Изменение антиоксидантной системы прорастающих семян и проростков гороха при использовании мицелярно-субстратного экстракта вешенки
- Авторы: Тарасов С.С.1, Михалёв Е.В.1, Крутова Е.К.1
-
Учреждения:
- Нижегородский государственный агротехнологический университет
- Выпуск: № 10 (2024)
- Страницы: 32-41
- Раздел: Регуляторы роста растений
- URL: https://journals.rcsi.science/0002-1881/article/view/271616
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002188124100041
- EDN: https://elibrary.ru/ANRHSL
- ID: 271616
Цитировать
Аннотация
Изучили реакции антиоксидантной системы (АОС) суточных прорастающих семян и 8-суточных проростков гороха, культивированных с использованием 10%- и 100%-го водного экстракта из отработанного соломенного субстрата вешенки (далее – экстракт). За 100%-й экстракт принимали маточный раствор после его приготовления, а 10%-й получали путем разбавления маточного. Растения выращивали в олиготрофных гидропонных условиях и в эвтрофных условиях на серой лесной почве. В качестве основных показателей реакции АОС исследовали активность супероксиддисмутазы (СОД), каталазы (КАТ), пероксидазы (ПО), экспрессию генов SOD-1, CAT-1, POD, содержание низкомолекулярных антиоксидантов (НМАО): аскорбата, филлохинонов и свободного пролина. Показано ингибирующие действие 10%- и 100%-го экстрактов на активность СОД и КАТ, но не на активность ПО в суточных прорастающих семенах. При этом содержание транскриптов иРНК генов SOD-1 и POD лишь незначительно снижалось в семенах, культивируемых на 100%-ном экстракте, в остальных опытных группах уровень экспрессии генов не отличался от контроля. Содержание аскорбата во всех опытных группах не отличалось от контроля, а филлохинонов и свободного пролина было меньше, чем в контроле. В листьях 8-суточных проростков, культивированных в гидропонной среде, во всех опытных группах активность ферментов АОС, экспрессия кодирующих их генов и содержание филлохинонов, свободного пролина не отличались от контроля. При этом содержание аскорбата было больше. У растений, культивируемых в почве с использованием 10%-го экстракта, все показатели АОС не отличались от контроля. У растений, выращенных с использованием 100%-го экстракта, активность СОД, уровень экспрессии гена SOD-1, содержание аскорбата и свободного пролина были больше, а остальные показатели не отличались от контроля. Таким образом, экстракт на начальных этапах прорастания ингибировал АОС гороха с последующим восстановлением (в олиготрофных условиях) и усилением (в эвтрофных условиях культивирования) ее работы.
Полный текст

Об авторах
С. С. Тарасов
Нижегородский государственный агротехнологический университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: tarasov_ss@mail.ru
Россия, 603022 Нижний Новгород, просп. Гагарина, 97
Е. В. Михалёв
Нижегородский государственный агротехнологический университет
Email: tarasov_ss@mail.ru
Россия, 603022 Нижний Новгород, просп. Гагарина, 97
Е. К. Крутова
Нижегородский государственный агротехнологический университет
Email: tarasov_ss@mail.ru
Россия, 603022 Нижний Новгород, просп. Гагарина, 97
Список литературы
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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.
- 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
- 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
- Namdeo A.G. Plant cell elicitation for production of secondary metabolites: a review // Pharmacogn. Rev. 2007. V. 1. № 1. P. 69–79.
- 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
- 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
- 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
- Методы биохимического исследования растений / Под ред. А.И. Ермакова. Изд. 3-е, перераб. и доп. Л.: Агропромиздат, 1987. 432 с.
- 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
- 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.
- 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.
- Гланц С. Медико-биологическая статистика. М.: Практика, 1999. 459 с.
- 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
- 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
- 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
- Тарчевский И.А. Сигнальные системы клеток растений. М.: Наука, 2002. 294 с.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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
Дополнительные файлы
