Changes in the Antioxidant System of Germinating Seeds and Sprouts of Pea with the Use of Micellar-Substrate Extract of Oyster Mushrooms

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The reactions of the antioxidant system (AOS) of daily germinating seeds and 8-day-old pea seedlings cultivated using 10% and 100% aqueous extract from spent oyster mushroom straw substrate (hereinafter extract) were studied. The mother liquor was taken for 100% extract after its preparation, and the 10% was obtained by diluting the mother liquor. The plants were grown in oligotrophic hydroponic conditions and in eutrophic conditions on gray forest soil. The activity of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), peroxidase (POD), expression of SOD-1, CAT-1, POD genes, and the content of low molecular weight antioxidants (NMAO): ascorbate, phylloquinones, and free proline were studied as the main indicators of the AOS reaction. The inhibitory effect of 10% and 100% extract on the activity of SOD and CAT, but not on the activity of POD in daily germinating seeds, has been shown. At the same time, the content of mRNA transcripts of the SOD-1 and POD genes decreased only slightly in seeds cultivated with 100% extract, in the remaining experimental groups the level of gene expression did not differ from the control. The content of ascorbate in all experimental groups did not differ from the control, and phylloquinones and free proline were less than in the control. In the leaves of 8-day-old seedlings cultivated in a hydroponic medium, in all experimental groups, the activity of AOS enzymes, the expression of their coding genes and the content of phylloquinones and free proline did not differ from the control. At the same time, the ascorbate content was higher. In plants cultivated in soil using a 10% extract, all EPA indicators did not differ from the control. In plants grown using 100% extract, the activity of SOD, the expression level of the SOD-1 gene, the content of ascorbate and free proline were higher, and the remaining indicators did not differ from the control. Thus, the extract at the initial stages of germination inhibited the AOS of peas, followed by restoration (in oligotrophic conditions) and enhancement (in eutrophic cultivation conditions) of its work.

全文:

受限制的访问

作者简介

S. Tarasov

Nizhny Novgorod State Agrotechnological University

编辑信件的主要联系方式.
Email: tarasov_ss@mail.ru
俄罗斯联邦, prosp. Gagarina 97, Nizhny Novgorod 603022

