Study of the activity of antioxidant enzymes in somaclonal potato variants for use in selection for resistance to the PVS virus

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The article presents the results of a study into the activity of the antioxidant system of potatoes in response to infection with the PVS virus. The PVS virus is widespread in the Omsk region. The work set out to study the activity of antioxidant enzymes in somaclonal potato variants when infected with PVS virus to obtain valuable varietal characteristics for use in breeding selection. Potato varieties Yermak, Alena and the Khozyayushka were selected from the Omsk Agrarian Scientific Centre breeding lines as objects of research. Differences in resistance to viral infection in varieties of different susceptibility and obtained somaclones were studied using the example of changes in the activity of the isoenzyme composition of antioxidant enzymes. The results showed that somaclone EC1, which was derived from the susceptible Yermak variety, had two additional isoenzymes upon infection and an increase in isoperoxidase activity compared to the control. Although the number of isoperoxidases did not increase in the samples obtained from the stable HC94 and the moderately susceptible AC91 variety, an increase in their activity was noted. Activation occurs in infected plants of the additional 3rd isoforms of catalase compared to the control – 1 isoform, while the 4th isoform of catalase was detected in the EC1 somaclonal sample. When studying the superoxide dismutase spectra, the control group showed the activity of Mp-SOD and Fe-SOD, while two forms of the enzyme were identified in the HC94, AC91 and EC1 somaclonal samples: Feand Cu/Zn-SOD. These forms play a significant role in the neutralisation of the superoxide radical.

