Изменение состава и содержания липофильных соединений в проростках Triticum aestivum L. при действии стрессовых фитогормонов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Действие на растения биотических и абиотических стрессовых факторов приводит к изменениям в составе и содержании метаболитов различной химической природы, в том числе липофильных соединений. Одним из способов моделирования стрессовой ситуации является экзогенная обработка растений фитогормонами. Настоящая работа посвящена изучению органоспецифичности состава липофильных соединений, а также изменения их содержания в проростках пшеницы Triticum aestivum L. при экзогенном действии “стрессовых фитогормонов”: абсцизовой кислоты (АБК), салициловой кислоты (СК) и метилжасмоната (МеЖ). Установлено, что корни и листья проростков пшеницы имеют одинаковый состав липофильных соединений, но значительно отличаются по их содержанию. В листьях количество углеводородов, включая сквален, а также тритерпенов, стеринов и фосфатидилхолина значительно больше, чем в корнях. В листьях преобладают гликоцерамиды 1 типа, содержащие в своем составе ЖК остаток с α-гидроксильной группой, а в корнях, наоборот, превалируют гликоцерамиды 2 типа, в ЖК остатках которых отсутствует α-гидроксильная группа. Кроме того, в липидных экстрактах листьев содержатся липофильные пигменты (хлорофилл a и b, каротиноиды) и гидрофобные фенольные соединения, представленные оксикоричными кислотами. Действие “стрессовых фитогормонов” приводит к существенным изменениям ростовых показателей, интенсивности фотосинтеза, профиля липофильных соединений проростков пшеницы в зависимости от органа растения и химической природы фитогормона. При воздействии АБК и МеЖ наблюдалось угнетение роста корней и листьев, повышался уровень нефотохимического тушения, изменялось содержание фотосинтетических пигментов. Необычный эффект наблюдался при действии МеЖ, который повышал уровень холестерина и фосфатидилсерина. Отличительной особенностью действия СК был органоспецифический характер изменений в содержании продуктов мевалонатного пути, тритерпенов и стеринов. Таким образом, моделирование стрессовых условий путем экзогенного воздействия фитогормонов на проростки пшеницы оказало существенное влияние на состав липофильных соединений. Специфические изменения в липидном составе, индуцированные гормонами, могут вносить вклад в адаптационные структурные перестройки клеточных мембран, а изменения в содержании гидрофобных фенольных метаболитов и фотосинтетических пигментов усиливать антиоксидантную защиту растений при стрессе.

Об авторах

А. Г. Ренкова

Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра “Казанский научный центр Российской академии наук”

Автор, ответственный за переписку.
Email: minibayeva@kibb.knc.ru
Россия, Казань

В. Р. Хабибрахманова

Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра “Казанский научный центр Российской академии наук”; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Казанский национальный исследовательский технологический университет”

Email: minibayeva@kibb.knc.ru
Россия, Казань; Казань

А. В. Часов

Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра “Казанский научный центр Российской академии наук”

Email: minibayeva@kibb.knc.ru
Россия, Казань

Ю. Н. Валитова

Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра “Казанский научный центр Российской академии наук”

Email: minibayeva@kibb.knc.ru
Россия, Казань

Е. И. Галеева

Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра “Казанский научный центр Российской академии наук”

Email: minibayeva@kibb.knc.ru
Россия, Казань

Ф. В. Минибаева

Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра “Казанский научный центр Российской академии наук”; Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования “Казанский (Приволжский) федеральный университет”

