Advances in Chemical PhysicsAdvances in Chemical PhysicsФизиология растений0015-33033034-624XThe Russian Academy of Sciences26658310.31857/S0015330324030091NMFSCXЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleВлияние окислительного стресса на липидный состав рафтовых структур вакуолярной мембраныВлияние окислительного стресса на липидный состав рафтовых структур вакуолярной мембраныОзолинаН. В.
Russian Federation
ozol@sifibr.irk.ruКапустинаИ. С.
Russian Federation
ozol@sifibr.irk.ruГуринаВ. В.
Russian Federation
ozol@sifibr.irk.ruСпиридоноваЕ. В.
Russian Federation
ozol@sifibr.irk.ruНурминскийВ. Н.
Russian Federation
ozol@sifibr.irk.ruФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН150520247133463551710202417102024Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.rcsi.science/0015-3303/article/view/266583

Проводилось изучение влияния окислительного стресса на липидный состав рафтовых структур вакуолярных мембран, выделенных из корнеплодов столовой свеклы Beta vulgaris L. с целью выяснения роли этих мембранных структур в адаптационных механизмах растительной клетки. Анализировали возникающие в результате стресса изменения в качественном и количественном составе основных липидов, стеринов, жирных кислот и сравнивали с изменениями в липидах, роль которых в защите клеток от стресса достоверно установлена. Ранее в вакуолярной мембране было показано присутствие трех видов рафтовых структур. При окислительном стрессе в составе липидов этих структур происходили изменения. Наиболее существенные из них, способные повлиять на защитные механизмы растительной клетки, были выявлены в рафтовых микродоменах 4-й зоны сахарозного градиента (35% сахароза). Они состояли в увеличении содержания сфинголипидов, фосфатидилсерина, β-ситостерина, дигалактозилдиглицерида и снижении фосфатидной кислоты. Менее выраженные отличия были обнаружены в липидном составе у микродоменов 2-й зоны сахарозного градиента (15% сахароза): увеличивалось количество холестерина и сфинголипидов и снижалось содержание фосфатидной кислоты и моногалактозилдиглицерида. Среди изменений липидного состава, способных повлиять на защитные механизмы растительной клетки, у микродоменов 6-й зоны (60% сахароза) было отмечено увеличение содержания фосфатадилхолина, кампестерина и β-ситостерина. Комплекс выявленных изменений липидного состава у изучаемых рафтовых микродоменов вакуолярной мембраны может являться результатом стрессового ответа и участвовать в формировании адаптационных механизмов растительной клетки.

Beta vulgarisадаптационные механизмымембранные липидырафтыокислительный стресстонопластПравительство РФGovernment of the Russian Federation122041100052-0Меньшикова Е.Е., Зенков Н.А. Антиоксиданты и ингибиторы радикальных процессов // Успехи современной биологии. 1993. Т. 113. № 4. С. 442.Okazaki Y., Saito K. Roles of lipids as signaling molecules and mitigators during stress response in plants // Plant J. 2014. V. 79. P. 584. https://doi.org/10.1111/tpj.12556Gronnier J., Gerbeau-Pessot P., Germain V., Mongrand S., Simon-Plas F. Divide and rule: plant plasma membrane organization // Trends Plant Sci. 2018. V. 23. P. 899. https://doi.org/10.1016/jtplants.2018.07.007Cassim A.M., Gouguet P., Gronnier J., Laurent N., Germain V., Grison M., Boutté Y., Gerbeau-Pissot P., Simon-Plas F., Mongrand S. Plant lipids: key players of plasma membrane organization and function // Prog. Lipid Res. 2019. V. 73. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.plipres.2018.11.002Peskan T., Westermann M., Oelmüller R. Identification of low-density Triton X-100 insoluble plasma membrane microdomains in higher plants // Eur. J. Biochem. 