E. Mikhalev

Nizhny Novgorod State Agrotechnological University

Email: tarasov_ss@mail.ru
俄罗斯联邦, prosp. Gagarina 97, Nizhny Novgorod 603022

E. Krutova

Nizhny Novgorod State Agrotechnological University

Email: tarasov_ss@mail.ru
俄罗斯联邦, prosp. Gagarina 97, Nizhny Novgorod 603022

参考

  1. Upadhyaya D.C., Bagri D.S., Upadhyaya C.P., Kumar A., Thiruvengadam M., Jain S.K. Genetic engineering of potato (Solanum tuberosum L.) for enhanced α-tocopherols and abiotic stress tolerance // Physiol. Plant. 2021. V. 173. № 1. P. 116–128. https://doi.org/10.1111/ppl.13252
  2. Ghiasi Noei F., Imami M., Didaran F., Ghanbari M.A., Zamani E., Ebrahimi A., Aliniaeifard S., Farzaneh M., Javan-Nikkhah M., Feechan A., Mirzadi Gohari A. Stb6 mediates stomatal immunity, photosynthetic functionality, and the antioxidant system during the Zymoseptoria tritici-wheat interaction // Front Plant Sci. 2022. № 13. Р. 1004691. https://doi.org/10.3389/fpls.2022.1004691
  3. Pandey V.P., Awasthi M., Singh S., Tiwari S., Dwivedi U.N. A comprehensive review on function and application of plant peroxidases // Biochem. Anal. Biochem. 2017. V. 6. P. 1–16. http://dx.doi.org/10.4172/2161-1009.1000308
  4. Lubega J., Umbreen S., Loake G.J. Recent advances in the regulation of plant immunity by S-nitrosylation // J. Exp. Bot. 2021. V. 72. № 3. P. 864–872. https://doi.org/10.1093/jxb/eraa454
  5. Hasanuzzaman M., Bhuyan M.H.M.B., Anee T.I., Parvin K., Nahar K., Mahmud J.A., Fujita M. Regulation of ascorbate-glutathione pathway in mitigating oxidative damage in plants under abiotic stress // Antioxidants (Basel). 2019. V. 8. № 9. P. 384. https://doi.org/10.3390/antiox8090384
  6. Bobrovskikh A., Zubairova U., Kolodkin A., Doroshkov A. Subcellular compartmentalization of the plant antioxidant system: an integrated overview // Peer J. 2020. V. 8. e9451. https://doi.org/10.7717/peerj.9451
  7. Mittler R., Vanderauwera S., Gollery M., Van Breusegem F. Reactive oxygen gene network of plants // Trends Plant Sci. 2004. V. 9. № 10. P. 490–498. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2004.08.009
  8. Winkel-Shirley B. Flavonoid biosynthesis. A colorful model for genetics, biochemistry, cell biology, and biotechnology // Plant Physiol. 2001. V. 126. № 2. P. 485–493. https://doi.org/10.1104/pp.126.2.485
  9. Dixon D.P., Lapthorn A., Edwards R. Plant glutathione transferases // Genome Biol. 2002. V. 3(3): REVIEWS3004. https://doi.org/10.1186/gb-2002-3-3-reviews3004
  10. Cabassa-Hourton C., Schertl P., Bordenave-Jacquemin M., Saadallah K., Guivarc’h A., Lebreton S., Planchais S., Klodmann J., Eubel H., Crilat E., Lefebvre-De Vos D., Ghelis T., Richard L., Abdelly C., Carol P., Braun H.P., Savouré A. Proteomic and functional analysis of proline dehydrogenase 1 link proline catabolism to mitochondrial electron transport in Arabidopsis thaliana // Biochem. J. 2016. V. 473. № 17. Р. 2623–2634. https://doi.org/10.1042/bcj20160314
  11. Fritsche S., Wang X., Jung C. Recent advances in our understanding of tocopherol biosynthesis in plants: An Overview of key genes, functions, and breeding of vitamin E improved crops // Antioxidants (Basel). 2017. V. 6. № 4. P. 99. https://doi.org/10.3390/antiox6040099
  12. Launay A., Cabassa-Hourton C., Eubel H., Maldiney R., Guivarc’h A., Crilat E., Planchais S., Lacoste J., Bordenave-Jacquemin M., Clément G., Richard L., Carol P., Braun H.P., Lebreton S., Savouré A. Proline oxidation fuels mitochondrial respiration during dark-induced leaf senescence in Arabidopsis thaliana // J. Exp. Bot. 2019 V. 70. № 21. P. 6203–6214. https://doi.org/10.1093/jxb/erz351
  13. Cao W., Wang P., Yang L., Fang Z., Zhang Y., Zhuang M., Lv H., Wang Y., Ji J. Carotenoid biosynthetic genes in cabbage: Genome-wide identification, evolution, and expression analysis // Genes (Basel). 2021b. V. 12. № 12. P. 2027. https://doi.org/10.3390/genes12122027
  14. Sun Z., Li S., Chen W., Zhang J., Zhang L., Sun W., Wang Z. Plant dehydrins: expression, regulatory networks, and protective roles in plants challenged by abiotic stress // Inter. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 23. P. 12619. https://doi.org/10.3390/ijms222312619
