]. - 2009.- 56.- P. 871−878 [in Russian].
Kuznetsov Vl. V. Vodonagnetayushchaya aktivnost' kornevoy sistemy pri kross-adaptatsii rasteniy podsolnechnika k gipertermi i vodnomu defitsitu [Water-injecting activity of the root system during the cross-adaptation of sunflower plants to hyperthermia and water deficiency] / Vl. V. Kuznetsov. // Fiziologiya rasteniy. [Russian J. Plant Physiology]. - 2004. - 51 (6).- P. 805-809. [in Russian].
Kuznetsov Vl. V. Kross-adaptatsiya rasteniy kartofelya k deystviyu nizkikh temperatur i zarazheniyu kartofel'noy tsistoobrazuyushchey nematodoy [Cross-adaptation of potato plants to low temperatures and infection by a potato cyst nematode] / Vl. V. Kuznetsov, V.P.Kholodova // Fiziologiya rasteniy [Russian J. Plant Physiology]. - 2011.-58 (6).- P. 803 -804 [in Russian].
Makarenko S.P. Zhirnokislotnyy sostav lipidov membran mitokhondriy Zea mays i Elymus sibiricus [Fatty acid composition of lipids of mitochondrial membranes Zea mays and Elymus sibiricus] / S.P Makarenko, YU.M.Konstantinov, S.V. Khotimchenko and others // Fiziologiya rasteniy [Russian J. Plant Physiology]. -2003.- 50. - P. 548−553 [in Russian].
Mamayeva A.A. Regulyatornaya rol' oksida azota v rasteniyakh [The regulatory role of nitric oxide in plants] / A.A. Mamayeva, A.V. Fomenkov, I.Ye. Nosov and others //Fiziologiya rasteniy [Russian J. Plant Physiology]. - 2015.- 62 (4). - P. 459– 474 [in Russian].
Popov V.N. Vliyaniye ingibitorov elektronnogo transporta na obrazovaniye aktivnykh form kisloroda pri okislenii suktsinata mitokhondriyami gorokha [The influence 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.Moscow]. - 2003. - 68 (7). - P.910–916 [in Russian].
Puchkov M. YU.Izucheniye vliyaniya regulyatorov rosta na ovoshchnykh kul'turakh [Studying the influence of growth regulators on vegetables] / M. YU. Puchkov, M. M. M. Abdel'kader// Yestestvennyye nauki. Ekologiya [Natural Sciences. Ecology]. - 2017 - № 1 (58). – P. 13-22 [in Russian].
Sanina N.A. Stroyeniye i svoystva nitrozil'nykh kompleksov zheleza s funktsional'nymi serosoderzhashchimi ligandami [The structure and properties of nitrosyl iron complexes with functional sulfur-containing ligands] / N. A. Sanina, S. M.Aldoshin // Izv. RAN. Ser. Khim [Izv. RAS. Ser. Chem]. – 2011. - № 7. – P. 1199-1227 [in Russian].
Smolina A. V. Antioksidantnaya aktivnost' tetranitrozil'nogo kompleksa zheleza s tiosul'fatnymiligandami i yego vliyaniye na kataliticheskuyu aktivnost' mitokhondrial'nykh fermentov v opytakh [Antioxidant activity of the tetranitrosyl iron complex with thiosulfate ligands and its effect on the catalytic activity of mitochondrial enzymes in experiments] / Smolina A. V. Poletaeva D. A., Soldatova YU. V. and others // DAN [Reports of the Academy of Sciences]. - 2019. – 488 (5). - P. 571-575 [in Russian].
Chirkova T. V. Fiziologicheskiye osnovy ustoychivosti rasteniy [Physiological basis of plant resistance]/ T.V. Chirkova - St. Petersburg: Publishing House of St. Petersburg University, 2002. - 244 p. [in Russian].
Shakirova F.M. Nespetsificheskaya ustoychivost' rasteniy k stressovym faktoram i yeye regulyatsiya [Non-specific resistance of plants to stress factors and its regulation]/ F.M. Shakirova -Ufa: «Gilem», 2001. - 160 p.
