Аккумуляция кадаверина и его физиологическая роль при действии солевого стресса

Краткое описание

Содержание
ОГЛАВЛЕНИЕ Стр.

ВВЕДЕНИЕ...5

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР...10

1.1 Общие представления о полиаминах и их

биологической роли...10

1.2 Общие представления о биосинтезе главных

полиаминов (путресцина, спермидина, спермина)...13

1.3 Катаболизм и превращение полиаминов у растений...17

1.4 Роль полиаминов в адаптации растений к неблагоприятным условиям окружающей среды...20

1.5 Особенности метаболизма кадаверина и его физиологической роли...35

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ...46

2.1 Объект исследования...46

2.2 Условия выращивания хрустальной травки в водной культуре.. ..47

2.3 Условия проведения опытов...50

2.4 Определение содержания свободных полиаминов...53

2.5 Определение интенсивности выделения этилена и О2...55

2.6 Определение содержания этилена в тканях растений...56

2.7 Определение содержания свободного пролина...57

2.8 Измерение рН и титруемой кислотности...58

2.9 Определение активности лизиндекарбоксилазы...58

2.10 Определение содержания ионов СГ...59

2.11 Определение количества перекиси водорода...60

2.12 Опредедение активности растворимой пероксидазы...60

2.13 Определение интенсивности транскрипции гена ФЕПК...61

2.14 Математическая обработка данных...66

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ...67

3.1 Содержание кадаверина и главных полиаминов у

хрустальной травки в норме и при действии NaCl...67

3.1.1 Возрастные особенности аккумуляции кадаверина и полиаминов семейства путресцина в листьях хрустальной травки в нормальных условиях произрастания...68

3.1.2 Изменения в содержании кадаверина и полиаминов путресцинового ряда у хрустальной травки при адаптации к засолению...73

3.2 Особенности взаимодействия этилена и кадаверина

в условиях засоления...83

3.2.1 Влияние этилена на аккумуляцию кадаверина...84

3.2.2 Механизмы этилен-индуцированного образования

кадаверина...88

3.2.3 Влияние экзогенного кадаверина на содержание главных полиаминов и элюцию этилена листьями...92

3.3 Физиологическая роль этилен-индуцированной аккумуляции кадаверина у хрустальной травки в стрессорных условиях...96

3.3.1 Влияние аккумуляции этилена и кадаверина на процессы роста и развития...97

3.3.2 Влияние кадаверина и этилена на экспрессию гена ключевого фермента С4М-метаболизма...105

3.3.3 Суточные колебания содержания кадаверина в листях и корнях хрустальной травки

в период С4М-фотосинтеза...109

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...112

ВЫВОДЫ...116

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...118

Введение

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АБК

АГ

АДК

АЦК

ВЭЖХ

ДАО

ДАП

ДМФА

ДФМО

ЛДК

одк

ПАО Пут

сдс сне

Спд

Спм

ФЕПК

ОДК

САМ

МАР-киназа

SAM

абсцизовая кислота

аминогуанидин

аргининдекарбоксилаза

1 -аминоциклопропан-1 -карбоновая кислота

высокоэффективная жидкостная хромматография

диаминоксидаза

диаминопропан

d-DL-дифлюорометиларгинин

d-DL-дифлюорометилорнитин

лизиндекарбоксилаза

орнитиндекарбоксилаза

полиаминоксидаза

путресцин

спермидинасинтаза

сперминсинтаза

спермидин

спермин

фосфоенолпируваткарбоксилаза

цитруллиндкарбоксилаза

метаболизм по типу толстянковых

митоген-активируемаяпротеинкиназа

S-аденозилметионин

S-аденозилметиониндекарбоксилаза

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время во многих лабораториях мира ведутся интенсивные исследования в области адаптации растительных организмов к неблагоприятным факторам окружающей среды, в том числе к одному из главных абиотических стрессоров - засолению. Большой интерес вызывает участие полиаминов в стресс-реакциях и адаптации растений к экстремальным условиям среды. Во многих работах показано, что полиамины в условиях адаптационного процесса проявляют защитные свойства (Galston et al., 1997; Bouchereau et al., 1999). При этом обращает на себя внимание тот факт, что в основном исследуется метаболизм и биологическая роль полиаминов семейства путресцина (путресцин, спермидин, спермин).

Гораздо менее изученным полиамином следует признать кадаверин. По сравнению с путресцином и его производными (спермидин и спермин) специальные исследования по аккумуляции кадаверина при действии на растения абиотических стрессоров практически не проводились. Только спорадически единичные сведения об его аккумуляции в растениях в стрессорных условиях можно встретить в публикациях.