  15. Нгуен М.Л., Монахос Г.Ф., Комахин Р.А., Монахос С.Г. Новый локус устойчивости к киле в хромосоме A05 капусты пекинской (Brassica rapa L.) // Генетика. 2018. Т. 54. № 3. С. 306–315. doi: 10.7868/S0016675818030037
  16. Saed-Moucheshi A., Sohrabi F., Fasihfar E., Baniasadi F., Riasat M., Mozafari A.A. Superoxide dismutase (SOD) as a selection criterion for triticale grain yield under drought stress: a comprehensive study on genomics and expression profiling, bioinformatics, heritability, and phenotypic variability // BMC Plant Biol. 2021. V. 21. № 1. P. 148. https://doi.org/10.1186/s12870-021-02919-5
  17. Широких И.Г., Бакулина А.В., Огородникова С.Ю., Баранова Е.Н., Лундовских И.А., Гулевич А.А. Влияние встройки Fe-СОД-1 гена на рост, перекисный гомеостаз и состояние пигментного комплекса трансгенных растений картофеля // Агрохимия. 2014. № 8. С. 72–78.
  18. Ван В., Ся М.К., Чэнь Д., Юань Р., Дэн Ф.Н., Шэнь Ф.Ф. Особенности генной экспрессии и механизмы регуляции супероксиддисмутазы, ее физиологическая роль в растениях при стрессе (обзор) // Биохимия. 2016. Т. 81. № 5. С. 625–643.
  19. Mittler R., Zilinskas B.A. Regulation of pea cytosolic ascorbate peroxidase and other antioxidant enzymes during the progression of drought stress and following recovery from drought // Plant J. 1994. V. 5 № 3. P. 397–405. https://doi.org/10.1111/j.136-5-313x.1994.00397.x
  20. Sunkar R., Kapoor A., Zhu J.K. Posttranscriptional induction of two Cu/Zn superoxide dismutase genes in Arabidopsis is mediated by downregulation of miR398 and important for oxidative stress tolerance // Plant Cell. 2006. V. 18. № 8. P. 2051–2065. https://doi.org/10.1105/tpc.106.041673
  21. Suzuki T., Ikeda S., Kasai A., Taneda A., Fujibayashi M., Sugawara K., Okuta M., Maeda H., Sano T. RNAi-mediated down-regulation of dicer-like 2 and 4 changes the response of ‘Moneymaker’ tomato to potato spindle tuber viroid infection from tolerance to lethal systemic necrosis, accompanied by up-regulation of miR398, 398a-3p and production of excessive amount of reactive oxygen species // Viruses. 2019. V. 11. № 4. P. 344. http://dx.doi.org/10.3390/v11040344
  22. Ni W., Trelease R.N. Post-transcriptional regulation of catalase isozyme expression in cotton seeds // Plant Cell. 1991. V. 3. № 7. P. 737–744. https://doi.org/10.1105/tpc.3.7.737
  23. Wang W., Cheng Y., Chen D., Liu D., Hu M., Dong J., Zhang X., Song L., Shen F. The Catalase gene family in cotton: Genome-wide characterization and bioinformatics analysis // Cells. 2019. V. 8. № 2. P. 86. https://doi.org/10.3390/cells8020086
  24. Raza A., Su W., Gao A., Mehmood S.S., Hussain M.A., Nie W., Lv Y., Zou X., Zhang X. Catalase (CAT) gene family in rapeseed (Brassica napus L.): Genome-wide analysis, identification, and expression pattern in response to multiple hormones and abiotic stress conditions // Inter. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 8. P. 4281. https://doi.org/10.3390/ijms22084281
  25. Zhang Y., Zheng L., Yun L., Ji L., Li G., Ji M., Shi Y., Zheng X. Catalase (CAT) gene family in wheat (Triticum aestivum L.): Evolution, expression pattern and function analysis // Inter. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. № 1. P. 542. http://dx.doi.org/10.3390/ijms23010542
  26. Navabpour S., Yamchi A., Bagherikia S., Kafi H. Lead-induced oxidative stress and role of antioxidant defense in wheat (Triticum aestivum L.) // Physiol. Mol. Biol. Plants. 2020. V. 26. № 4. P. 793–802. https://doi.org/10.1007/s12298-020-00777-3
  27. Spicher L., Glauser G., Kessler F. Lipid antioxidant and galactolipid remodeling under temperature stress in tomato plants // Front Plant Sci. 2016. V. 7. P. 167. http://dx.doi.org/10.3389/fpls.2016.00167
  28. Hao Y., Hao M., Cui Y., Kong L., Wang H. Genome-wide survey of the dehydrin genes in bread wheat (Triticum aestivum L.) and its relatives: identification, evolution and expression profiling under various abiotic stresses // BMC Genomics. 2022. V. 23. № 1. P. 73. https://doi.org/10.1186/s12864-022-08317-x
