Цитогенетическая и биохимическая характеристика каллусов Pinus sylvestris L.

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Проведена комплексная оценка изменений, происходящих при потемнении каллуса, полученного из вегетативных почек 40-летних деревьев сосны обыкновенной Pinus sylvestris L. На основании биометрической оценки каллуса (интенсивность каллусообразования, доля светлого каллуса, масса каллуса) из 32 проанализированных деревьев (16 генотипов, представленных двумя клонами) выделили два генотипа с высокой каллусообразующей способностью. Анализ митоза показал, что хотя доля аберрантных клеток в каллусе не превышает нормы спонтанного мутирования для P. sylvestris, спектр нарушений на стадии мета-, ана- и телофазы в каллусной культуре был шире по сравнению с таковым у семенного потомства тех же деревьев сосны. Потемнение каллуса сопровождалось снижением метаболизации сахарозы в клетке (снижение цитоплазматической, вакуолярной инвертазы и сахарозосинтазы) и существенным снижением активности пероксидазы. При этом активность апопластной инвертазы поддерживалась на постоянном уровне. Активность супероксиддисмутазы, каталазы, полифенолоксидазы и фенилаланинаммиаклиазы, наоборот, была выше в темном каллусе. Обсуждается возможное использование изученных ферментов как биохимических маркеров перехода к потемнению каллусных культур сосны.

Об авторах

Н. А. Галибина

Институт леса — обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Карельский научный центр Российской академии наук”

Email: galibina@krc.karelia.ru
Россия, Петрозаводск

М. А. Ершова

Карельский научный центр Российской академии наук

Email: galibina@krc.karelia.ru
Россия, Петрозаводск

Р. В. Игнатенко

Карельский научный центр Российской академии наук

Email: galibina@krc.karelia.ru
Россия, Петрозаводск

К. М. Никерова

Институт леса — обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Карельский научный центр Российской академии наук”

Email: galibina@krc.karelia.ru
Россия, Петрозаводск

И. Н. Софронова

Институт леса — обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Карельский научный центр Российской академии наук”

Email: galibina@krc.karelia.ru
Россия, Петрозаводск

М. Н. Бородина

Институт леса — обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Карельский научный центр Российской академии наук”

Автор, ответственный за переписку.
Email: galibina@krc.karelia.ru
Россия, Петрозаводск