Известно, что регуляция полиаминами физиологических процессов осуществляется в тесном взаимодействии с этиленом. Подавляющая часть проведенных в этом направлении исследований также касается лишь полиаминов семьи путресцина, что вполне естественно, поскольку у этих полиаминов с этиленом имеется общий предшественник - S-аденозилметионин (SAM) (Altaian, 1986; Kaur-Sawhney, 1995).

В подобных исследованиях практически не уделялось внимания кадаверину, хотя процессы биосинтеза этилена, полиаминов (спермидина и спермина) и кадаверина косвенно связаны, поскольку кадаверин образуется в боковом ответвлении аспартатного пути, ведущего к биосинтезу метионина и SAM.

Тем не менее, в ряде работ еще в 90-е годы было установлено необычное поведение кадаверина в отношении этилена и полиаминов группы путресцина у некоторых кадаверин-содержащих видов растений (Apelbaum et al., 1985; Bakhanashvili et al., 1985; Icekson et al., 1986). Недавно в ряде исследований (Дам, 1999; Kuznetsov et al., 2000; Кузнецов и др., 2000; Shevyakova et al., 2001; Kuznetsov et al., 2002) был обнаружен необычный характер взаимовлияния кадаверина и этилена у хрустальной травки в условиях теплового шока, который являлся не конкурентным, как в случае со спермидином, а скорее синергическим. Хрустальная травка отвечала на тепловой шок транзиторным выделением этилена и последующей межорганной транслокацией кадаверина, что могло быть связано с процессами адаптации и выживания растений в экстремальных условиях.

Однако, особенности аккумуляции кадаверина при действии других абиотических стрессоров, в частности засоления, а также характер отношений между кадаверином и этиленом в этих условиях, в настоящее время практически не изучены. Не выяснена также биологическая роль кадаверина при стрессе. Изучение данных вопросов способно внести определенный вклад в выяснение общих механизмов адаптации растений к действию абиотических стрессоров.

Цель и задачи исследования. Настоящая работа является продолжением выше указанных исследований в направлении более углубленного изучения способности растений хрустальной травки аккумулировать кадаверин при солевом стрессе (NaCl), выяснения механизмов индуцирующего действия этилена, установления связи аккумуляции кадаверина с функционированием С4М-метаболизма и возможной физиологической роли кадаверина в условиях засоления.

В связи с этим были поставлены следующие задачи:

1. Определить содержание кадаверина у растений трех возрастных групп в норме и при засолении NaCl и сравнить его с изменениями в

активности лизиндекарбоксилазы (ЛДК) и содержанием полиаминов семейства путресцина.

2. Установить изменения в эндогенном уровне этилена у хрустальной травки при действии NaCl и исследовать взаимовлияние экзогенного этилена и кадаверина в опытах с изолированными листьями.

3. Исследовать механизмы индуцирующего действия этилена на аккумуляцию кадаверина в опытах с изолированными листьями при экспонировании их в присутствии предшественника этилена 1-аминоциклопропан-1-карбоксиловой кислоты (АЦК) и при действии NaCl.

4. Выяснить, включаются ли процессы фосфорилирования/дефосфорили-рования белков как компоненты цепи трансдукции этиленового сигнала в образование кадаверина, проведя для этой цели ингибиторный анализ.

5. Исследовать, вовлекается ли кадаверин и этилен в индукцию САМ-типа фотосинтеза, применив для этой цели оценку уровня мРНК гена ключевого фермента С4М-метаболизма фосфоенолпируват-карбоксилазы (ФЕПК) - Ррс 1 с помощью метода обратной транскрипции - полимеразной цепной реакции (ОТ-ПЦР).

6. Изучить влияние экзогенного кадаверина на процесс растяжения гипокотилей проростков и рост корешков проростков хрустальной травки и арабидопсиса и сравнить с действием на эти параметры АЦК, а также выяснить влияние долговременной обработки растений хрустальной травки экзогенным кадаверином на накопление биомассы надземными органами и корнями и определить изменения в составе полиаминов.

7. Исследовать суточную динамику содержания кадаверина в корнях и листьях растений хрустальной травки в период протекания САМ-фотосинтеза.

Научная новизна. Впервые продемонстрировано, что компетентность растений хрустальной травки к аккумуляции кадаверина в норме находится под онтогенетическим контролем, а в регуляцию их эндогенного уровня при действии солевого стресса включается этилен. Подтвержден ранее установленный характер взаимодействия в системе этилен/полиамины: синергический в отношении этилен-*-»кадаверин и реципрокный в отношении этилен

Список литературы

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