  29. Ключникова Е.О., Аллагулова Ч.Р., Авальбаев А.М., Гималов Ф.Р., Шакирова Ф.М. Гормональная регуляция транскрипции TADHN гена дегидрина в растениях пшеницы // Вестн. Башкир. ун-та. 2012. Т. 17. № 3. С. 1272–1277.
  30. Kumar R.R., Sharma S.K., Goswami S., Verma P., Singh K., Dixit N., Pathak H., Viswanathan C., Rai R.D. Salicylic acid alleviates the heat stress-induced oxidative damage of starch biosynthesis pathway by modulating the expression of heat-stable genes and proteins in wheat (Triticum aestivum) // Acta Physiol. Plant. 2015. V. 37. P. 143. http://dx.doi.org/10.1007/s11738-015-1899-3
  31. Таланова В.В., Титов А.Ф., Репкина Н.С., Игнатенко А.А. Влияние метилжасмоната на экспрессию генов WCS и активность антиоксидантных ферментов при холодовой адаптации пшеницы // Докл. РАН. 2018. Т. 482. № 1. С. 101–104.
  32. Campobenedetto C., Grange E., Mannino G., van Arkel J., Beekwilder J., Karlova R., Garabello C., Contartese V., Bertea C.M. A Biostimulant seed treatment improved heat stress tolerance during cucumber seed germination by acting on the antioxidant system and glyoxylate cycle // Front Plant Sci. 2020. V. 17. № 11. P. 836. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00836
  33. Тарасов С.С., Михалев Е.В., Крутова Е.К., Речкин А.В. Регуляторы роста и развития растений: классификация, природа и механизм действия // Агрохимия. 2023. № 9. С. 65–80. 10.31857/S0002188123090120' target='_blank'>https://doi: 10.31857/S0002188123090120
  34. Namdeo A.G. Plant cell elicitation for production of secondary metabolites: a review // Pharmacogn. Rev. 2007. V. 1. № 1. P. 69–79.
  35. Тарасов С.С., Михалев Е.В., Крутова Е.К., Шестеркина И.А. Ростовые показатели и метаболизм прорастающих семян пшеницы (Triticum aestivum L.) в зависимости от дозы экстракта из отработанного соломенного субстрата вешенки (Pleurotus ostreatus) // Агрохимия. 2022. № 6. С. 51–60. doi: 10.31857/S0002188122060102
  36. Polesskaya O.G., Kashirina E.I., Alekhina N.D. Changes in the activity of antioxidant enzymes in wheat leaves and roots as a function of nitrogen source and supply // Rus. J. Plant Physiol. 2004. V. 51. № 5. P. 615–620. 10.1023/B:RUPP.0000040746.66725.77' target='_blank'>https://doi: 10.1023/B:RUPP.0000040746.66725.77
  37. Patterson B.D., Payne L.A., Chen Y.Z., Graham D. An inhibitor of catalase induced by cold in chilling-sensitive plants // Plant Physiol. 1984. V. 76. № 4. P. 1014–1018. https://DOI.org/10.1104/pp.76.4.1014
  38. Методы биохимического исследования растений / Под ред. А.И. Ермакова. Изд. 3-е, перераб. и доп. Л.: Агропромиздат, 1987. 432 с.
  39. Tarasov S.S., Krutova E.K. Oxidative homeostasis in germinating pea seeds (Pisum sativum L.) depending on ultrasonic exposure duration // Biophysics. 2023. V. 68. P. 435–442. https://doi.org/10.1134/S0006350923030211
  40. Bates L.S., Waldeen R.P., Teare I.D. Rapid determination of free proline for water stress studies // Plant Soil. 1973. V. 39. № 1. P. 205–207.
  41. Калинкина Л.Г., Назаренко Л.В., Гордеева Е.Е. Модифицированный метод выделения свободных аминокислот для определения на аминокислотном анализаторе // Физиология растений. 1990. Т. 37. С. 617–621.
  42. Гланц С. Медико-биологическая статистика. М.: Практика, 1999. 459 с.
  43. Guo J., Cheng Y. Advances in fungal elicitor – triggered plant immunity // Inter. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. № 19. P. 12003. 10.3390/ijms231912003' target='_blank'>https://doi: 10.3390/ijms231912003
  44. Abdul Malik N.A., Kumar I.S., Nadarajah K. Elicitor and receptor molecules: Orchestrators of plant defense and immunity // Intr. J. Mol. Sci. 2020. V. 21. № 3. P. 963. https://doi.org/10.3390/ijms21030963
  45. Hasanuzzaman M., Bhuyan M.H.M.B., Zulfiqar F., Raza A., Mohsin S.M., Mahmud J.A., Fujita M., Fotopoulos V. Reactive oxygen species and antioxidant defense in plants under abiotic stress: Revisiting the crucial role of a universal defense regulator // Antioxidants (Basel). 2020. V. 9. № 8. P. 681. 10.3390/antiox9080681' target='_blank'>https://doi: 10.3390/antiox9080681