Email: minibayeva@kibb.knc.ru
Россия, Казань; Казань

Список литературы

  1. Hou Q., Ufer G., Bartels D. Lipid signalling in plant responses to abiotic stress // Plant Cell Environ. 2016. V. 39. P. 1029. https://doi.org/10.1111/pce.12666
  2. Valitova J., Renkova A., Mukhitova F., Dmitrieva S., Minibayeva F. Membrane sterols and genes of sterol biosynthesis are involved in the response of Triticum aestivum seedlings to cold stress // Plant Physiol. Biochem. 2019. V. 142. P. 452. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2019.07.026
  3. Lu J., Xu Y., Wang J., Singer S.D., Chen G. The role of triacylglycerol in plant stress response // Plants (Basel). 2020. V. 9. P. 472. https://doi.org/10.3390/plants9040472
  4. Testerink C., Munnik T. Molecular, cellular, and physiological responses to phosphatidic acid formation in plants // J. Exp. Bot. 2011. V. 62. P. 2349. https://doi.org/10.1093/jxb/err079
  5. Vinogradov N.V., Andreeva A.A., Danilova M.N., Doroshenko A.S., Kudryakova N.V., Kusnetsov V.V. The ABA- and stress-induced expression of the Arabidopsis thaliana AT4G0180 gene is determined by the cis-elements responsible for binding the ABA-dependent trans-factors // Russ. J. Plant Physiol. 2019. V. 66. P. 521. https://doi.org/10.1134/S0015330319020167
  6. Verma V., Ravindran P., Kumar P.P. Plant hormone-mediated regulation of stress responses // BMC Plant Biology. 2016. V. 16. P. 1. https://doi.org/10.1186/s12870-016-0771-y
  7. Yu Z., Duan X., Luo L., Dai S., Ding Z., Xia G. How plant hormones mediate salt stress responses // Trends Plant Sci. 2020. V. 25. P. 1117. Epub 2020 Jul 13.https://doi.org/10.1016/j.tplants.2020.06.008
  8. Kotlova E.R., Shavarda A.L., Kiyashko A.A., Psurtseva N.V., Senik S.V., Sinyutina N.F., Kücher T., Zubarev R.A. Alterations in the composition of membrane glycero- and sphingolipids in the course of Flammulina velutipes surface culture development // Microbiology. 2009. V. 78. P. 193.
  9. Запрометов М.Н. Фенольные соединения и их роль в жизни растения. 56-е Тимирязевское чтение. Москва: Наука, 1996. 45 с.
  10. Кейтс М. Техника липидологии: Выделение, анализ и идентификация липидов // Пер. с англ. д-ра хим. наук В. А. Вавера. Москва: Мир, 1975. 322 с.
  11. Stanley L., Yuan Y.-W. Transcriptional regulation of carotenoid biosynthesis in plants: so many regulators, so little consensus // Front. Plant Sci. 2019. V. 10. P. 1017. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01017
  12. Федулов Ю.П., Подушин Ю.В. Содержание и соотношение хлорофиллов в листьях озимой пшеницы в зависимости от агротехнических приемов ее выращивания // Научный журнал КубГАУ. 2009. Т. 51. С. 1.
  13. Ренкова А.Г., Хабибрахманова В.Р., Валитова Ю.Н., Мухитова Ф.К., Минибаева Ф.В. Действие стрессовых фитогормонов на метаболизм стеринов Triticum aestivum L. // Физиология растений. 2021. Т. 68. С. 279. https://doi.org/10.31857/S0015330321020159
  14. Aboobucker S.I., Suza W.P. Why do plants convert sitosterol to stigmasterol? // Front. Plant Sci. 2019. V. 10. P. 354. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00354
  15. Botella C., Jouhet J., Block M.A. Importance of phosphatidylcholine on the chloroplast surface // Prog. Lipid Res. 2017. V. 65. P. 12. https://doi.org/10.1016/j.plipres.2016.11.001
  16. Rozentsvet O.A., Bogdanova E.S., Nesterov V.N., Kosobryukhov A.A. Daytime dynamics of the photosynthetic apparatus’ structural and functional parameters in wild halophytes // Russ. J. Plant Physiol. 2019. V. 66. P. 901.
  17. Розенцвет О.А., Шуйская Е.В., Богданова Е.С., Нестеров В.Н., Иванова Л.А. Структура хлоренхимы и липидный профиль мембран в листьях галофитов сем. Chenopodiaceae с разным типом фотосинтеза // Физиология растений. 2022. Т. 69. С. 68.
  18. Finkelstein R. Abscisic acid synthesis and response // The Arabidopsis Book. 2013. V. 11: e0166.
  19. Khan M.I.R., Fatma M., Per T.S., Anjum N.A., Khan N.A. Salicylic acid-induced abiotic stress tolerance and underlying mechanisms in plants // Front. Plant Sci. 2015. V. 6: 462. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00462
  20. Turner J.G., Ellis C., Devoto A. The jasmonate signal pathway // Plant Cell. 2002. V. 14. P. s153. https://doi.org/10.1105/tpc.000679