2000. V. 267. P. 6989. https://doi.org/10.1046/j.1432-1327.2000.01776.xLingwood D., Simons K. Lipid rafts as a membrane-organizing principle // Sci. 2010. V. 327. P. 46. https://doi.org/10.1126/science.1174621Pike L.J. Growth factor receptors, lipid rafts and caveolae: an evolving story // Biochim. Biophys. Acta. 2005. V. 1746. P. 260. https://doi.org/10.106/jbbamcr.200.05.005Ozolina N.V., Nesterkina I.S., Kolesnikova E.V., Salyaev R.K., Nurminsky V.N., Rakevich A.L., Martynovich E.F., Chernyshov M.Yu. Tonoplast of Beta vulgaris L. contains detergent-resistant membrane microdomains // Planta. 2013. V. 237. P. 859. https://doi.org/10.1007/s00425-012-1800-1Ozolina N.V., Nesterkina I.S., Gurina V.V., Nurminsky V.N. Non-detergent isolation of membrane structures from beet plasmalemma and tonoplast having lipid composition characteristic of rafts // J. Membr. Biol. 2020. V. 253. P. 479. https://doi.org/10.1007/s00232-020-00137-yNarayanan S., Tamura P.J., Roth M.R., Vara Prasad P.V., Welti R. Wheat leaf lipid composition during heat stress: I. High day and night temperatures result in major lipid alterations // Plant Cell Environ. 2015. V. 39. P. 787. https://doi.org/10.1111/pce.12649Ozolina N.V., Gurina V.V., Nesterkina I.S., Nurminsky V.N. Variations in the content of tonoplast lipids under abiotic stress // Planta. 2020. V. 251. P. 107. https://doi.org/10.1007/s00425-020-03399-xСаляев Р.К., Кузеванов В.Я., Хаптагаев С.Б., Копытчук В.Н. Выделение и очистка вакуолей и вакуолярных мембран из клеток растений // Физиология растений. 1981. Т. 28. С. 1295. https://elibrary.ru/item.asp?id=26264616Никулина Г.Н. Обзор методов количественного определения фосфора по образованию молибденовой сини. Ленинград: Наука, 1965. 45 с.Bradford M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Anal. Biochem. 1976. V. 72. P. 248. https://doi.org/10.1006/abio.1976.9999Ozolina N.V., Kapustina I.S., Gurina V.V., Nurminsky V.N. Role of tonoplast microdomains in plant cell protection against osmotic stress // Planta. 2022. V. 255. P. 65. https://doi.org/10.1007/s00425-021-03800-3Ristic Z., Ashworth E.N. Changes in leaf ultrastructure and carbohydrates in Arabidopsis thaliana L. (Heyn) cv. Columbia during rapid cold acclimation // Protoplasma. 1993. V. 172. P. 111. https://doi.org/10.1007/BF01379368Владимиров Ю.А., Арчаков А.И., Франк Г.М. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. Москва: Наука, 1972. 252 с.Нурминский В.Н., Корзун А.М., Розинов С.В., Саляев Р.К. Компьютерная цейтраферная видеосъемка фракции изолированных вакуолей // Биомедицинская химия. 2004. Т. 50. С. 180.Folch J., Lees M., Sloan Stanley G.H. A simple method for the isolation and purification of total lipides from animal tissues // J. Biol. Chem. 1957. V. 226. P. 497. http://doi.org/10.1016/S0021-9258(18)64849-5Christie W.W. Equivalent chain lengths of methyl ester derivatives of fatty acids on gas chromatography // J. Chromatogr. A. 1988. V. 447. P. 305. https://lipidlibrary.aocs.org/lipid-analysis/selected-topics-in-the-analysis-of-lipids/preparation-of-ester-derivatives-of-fatty-acids-for-chromatographic-analysisZhou Y., Pan X., Qu H., Underhill S.J. Low temperature alters plasma membrane lipid composition and ATPase activity of pineapple fruit during blackheart development // J. Bioenerg. Biomembr. 2014. V. 46. P. 59. https://doi.org/10.1007/s10863-013-9538-4Болдырев А.А. Биологические мембраны и транспорт ионов. Москва: МГУ, 1985. 208 с.Валитова Ю.Н., Сулкарнаева Ф.Г., Минибаева Ф.В. Растительные стерины: многообразие, биосинтез, физиологические функции // Биохимия. 