  46. Тарчевский И.А. Сигнальные системы клеток растений. М.: Наука, 2002. 294 с.
  47. Bartels S., Boller T. Quo vadis, Pep? Plant elicitor peptides at the crossroads of immunity, stress, and development // J. Exp. Bot. 2015. V. 66. № 17. P. 5183–5193. 10.1093/jxb/erv180' target='_blank'>https://doi: 10.1093/jxb/erv180
  48. Ramirez-Estrada K., Vidal-Limon H., Hidalgo D., Moyano E., Golenioswki M., Cusidó R.M., Palazon J. Elicitation, an effective strategy for the biotechnological production of bioactive high-added value compounds in plant cell factories // Molecules. 2016. V. 21. P. 182–206. 10.3390/molecules21020182' target='_blank'>https://doi: 10.3390/molecules21020182
  49. Fang Y., Gu Y. Regulation of plant immunity by nuclear membrane-associated mechanisms // Front Immunol. 2021. V. 12. P. 771065. 10.3389/fimmu.2021.771065' target='_blank'>https://doi: 10.3389/fimmu.2021.771065
  50. Goncharuk E.A., Saibel O.L., Zaitsev G.P., Zagoskina N.V. The Elicitor effect of yeast extract on the accumulation of phenolic compounds in Linum grandiflorum cells cultured in vitro and their antiradical activity // Biol. Bul. 2022. V. 49. № 6. P. 620–628 http://dx.doi.org/10.1134/S1062359022060061
  51. Li Z., Zhang Y., Peng D., Wang X., Peng Y., He X., Zhang X., Ma X., Huang L., Yan Y. Corrigendum: Polyamine regulates tolerance to water stress in leaves of white clover associated with antioxidant defense and dehydrin genes via involvement in calcium messenger system and hydrogen peroxide signaling // Front Physiol. 2016. V. 7. P. 52. 10.3389/fphys.2016.00052' target='_blank'>https://doi: 10.3389/fphys.2016.00052
  52. Sakr M.T., Sarkassy N.M., Fuller M.P. Exogenously applied antioxidants and biostimulants counteract the adverse effect of biotic stress in wheat plant // Agric. Res. Technol. Open Access J. 2017. V. 12. P. 555853. http://dx.doi.org/10.19080/artoaj.2017.12.555853
  53. Zhang X. Influence of plant growth regulators on turf grasses growth, antioxidant status, and drought tolerance / Ed. Ph.D. Thesis. Faculty of Virginia Polytechnic (Institute and State University), 1997.
  54. Ali A.Y.A., Zhou G., Elsiddig A.M., Zhu G., Meng T., Jiao X., Ahmed I., Ibrahim Salih E.G., Ibrahim M.E.H. Effects of jasmonic acid in foliar spray and an humic acid amendment to saline soils on forage sorghum plants’ growth and antioxidant defense system // Peer J. 2022. V. 10. e13793. 10.7717/peerj.13793' target='_blank'>https://doi: 10.7717/peerj.13793
  55. Perduca M., Destefanis L., Bovi M., Galliano M., Munari F., Assfalg M., Ferrari F., Monaco H.L., Capaldi S. Structure and properties of the oyster mushroom (Pleurotus ostreatus) lectin // Glycobiology. 2020. V. 30. № 8. Р. 550–562. https://doi.org/10.1093/glycob/cwaa006
  56. Zhao J., Sun Q., Quentin M., Ling J., Abad P., Zhang X., Li Y., Yang Y., Favery B., Mao Z., Xie B. A Meloidogyne incognita C-type lectin effector targets plant catalases to promote parasitism // New Phytol. 2021. V. 232(5). P. 2124–2137. https://doi.org/10.1111/nph.17690

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Effect of extract dose on SOD activity (I) and SOD-1 gene transcript content (II) in germinating seeds and leaves of pea seedlings: GC – control, G10 and G100 – extract concentration, %; a – daily germinating seeds, b – week-old seedlings cultivated in hydroponic medium, c – week-old seedlings cultivated in soil. Same as in Fig. 2, 3. * P ≤ 0.05 – significance of differences according to Student’s t-test compared to control. ** P ≤ 0.05 – compared to control according to Kruskal–Wallis test.

下载 (374KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Effect of extract dose on CAT activity (I) and SAT-1 gene transcript content (II) in germinating seeds and leaves of pea seedlings. 1, 2, 3 – time of enzyme activity fixation, min.

下载 (314KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Effect of extract dose on the dynamics of PO activity (I) and the content of POD gene transcripts (II) in germinating seeds and leaves of pea seedlings.

下载 (397KB)
索引源数据

版权所有 © The Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».