Список литературы

  1. Tang W., Newton R.J. Increase of polyphenol oxidase and decrease of polyamines correlate with tissue browning in Virginia pine (Pinus virginiana Mill.) // Plant Sci. 2004. V. 167. P. 621. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2004.05.024
  2. Chugh S., Guha S., Rao I.U. Micropropagation of orchids: a review on the potential of different explants // Sci. Hortic. 2009. V. 122. P. 507. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2009.07.016
  3. Mondal T., Aditya S., Banerjee N. In vitro axillary shoot regeneration and direct protocorm-like body induction from a shoot tips of Doritis pulcherrima Lindl. // Plant tissue culture and biotechnology. 2013. V. 23. №. 2. P. 251. https://doi.org/10.3329/ptcb.v23i2.17526
  4. Laukkanen H., Häggman H., Kontunen-Soppela S., Hohtola A. Tissue browning of in vitro cultures of Scots pine: role of peroxidase and polyphenol oxidase // Physiol. Plant. 1999. V. 106. P. 337. https://doi.org/10.1034/j.1399-3054.1999.106312.x
  5. Laukkanen H., Rautiainen L., Taulavuori E., Hohtola A. Changes in cellular structures and enzymatic activities during browning of Scots pine callus derived from mature buds // Tree Physiol. 2000. V. 20. P 467. https://doi.org/10.1093/treephys/20.7.467
  6. Keinonen-Mettälä K., Jalonen P., Eurola P., Arnold S., Weissenberg K. Somatic embryogenesis of Pinus sylvestris // Scand. J. For. Res. 1996. V. 11. C. 242. https://doi.org/10.1080/02827589609382933
  7. Шуклина А.С., Третьякова И.Н. Соматический эмбриогенез видов рода Pinus в культуре in vitro // Успехи современной биологии 2019. Т. 139. С. 184. https://doi.org/10.1134/S004213241902008X
  8. Tret’yakova I.N., Voroshilova E.V., Shuvaev D.N. Callusogenesis and somatic embryogenesis induction in hybrid embryos from the seeds of Pinus sibirica // Russ. J. Plant Physiol. 2014. V. 61. P. 274. https://doi.org/10.1134/S1021443714020162
  9. Trontin J.-F., Aronen T., Hargreaves C., Montalbán I.A., Moncaleán P., Reeves C., Quoniou S., Lelu-Walter M.-A., Klimaszewska K. International effort to induce somatic embryogenesis in adult pine trees // Vegetative Propagation of Forest Trees, National Institute of Forest Science Institute (NIFoS), 2016. hal-02800018f
  10. Горячкина О.В., Пак М.Э., Третьякова И.Н. Цитогенетические особенности эмбриогенных клеточных линий Larix sibirica Ledeb. в культуре in vitro // Вестник Томского гос. ун-та. Биология. 2017. № 39. https://doi.org/10.17223/19988591/39/9
  11. Шмаков В.Н., Константинов Ю.М. Использование культуры клеток in vitrо для изучения генетического разнообразия у Pinus sibirica Du Tour в условиях лесосеменной плантации // Сибирский экологический журнал. 2004. Т. 11. № 2. С. 149.
  12. Duan Y., Su Y., Chao E., Zhang G., Zhao F., Xue T., Sheng J.W., Teng J., Xue J. Callus-mediated plant regeneration in Isodon amethystoides using young seedling leaves as starting materials // Plant Cell, Tissue Organ Cult. 2019. V. 136. P. 247. https://doi.org/10.1007/s11240-018-1510-x
  13. Gauillard F., Richard-Forget F. Polyphenoloxidases from Williams Pear (Pyrus communis L, cv Williams): activation, purification and some properties // J. Sci. Food Agric. 1997. V. 74. P. 49. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0010(199705)74:1< 49::AID-JSFA769>3.0.CO;2-K
  14. Yingsanga P., Srilaong V., Kanlayanarat S., Noichinda S., McGlasson W. Relationship between browning and related enzymes (PAL, PPO and POD) in rambutan fruit (Nephelium lappaceum Linn.) cvs. Rongrien and See-Chompoo // Postharvest Biol. Technol. 2008. V. 50. P. 164. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2008.05.004
  15. Dixon R.A., Lamb C.J., Masoud S., Sewalt V.J., Paiva N.L. Metabolic engineering: prospects for crop improvement through the genetic manipulation of phenylpropanoid biosynthesis and defense responses – a review // Gene. 1996. V. 179. P. 61. https://doi.org/10.1016/S0378-1119(96)00327-7
  16. Koch K. Sucrose metabolism: regulatory mechanisms and pivotal roles in sugar sensing and plant development // Curr. Opin. Plant Biol. 2004. V. 7. P. 235. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2004.03.01
  17. Ruan Y.L., Llewellyn D.J., Furbank R.T. Suppression of sucrose synthase gene expression represses cotton fiber cell initiation, elongation, and seed development // Plant Cell. 2003. V. 15. P. 952. https://doi.org/10.1105/tpc.010108
  18. Iraqi D., Tremblay F.M. Analysis of carbohydrate metabolism enzymes and cellular contents of sugars and proteins during spruce somatic embryogenesis suggests a regulatory role of exogenous sucrose in embryo development // J. Exp. Bot. 2001. V. 52. P. 2301. https://doi.org/10.1093/jexbot/52.365.2301
  19. Gutierrez-Miceli F.A., Rodriguez-Mendiola M., Ochoa-Alejo N., Mendez-Salas R., Arias-Castro C., Dendooven L. Sucrose accumulation and enzyme activities in callus culture of sugarcane // Biol. Plant. 2005. V. 49. P. 475. https://doi.org/10.1007/s10535-005-0034-5