2016. Т. 81. С. 1050. https://doi.org/ 10.1134/S0006297916080046Shuler I., Milon A., Nakatani Y., Ourisson G., Albrecht A.M., Benveniste P., Hartman M.A. Differential effects of plant sterols on water permeability and on acyl chain phosphatidylcholine bilayers // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1991. V. 88. P. 6926. https://doi.org/10.1073/pnas.88.16.6926Wang T., Hicks K.B., Moreau R. Antioxidant activity of photosterols, oryzanol, and other phytosterols conjugates // J. Am. Oil Chem. Soc. 2002. V. 79. P. 1201. https://doi.org/10.1007/s11746-002-0628-xHartmann M.A. Plant sterols and the membrane environment // Trends Plant Sci. 1998. V. 3. P. 170. https://doi.org/10.1016/S1360-1385(98)01233-3Wegener A., Gimbel W., Werner T., Hani J., Ernst D., Sandermann H. Molecular cloning of ozone-inducible protein from Pinus sylvestris L. with high sequence similarity to vertebrate 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA-syntas // Biochim. Biophys. Acta. 1997. V. 1350. P. 247.Геннис Р. Биомембраны: молекулярная структура и функции. Москва: Мир, 1997. 624 с.Wu J.L., Seliskar D.M., Gallagher J.L. The response of plasma membrane lipid composition in callus of the halophyte Spartina patens (Poaceae) to salinity stress // Am. J. Bot. 2005. V. 92. P. 852. https://doi.org/10.3732/ajb.92.5.852Макаренко С.П., Коненкина Т.А., Саляев Р.К. Химический состав и структура вакуолярных мембран // Биологические мембраны. 1992. Т. 9. С. 290.Zhou Y., Pan X., Qu H., Underhill S.J. Low temperature alters plasma membrane lipid composition and ATPase activity of pineapple fruit during blackheart development // J. Bioenerg. Biomembr. 2014. V. 46. P. 59. https://doi.org/10.1007/s10863-013-9538-4Arisz S.A., van Wijk R., Roels W., Zhu J.K., Haring M.A., Munnik T. Rapid phosphatidic acid accumulation in response to low temperature stress in Arabidopsis is generated through diacylglycerol kinase // Front. Plant Sci. V. 4. https://doi.org/10.3389/tpls.2013.00001McLeoughlin F., Arzis S.A., Dekker H.L., Kramer G., de Koster C.G., Haring M.A., Munnik T., Testerink C. Identification of novel candidate phosphatidic acid-binding proteins involved in the salt-stress response of Arabidopsis thaliana roots // Biochem. J. 2013. V. 450. P. 573. https://doi.org/10.1042/BJ20121639Welti R., Li W., Li M., Sang Y., Biesiada H., Zhou H.E., Rajashekar C.B., Williams T.D., Wang X. Profiling membrane lipids in plant stress responses. Role of phospholipase D alpha in freezing-induced lipid changes in Arabidopsis // J. Biol. Chem. 2002. V. 277. P. 3199. https://doi.org/10.1074/jbc.M205375200Шишова М.Ф., Емельянов В.В. Изменение протеома и липидома мембран растительной клетки в ходе развития // Физиология растений. 2021. Т. 68. С. 800. https://doi.org/10.31857/S001533032105016XSu K., Bremer D.J., Jeannotte R., Welti R., Yang C. Membrane lipid composition and heat tolerance in cool-season turgrasses, including a hybrid bluegrass // J. Am. Soc. Hortic. Sci. 2009. V. 134. P. 511. https://doi.org/10.21273/JASHS.134.5.511Жигачева И.В., Бурлакова Е.Б., Мишарина Т.А., Теренина М.Б., Крикунова Н.И., Генерозова И.П., Шугаев А.Г., Фаттахов С.Г. Жирнокислотный состав липидов мембран и энергетика митохондрий проростков гороха в условиях дефицита воды // Физиология растений. 2013. Т. 60. С. 205. https//doi.org/ 10.1134/S1607672911020104Los D.A., Mironov K.S., Allakhverdiev S.I. Regulatory role of membrane fluidity in gene expression and physiological functions // Photosynth. Res. 2013. V. 116. P. 489. https://doi.org/10.1007/s11120-013-9823-4Badea C., Basu S.K. The effect of low temperature on metabolism of membrane lipids in plants and associated gene expression // Plant OMICS. 2009. V. 2. P. 78. https://www.pomics.com/Saikat_2_2_2009_78_84.pdfДёмин И.Н., Нарайкина Н.В., Цыдендамбаев В.Д., Мошков И.Е., Трунова Т.И. Введение гена desA 12-ацил-липидной десатуразы цианобактерий повышают устойчивость растений картофеля к окислительному стрессу, вызванному гипотермией // Физиология растений. 2008. Т. 55. С. 710.