Ahmad P. Exogenous application of nitric oxide modulates osmolyte metabolism, antioxidants, enzymes of ascorbate-glutathione cycle and promotes growth under cadmium stress in tomato/ P. Ahmad, M.A. Ahanger, M.N. Alyemeni et al. // Protoplasmaю - 2018. -. 255. - P. 79-93. DOI:
Ainsworth E.A. Targets for crop biotechnology in a future high-CO2 and high-O3 world/ E.A. Ainsworth, A. Rogers, A.D.B Leakey // Plant Physiol. – 2008 – 147.- 13-19.
Atkin O.K. The crucial role of plant mitochondria in orchestrating drought tolerance/ O.K. Atkin, D.Macherel// Annals of Botany. – 2009. -103 - P. 581-597.
Bertolli S. C. The level of environmental noise affects the physiological performance of Glycine max under water deficit. / S. C Bertolli, G. M. Souza // Theor. Exp. Plant Physiol. – 2013. -.25 (1). – P. 416
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. – P. 384−390.
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. - P. 1–9
Fahad Sh. Exogenously Applied Plant Growth Regulators Enhance the Morpho-Physiological Growth and Yield of Rice under High Temperature/Shah Fahad, Saddam Hussain, Shah Saud, et al.// Front. Plant Sci.- 2016. - 7(7). – P. 1250.
Generozova I.P. Mitochondrial respiration after combined action of dehydration and low temperature in pea seedlings/ I.P. Generozova., P.A. Butsanets, A.G Shugaev // Biologia Plantarum. – 2019. – 63.-P. 11- 19.
Golovina R.V. Thermodynamic Evalu!ation 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. - P. 545−546.
Groß F. Nitric oxide, antioxidants and prooxidants in plant defence responses/ F.Groß, J. Durner, F. Gaupels // Front Plant Sci.- 2013.- 4.- P. 419.
Guo Yun-ping, Li Jia-rui (2002). Changes of fatty acids composition of membrane lipids, ethylene release and lipoxygenase activity in leaves of apricot under drought / Guo Yun-ping, Li Jia-rui // Journ.of Zhejiang University (Agrical & Life Sci). – 2002. - 28(5). - P. 513-517.
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).- P.413-418
Lambers H. Plant nutrient-acquisition strategies change with soil age/ H. Lambers, J.A Raven, G.R. Shaver et al // Trends Ecol. Evol.- 2008.- 23. - P. 95-103
Le Gall H. Cell Wall Metabolism in Response to Abiotic Stress/ H Le Gall, F. Philippe, J.M.,Domon et al.// Plants (Basel).- 2015. - 4(1). – P.112-166.
Marvasi M. Use and perspectives of nitric oxide donors in agriculture /M.Marvasi // Journal of the Science of Food and Agriculture. - 2017. - 97 (4). - P. 1065-1072.
Nabi R. B. S.. Nitric oxide regulates plant responses to drought, salinity, and heavy metal stress / R. B. S. Nabi, R. Tayade, A. Hussain et al. // Environmental and Experimental Botany. - 2019.- 161.- P. 120-133
Okçu G.. Effects of Salt and Drought Stresses on Germination and Seedling Growth of Pea (Pisum sativum L.) / G. Okçu, M.D.Kaya, M. Atak // Turk J Agric For.- 2005.-29.- P. 237-242.
Peng M. The Effect of Plant Growth Regulator and Active Charcoal on the Development of Microtubers of Potatoes / M. Peng, X. Wang, L. Li// AJPS. – 2012.-3(11). – P. 1535-1540
Raffaele S. A MYB transcription factor regulates very-long chain fatty acid biosynthesis for activation of the hypersensitive cell death response in Arabidopsis / S. Raffaele, F.Vailleau, A Léger.et al. //Plant Cell.- 2008.- 20.- P. 752–767.
Seabra A. B .How nitric oxide donors can protect plants in a changing environment: what we know so far and perspectives / A. B. Seabra, H. C. Oliveira // AIMS Molecular Science. - 2016. - 3(4). - P. 692-718
Vladimirov Y.A. Lipid peroxidation in mitochondrial membrane/ Y.A. Vladimirov , V.I. Olenev, T.B. Suslova// Adv Lipid Res.- 1980, -17. - P.173-249.
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. – P.1168−1171.
Yue Niu. An Overview of Biomembrane Functions in Plant Responses to High-Temperature Stress/ Yue Niu, Yun Xiang// Front. Plant Sci. – 2018. - 9. – P. 915-935.