  20. Hohtola A. Seasonal changes in explant viability and contamination of tissue cultures from mature Scots pine // Plant Cell, Tissue Organ Cult. 1988. V. 15. C. 211. https://doi.org/10.1007/BF00033645
  21. Машкина О.С., Калаев В.Н., Мурая Л.С., Леликова Е.С. Цитогенетические реакции семенного потомства сосны обыкновенной на комбинированное антропогенное загрязнение в районе Новолипецкого металлургического комбината // Экол. генетика. 2009. Т. 7. С. 17. https://doi.org/10.17816/ecogen7317-29
  22. Nikerova K.M., Galibina N.A., Moshchenskaya Y.L., Tarelkina T.V., Borodina M.N., Sofronova I.N., Semenova L.I., Ivanova D.S., Novitskaya L.L. Upregulation of antioxidant enzymes is a biochemical indicator of abnormal xylogenesis in Karelian birch // Trees. 2022. V. 36. P. 517. https://doi.org/10.1007/s00468-021-02225-5
  23. Nguyen Q.A., Luan S., Wi S.G., Bae H., Lee D.-S., Bae H.-J. Pronounced phenotypic changes in transgenic tobacco plants overexpressing sucrose synthase may reveal a novel sugar signaling pathway // Front. Plant Sci. 2016. V. 6. P. 1. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.01216
  24. Ghorbanpour M., Hadian J. Multi-walled carbon nanotubes stimulate callus induction, secondary metabolites biosynthesis and antioxidant capacity in medicinal plant Satureja khuzestanica grown in vitro // Carbon. 2015. V. 94. P. 749. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2015.07.056
  25. He Y., Guo X., Lu R., Niu B., Pasapula V., Hou P., Cai F., Xu Y., Chen F. Changes in morphology and biochemical indices in browning callus derived from Jatropha curcas hypocotyls // Plant Cell, Tissue Organ Cult. 2009. V. 98. P. 11. https://doi.org/10.1007/s11240-009-9533-y
  26. Butorina A.K., Kalaev V.N., Mironov A.E. A., Smorodinova V.A., Mazurova I.E., Doroshev S.A., Sen’kevich E.V. Cytogenetic variation in populations of Scotch pine // Russ. J. Ecol. 2001. V. 32. P. 198. https://doi.org/10.1023/A:1011366328809
  27. Игнатенко Р.В., Ершова М.А., Галибина Н.А., Раевский Б.В. Цитогенетическая характеристика семенного потомства клонов плюсовых деревьев сосны обыкновенной в Карелии // Лесной журнал. 2022. № 1. С. 9. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-1-9-22
  28. Колупаев Ю.Е. Антиоксиданты растительной клетки, их роль в АФК-сигналинге и устойчивости растений // Успехи современной биологии. 2016. Т. 136. С. 181.
  29. Apel K., Hirt H. Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress, and signal transduction // Annu. Rev. Plant Biol. 2004. V. 55. P. 373. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.55.031903.141701
  30. Mittler R. ROS are good // Trends in plant science. 2017. V. 2. P. 11. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2016.08.002
  31. Zeng J., Dong Z., Wu H., Tian Z., Zhao Z. Redox regulation of plant stem cell fate // The EMBO Journal. 2017. V. 36. 19. P. 2844. https://doi.org/10.15252/embj.201695955
  32. de Marco A., Roubelakis-Angelakis K.A. The complexity of enzymic control of hydrogen peroxide concentration may affect the regeneration potential of plant protoplasts // Plant Physiol. 1996. V. 110. P. 137. https://doi.org/10.1104/pp.110.1.13
  33. Pradedova E.V., Isheeva O.D., Salyaev R.K. Classification of the antioxidant defense system as the ground for reasonable organization of experimental studies of the oxidative stress in plants // Russ. J. Plant Physiol. 2011. T. 58. P. 210. https://doi.org/10.1134/S1021443711020166
  34. Jajic I., Sarna T., Strzalka K. Senescence, stress, and reactive oxygen species // Plants. 2015. V 4. P. 393. https://doi.org/10.3390/plants4030393
  35. Tsukagoshi H., Busch W., Benfey P.N. Transcriptional regulation of ROS controls transition from proliferation to differentiation in the root // Cell. 2010. V. 143. P. 606. https://doi.org/10.1016/j.cell.2010.10.020
  36. Dat J., Vandenabeele S., Vranová E., Van Montagu M., Inzé D., Van Breusegem F. Dual action of the active oxygen species during plant stress responses // Cell. Mol. Life Sci. 2000. V. 57. P. 779. https://doi.org/10.1007/s000180050041
  37. Messner B., Boll M., Berndt J. L-phenylalanine ammonia-lyase in suspension culture cells of spruce (Picea abies) // Plant Cell, Tissue Organ Cult. 1991. V. 27. P. 267. https://doi.org/10.1007/BF00157590
  38. Газарян И.Г., Хушпульян Д.М., Тишков В.И. Особенности структуры и механизма действия пероксидаз растений // Успехи биол. химии. 2006. Т. 46. С. 303.
  39. Tanaka Y., Uritani I. Purification and properties of phenylalanine ammonia-lyase in cut-injured sweet potato // J. Biochem. 1977. V. 81. P. 963. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.jbchem.a131562
  40. Ling A.C.K., Yap C., Shaib J.M., Vilasini P. Induction and morphogenesis of Phalaenopsis callus // J. Trop. Agric. Food Sci. 2007. V. 35. P. 147.

Дополнительные файлы


© Н.А. Галибина, М.А. Ершова, Р.В. Игнатенко, К.М. Никерова, И.Н. Софронова, М.Н. Бородина, 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