  21. Kumari P., Reddy C.R.K., Jha B. Methyl jasmonate-induced lipidomic and biochemical alterations in the intertidal macroalga Gracilaria dura (Gracilariaceae, Rhodophyta) // Plant Cell Physiol. 2015. V. 56. P. 1877. https://doi.org/10.1093/pcp/pcv115
  22. Brookbank B.P., Patel J., Gazzarrini S., Nambara E. Role of basal aba in plant growth and development // Genes. 2021. V. 12. P. 1936. https://doi.org/10.3390/ genes12121936
  23. Haisel D., Pospišilova J., Synkova H., Schnablova R., Baťkova P. Effects of abscisic acid or benzyladenine on pigment contents, chlorophyll fluorescence, and chloroplast ultrastructure during water stress and after rehydration // Photosynthetica. 2006. V. 44. P. 606.
  24. Khavari M., Fatahi R., Zamani Z. Salicylic acid and kaolin effects on pomological, physiological, and phytochemical characters of hazelnut (Corylus avellana) at warm summer condition // Sci. Rep. 2021. V. 11: 4568. https://doi.org/10.1038/s41598-021-83790-0
  25. Ma X., Zheng J., Zhang X., Hu Q., Qian R. Salicylic acid alleviates the adverse effects of salt stress on Dianthus superbus (Caryophyllaceae) by activating photosynthesis, protecting morphological structure, and enhancing the antioxidant system // Front. Plant Sci. 2017. V. 8: 600.
  26. Moreira-Rodríguez M., Nair V., Benavides J., Cisneros-Zevallos L., Jacobo-Velázquez D.A. UVA, UVB light, and methyl jasmonate, alone or combined, redirect the biosynthesis of glucosinolates, phenolics, carotenoids, and chlorophylls in broccoli sprouts // Int. J. Mol. Sci. 2017. V. 18: 2330. https://doi.org/10.3390/ijms18112330
  27. Pérez A.G., Sanz C., Richardson D.G., Olías J.M. Methyl jasmonate vapor promotes β-carotene synthesis and chlorophyll degradation in Golden Delicious apple peel // J. Plant Growth Regul. 1993. V. 12. P. 163.
  28. Jung S. Effect of chlorophyll reduction in Arabidopsis thaliana by methyl jasmonate or norflurazon on antioxidant systems // Plant Physiol. Biochem. 2004. V. 42. P. 225.
  29. Kurowska M.M., Daszkowska-Golec A., Gajecka M., Kościelniak P., Bierza W., Szarejko I. Methyl jasmonate affects photosynthesis efficiency, expression of hvtip genes and nitrogen homeostasis in barley // Int. J. Mol. Sci. 2020. V. 21: 4335. https://doi.org/10.3390/ijms21124335
  30. Barickman T.C., Kopsell D.A., Sams C.E. Abscisic acid increases carotenoid and chlorophyll concentrations in leaves and fruit of two tomato genotypes // J. Amer. Soc. Hort. Sci. 2014. V. 139. P. 261. https://doi.org/10.21273/JASHS.139.3.261
  31. Oracz K., Karpiński S. Phytohormones signaling pathways and ros involvement in seed germination // Front. Plant Sci. 2016. V. 7: 864. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00864
  32. Horbowicz M., Wiczkowski W., Goraj-Koniarska J., Miyamoto K., Ueda J., Saniewski M. Effect of methyl jasmonate on the terpene trilactones, flavonoids, and phenolic acids in Ginkgo biloba L. leaves: relevance to leaf senescence // Molecules. 2021. V. 26: 4682. Ahttps://doi.org/10.3390/molecules26154682
  33. Wani S.H., Kumar V., Shriram V., Sah S.K. Phytohormones and their metabolic engineering for abiotic stress tolerance in crop plants // The Crop Journal. 2016. V. 4. P. 162.
  34. Zhou C., Li X., Zhou Z., Li C., Zhang Y. Comparative transcriptome analysis identifies genes involved in diosgenin biosynthesis in Trigonella foenum-graecum // Molecules. 2019. V. 24: 140. https://doi.org/10.3390/molecules24010140
  35. Chen M., Chen J., Luo N., Qu R., Guo Z., Lu S. Cholesterol accumulation by suppression of SMT1 leads to dwarfism and improved drought tolerance in herbaceous plants // Plant Cell Environ. 2018. V. 41. P. 1417. https://doi.org/Ltdwileyonlinelibrary.com/journal/pce1417
  36. Vance J.E., Steenbergen R. Metabolism and functions of phosphatidylserine // Prog. Lipid Res. 2005. V. 44. P. 207. https://doi.org/10.1016/j.plipres.2005.05.001
  37. Yu Y., Kou M., Gao Z., Liu Y., Xuan Y., Liu Y., Tang Z., Cao Q., Li Z., Sun J. Involvement of phosphatidylserine and triacylglycerol in the response of sweet potato leaves to salt stress // Front. Plant Sci. 2019. V. 10: 1086. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01086

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2.

Скачать (54KB)
Метаданные
3.

Скачать (177KB)
Метаданные
4.

Скачать (159KB)
Метаданные

© А.Г. Ренкова, В.Р. Хабибрахманова, А.В. Часов, Ю.Н. Валитова, Е. И. Галеева, Ф.В. Минибаева, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах