Изменение фотосинтетической активности и содержания хлорофиллов и каротиноидов в лишайниках Peltigera canina и Peltigera aphthosa при действии повышенной температуры

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Лишайники – древнейшие экстремофильные организмы, представляют собой ассоциации между грибом (микобионт) и водорослями и/или цианобактериями (фотобионты). Фотобионтный состав лишайника может определять специфичность стрессового ответа на действие абиотических факторов, в том числе на действие неблагоприятных температур. В настоящей работе были изучены стресс-индуцированные изменения фотосинтетической активности и содержания хлорофиллов и каротиноидов в близкородственных лишайниках Peltigera canina и Peltigera aphthosa, различающихся фотобионтным составом, при действии повышенной температуры. Стрессовая обработка приводила к снижению фотохимической активности ФСII обоих лишайников. Анализ стресс-индуцированных изменений в содержании фотосинтетических пигментов в лишайниках показал, что воздействие повышенной температурой на лишайник P. canina индуцировало накопление астаксантина, тогда как в лишайнике P. aphthosa наблюдалось снижение содержания хлорофилла а и ксантофиллов. Выявленные значительные отличия в составе хлорофиллов и каротиноидов у исследуемых лишайников могут свидетельствовать о различных механизмах стрессового ответа на действие повышенной температуры, обусловленных особенностями их фотобионтного состава.

Об авторах

Айсылу Фаридовна Хайруллина

Казанский институт биохимии и биофизики ФИЦ КазНЦ РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: a16280110@gmail.com
ORCID iD: 0009-0009-5349-604X

магистрант, лаборант-исследователь лаборатории окислительно-восстановительного метаболизма 

Россия, 420111, г. Казань, ул. Лобачевского, д. 2/3

Венера Равилевна Хабибрахманова

Казанский институт биохимии и биофизики ФИЦ КазНЦ РАН; Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: venerakhabirakhmanova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0969-7591

кандидат химических наук, доцент кафедры пищевой биотехнологии Казанского национального исследовательского технологического университета; старший научный сотрудник лаборатории окислительно-восстановительного метаболизма Казанского института биохимии и биофизики ФИЦ КазНЦ РАН

Россия, 420111, г. Казань, ул. Лобачевского, д. 2/3; г. Казань

Дания Фаритовна Рахматуллина

Казанский институт биохимии и биофизики ФИЦ КазНЦ РАН

Email: rdf137@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8237-2929

кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории окислительно-восстановительного метаболизма 

Россия, 420111, г. Казань, ул. Лобачевского, д. 2/31

Екатерина Инсафовна Галеева

Казанский институт биохимии и биофизики ФИЦ КазНЦ РАН

Email: kgu@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5827-6339

кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории окислительно-восстановительного метаболизма 

Россия, 420111, г. Казань, ул. Лобачевского, д. 2/31

Олег Петрович Гурьянов

Казанский институт биохимии и биофизики ФИЦ КазНЦ РАН

Email: gurjanov58@gmail.com
ORCID iD: 0009-0002-9946-9150

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории окислительно-восстановительного метаболизма

Россия, 420111, г. Казань, ул. Лобачевского, д. 2/31

Ричард Питер Бекетт

Университет КваЗулу-Натал

Email: rpbeckett@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0530-4244

профессор, PhD, Школа наук о жизни

ЮАР, г. Скоттсвилл

Фарида Вилевна Минибаева

Казанский институт биохимии и биофизики ФИЦ КазНЦ РАН; Казанский (Приволжский) федеральный университет

Email: fminibayeva@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0827-181X

доктор биологических наук, заведующий лаборатории окислительно-восстановительного метаболизма 

Россия, 420111, г. Казань, ул. Лобачевского, д. 2/31; г. Казань

Юлия Наилевна Валитова

Казанский институт биохимии и биофизики ФИЦ КазНЦ РАН

Email: yulavalitova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3486-9989

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории окислительно-восстановительного метаболизма 

Россия, 420111, г. Казань, ул. Лобачевского, д. 2/31

Список литературы

  1. Маслова, Т. Г. Функции каротиноидов в листьях высших растений (обзор) / Т. Г. Маслова, Е. Ф. Марковская, Н. Н. Слемнев // Журнал общей биологии. – 2020. – Т. 81, № 4. – С. 297–310. – doi: 10.31857/S0044459620040065
  2. Caferri, R. Assessing photoprotective functions of carotenoids in photosynthetic systems of plants and green algae / R. Caferri, Z. Guardini, R. Bassi, L. Dall’Osto // Methods Enzymology. – 2022. – Vol. 674. – P. 53–84.
  3. Czeczuga, B. Carotenoids from green-algae and cyanobacteria as phyco- and photobionts of Peltigera species / B. Czeczuga, E. Czeczuga-Semeniuk, O. Vitikainen, T. Ahti // Journal of the Hattori Botanical Laboratory. – 2024. – Vol. 96. – P. 281–290.
  4. Дымова, О. В. Пигментный комплекс растений в условиях таежной зоны европейского Северо-Востока (организация и функционирование) : дис. ... д-ра биол. наук / О. В. Дымова – Уфа, 2019. – 46 с.
  5. Котлова, Е. Р. Антиокислительные системы лишайников : дис. ... канд. биол. наук / Е. Р. Котлова. – Санкт–Петербург, 2000. – 34 с.
  6. Vallese, C. Modelling range dynamics of terricolous lichens of the genus Peltigera in the Alps under a climate change scenario / C. Vallese, J. Nascimbene, P. Giordani [et al.] // Fungal Ecology. – 2020. – Vol. 49.
  7. Tegler, B. Physiological-environmental interactions in lichens. XII. The seasonal variation of the heat stress response of Cladonia rangiferina / B. Tegler, K. A. Kershaw // The New Phytologist. – 1981. – Vol. 87, № 2. – P. 395–401.
  8. Dyakov, M. Yu. Influence of extreme ambient temperatures and anaerobic conditions on Peltigera aphthosa (L.) Willd. viability / M. Yu. Dyakov, I. D. Insarova, D. E. Kharabadze [et al.] // Life Sciences in Space Research. – 2015. – Vol. 7. – P. 66–72.
  9. Вeckett, R. P. Stress physiology and the symbiosis / P. R. Beckett, I. Kranner, F. V. Minibayeva // Lichen Biology. – 2008. – P. 134–151.
  10. Chen, K. Heat tolerance of the mycobionts and phycobionts from three desert lichens / K. Chen, J.–C. Wei // Mycosystema. – 2015. – Vol. 34, № 5. – P.1007–1014.
  11. Nascimbene, J. Epiphytic lichen diversity along elevational gradients: biological traits reveal a complex response to water and energy / J. Nascimbene, L. Marini // Journal of Biogeography. – Vol. 42. – P. 1222–1232.
  12. Phinney, N. Photobiont-dependent humidity threshold for chlorolichen photosystem II activation / N. Phinney, K. A. Solhaug, Y. Gauslaa // Planta. – 2019. – Vol. 250.
  13. Использование переменной флуоресценции хлорофил- ла для оценки физиологического состояния фотосинте-тического аппарата растений / В. Н. Гольцев, В. Н. Ка- ладжи, М. Паунов [и др.] // Физиология растений. – 2016. – Т. 63, № 6. – С. 881–907.
  14. Takaichi, S. Unique carotenoids in the terrestrial cyanobacterium Nostoc commune NIES–24: 2–hydroxymyxol 2′–fucoside, nostoxanthin and canthaxanthin / S. Takaichi, T. Maoka, M. Mochimaru // Current Microbiology. – 2009. – Vol. 59. – P. 413–419.
  15. Rumengan, A. Identification of pigment profiles and antioxidant activity of Rhizophora mucronata mangrove leaves origin Lembeh, North Sulawesi, Indonesia / A. Rumengan, E. Mandiangan, W. Tanod [et al.] // Biodiversitas [Journal of Biological Diversity]. – 2021. – Vol. 22.
  16. Lichen Biology / ed. T. H. Nash III. – London : Cambridge University Press, 2008.
  17. Chekanov, K. Spatial organization of the three-component lichen Peltigera aphthosa in functional terms / K. Chekanov, A. Feoktistov, E. Lobakova // Physiologia Plantarum. – 2017. – Vol. 160. – P. 328–338.
  18. Goltsev, V. N. Variable chlorophyll fluorescence and its use for assessing physiological condition of photosynthetic apparatus / V. N. Goltsev, P. M. Russ, H. M. Kalaji [et al.] // Journal of Plant Physiology. – 2016. – Vol. 6. – P. 869–893.
  19. Beckett, R. Photoprotection in lichens: adaptations of photobionts to high light / R. Beckett, F. Minibayeva, K. A. Solhaug, T. Roach // The Lichenologist. – 2021. – Vol. 53. – P. 21–33.
  20. Голубкова, Н. С. Отношение лишайников к субстрату и другим факторам внешней среды / Н. С. Голубкова. – Москва : Просвещение, 1977. – 487 с.
  21. Pokorska, B. Photoinhibition and D1 protein degradation in mesophyll and agranal bundle sheath thylakoids of maize / B. Pokorska, E. Romanowska // Functional Plant Biology. – 2007. – Vol. 34. – P. 844–852.
  22. Kalaji, H. M. Frequently asked questions about chlorophyll fluorescence, the sequel / H. M. Kalaji, G. Schansker, M. Brestic [et al.] // Photosynthesis Research. – 2017. – Vol. 132. – P. 13–66.
  23. Фотосинтетические пигменты и азот в талломах лишайников бореальной флоры / Т. К. Головко, О. В. Дымова, Г. Н. Табаленкова [и др.] // Теоретическая и прикладная экология. – 2015. – Т. 4. – С. 38–44.
  24. Potts, M. Variation in phospholipid ester-linked fatty acids and carotenoids of desiccated Nostoc commune (Cyanobacteria) from different geographic locations / M. Potts, J. J. Olie, J. S. Nickels [et al.] // Applied and Environmental Microbiology. – 1987. – Vol. 53, № 1. – P. 4–9.
  25. Горностаева, Е. А. Влияние ионов меди и никеля на почвенные цианобактерии и цианобактериальные сообщества : дис. ... канд. биол. наук / Е. А. Горностаева. – Москва, 2015. – 189 с.
  26. Ладыгин, В. Г. Пути биосинтеза, локализация, метаболизм и функции каротиноидов в хлоропластах различных видов водорослей / В. Г. Ладыгин // Вопросы современной альгологии. – Пущино, 2015. – 87с.
  27. Bobzin, K. Influence of residual stresses in hard tool coatings on the cutting performance / K. Bobzin, T. Brögelmann, H. J. Maier [et al.] // Journal of Manufacturing Processes. – 2021. – Vol. 69. – P. 340–350.
  28. Matsubara, S. Short- and long-term operation of the lutein-epoxide cycle in light-harvesting antenna complexes / S. Matsubara, T. Morosinotto, C. B. Osmond, R. Bassi // Plant Physiology. – 2007. – Vol. 144, № 2. – P. 926–941.
  29. Sandmann, G. Carotenoids and their biosynthesis in fungi / G. Sandmann // Molecules. – 2022. – Vol. 27, № 4. – 1431 p.
  30. Aizpuru, A. Traditional and new trend strategies to enhance pigment contents in microalgae / A. Aizpuru, A. González–Sánchez // World Journal of Microbiology and Biotechnology. – 2024. – Vol. 40, № 9. – 272 p.
  31. Domonkos, I. Carotenoids, versatile components of oxygenic photosynthesis / I. Domonkos, M. Kis, Z. Gombos, B. Ughy // Progress in Lipid Research. – 2013. – Vol. 52, № 4. – P. 539–561.
  32. Yuehui, Z. Roles of xanthophyll carotenoids in protection against photoinhibition and oxidative stress in the cyanobacterium Synechococcus sp. strain PCC 7002 / Z. Yuehui, E. Joel, M. L. Graham [et al.] // Archives of Biochemistry and Biophysics. – 2010. – Vol. 504, № 1. – P. 86–99.
  33. Garbayo, I. Identification and physiological aspects of a novel carotenoid–enriched, metal–resistant microalga isolated from an acidic river in Huelva (Spain) (1) / I. Garbayo, R. Torronteras, E. Forján [et al.] // Journal of Phycology. – 2012. – Vol. 48, № 3. – P. 607–614.
  34. Pasqualetti, M. Lutein production by Coccomyxa sp. SCCA048 isolated from a heavy metal-polluted river in Sardinia (Italy) / M. Pasqualetti, S. Tempesta, V. Malavasi [et al.] // Journal of Environmental Protection and Ecology. – 2015. – Vol. 16. – P. 1262–1272.
  35. Hartung, W. The evolution of abscisic acid (ABA) and ABA function in lower plants, fungi and lichen / W. Hartung, J. Sachsplatz // Functional Plant Biology. – 2010. – Vol. 37, № 9. – P. 806–812.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).