About the authors

I. V. Kirgizova

Russian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural Academy

Email: irina.kz-89@mail.ru

E. A. Kalashnikova

Russian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural Academy

Email: kalash0407@mail.ru

A. M. Gadzhimyradova

S. Seifullin Kazakh Agro Technical Research University

Email: aisarat3878@mail.ru

D. V. Silaev

National Center for Biotechnology

Email: dvsilayev@gmail.ru

R. M. Turpanova

L.N. Gumilyov Eurasian National University

Email: rauza_enu@mail.ru

S. B. Zhangazin

L.N. Gumilyov Eurasian National University

Email: zhangazin_sayan@mail.ru

References

  1. Muhammad A.F., Adnan K.N., Javaid A., Saifullah, Farooq M., Sour Z., et al. Acquiring control: the evolution of ROS–induced oxidative stress and redox signaling pathways in plant stress responses / Plant Physiology and Biochemistry. 2019. Vol. 141. P. 353–359. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2019.04.039.
  2. Foyer C.H., Noctor G. Oxidant and antioxidant signalling in plants: a reevaluation of the concept of oxidative stress in a physiological context / Plant, Cell and Environment. 2005. Vol. 28, no. 8. P. 1056–1063. https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2005.01327.x.
  3. Dietz K.-J., Mittler R., Noctor G. Recent progress in understanding the role of reactive oxygen species in plant cell signaling / Plant Physiology. 2016. Vol. 171, no. 3. P. 1535–1539. https://doi.org/10.1104/pp.16.00938.
  4. Foyer C.H., Noctor G. Redox homeostasis and antioxidant signaling: a metabolic interface between stress perception and physiological responses / The Plant Cell. 2005. Vol. 17. P. 1866–1872. https://doi.org/10.1105/tpc.105.033589.
  5. Bowler C., Montagu M.V., Inze D. Superoxide dismutase and stress tolerance / Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. 1992. Vol. 43, no. 1. P. 83–116. https://doi.org/10.1146/annurev.pp.43.060192.000503.
  6. Che Y., Yao T., Wang H., Wang Z., Zhang H., Sun G., et al. Potassium ion regulates hormone, Ca2+ and H O signal transduction and antioxidant activities to improve salt stress resistance in tobacco / Plant Physiology and Biochemistry. 2022. Vol. 186. P. 40–45. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2022.06.027.
  7. Khalid A., Aftab F. Effect of exogenous application of 24-epibrassinolide on growth, protein contents, and antioxidant enzyme activities of in vitro-grown (Solanum tuberosum L.) under salt stress / In Vitro Cellular and Developmental Biology – Plant. 2016. Vol. 52. P. 81–91. https://doi.org/10.1007/s11627-015-9745-2.
  8. Khan M.I.R., Nazir F., Asgher M., Per T.S., Khan N.A. Selenium and sulfur influence ethylene formation and alleviate cadmium–induced oxidative stress by improving proline and glutathione production in wheat / Journal of Plant Physiology. 2015. Vol. 173. Р. 9–18. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2014.09.011.
  9. Киргизова И.В., Гаджимурадова А.М., Омаров Р.Т. Особенности накопления антиоксидантных ферментов у картофеля в условиях биотического и абиотического стресса / Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8. N 4. С. 42–54. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2018-8-4-42-54. EDN: YTDWDJ.
  10. Murgan O.K., Kolomeichuk L.V., Kovtun I.S., Efimova, M.V. Response of the antioxidant system of two varieties of potatoes to salt stress / Current Challenges in Plant Genetics, Genomics, Bioinformatics, and Biotechnology. 2019. Vol. 24. P. 98–105. https://doi.org/10.18699/ICG-PlantGen2019-31.
  11. Shafi A., Pal A.K., Sharma V., Kalia S., Kumar S., Ahuja P.S., et al. Transgenic potato plants overexpressing SOD and APX exhibit enhanced lignification and starch biosynthesis with improved salt stress tolerance / Plant MolecularBiologyReporter.2017.Vol.35,no.2.Р.504–511. https://doi.org/10.1007/s11105-017-1041-3.
  12. Rahnama H., Ebrahimzadeh H. Antioxidant isozymes activities in potato plants (Solanum tuberosum L.) under salt stress / Journal of Sciences, Islamic Republic of Iran. 2006. Vol. 17, no. 3. P. 225–232.
  13. Ruiz-Sáenz D.R., Ayala-Hernández D.D., Niino T., Cruz-Gutiérrez E.J. Salicylic acid-cryotherapy treatment for elimination of potato Virus S from Solanum tuberosum L. / American Journal of Potato Research. 2019. Vol. 96. P. 225–234. https://doi.org/10.1007/s12230-018-09694-4.
  14. Балакина А.А., Кунина Ю.В., Терентьев А.А., Калашникова Е.А. Изучение активности ферментов антиоксидантной системы на различных этапах культивирования люпина узколистного (Lupinus angustifolius L.) in vitro / Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2012. N 1. C. 78–83. EDN: OZNBER.
  15. Omarov R.T., Sagi M., Lips S.H. Regulation of aldehyde oxidase and nitrate reductase in roots of barley (Hordeum vulgare L.) by nitrogen source and salinity / Journal of Experimental Botany. 1998. Vol. 49, no. 322. P. 897–902. https://doi.org/10.1093/jxb/49.322.897.
  16. Снandlee J.M., Scandalios J.G. Gene expression during early kernel development in Zea mays / Genes & Development. 1983. Vol. 4. P. 99–128.
  17. Побежимова Т.П., Колесниченко А.В., Грабельных О.И. Методы изучения митохондрий растений. Полярография и электрофорез. М.: Промэкобезопасность, 2004. 98 с.
  18. Beauchamp C.H., Fridovich I. Superoxide dismutase: improved assays and an assay applicable to acrylamide gel / Analytical Biochemistry. 1971. Vol. 44. P. 276–279.
  19. Khalafalla M.M., Elaleem K.G., Modawi R.S. Effect of plant growth regulators on callus induction and plant regeneration in tuber segment culture of potato (Solanum tuberosum L.) cultivar Diamant / African Journal of Biotechnology. 2009. Vol. 8, no. 11. P. 234–238. https://doi.org/10.5897/AJB09.014.
  20. Kirgizova I.V., Kalashnikova E.A., Turpanova R.M., Gadzhimuradova A.M., Silaev D.V. Levels of physiological activityofantioxidant enzymesinpotatoes (S. tuberosum L.) when infected PVS virus / IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022. Vol. 1154. Р. 012033. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1154/1/012033.
  21. Граскова И.А., Эпова К.Ю., Кузнецова Е.В., Колесниченко А.В., Войников В.К. Рольслабосвязанных с клеточной стенкой пероксидаз в устойчивости картофеля при инфицировании кольцевой гнилью // Journal of Stress Physiology and Biochemistry. 2008. Т. 4. С. 4–12.
  22. Corpas F.J., Palma J.M., Sandalio L.M., Lоpez-Huertas E., Romero-Puertas M.C., Barroso J.B., et al. Purification of catalase from pea leaf peroxisomes: identification of five different isoforms / Free Radical Research. 1999. Vol. 31, no. 1. Р. 235–240. https://doi.org/10.1080/10715769900301561.
  23. Naraikina N.V., Sinkevich M.S., Demin I.N. Changes in the activity of superoxide dismutase isoforms in the course of low-temperature adaptation in potato plants of wild type and transformed with Δ12-acyl-lipid desaturase gene / Russian Journal of Plant Physiology. 2014. Vol. 61. Р. 332–338.
  24. Saibi W., Brini F. Superoxide dismutase (SOD) and abiotic stress tolerance in plants: an overview. In: Superoxide Dismutase: Structure, Synthesis and Applications. Nova Science Publishers Inc., 2018. P. 101–142.
  25. Alscher R.G., Ertuk N., Heath L.S. Role of superoxide dismutases (SODs) in controlling oxidative stress in plants / Journal of Experimental Botany. 2002. Vol. 53, no. 372. P. 1331–1341. https://doi.org/10.1093/jexbot/53.372.1331.
  26. Синькевич М.С., Нарайкина Н.В., Алиева Г.П. Различия в низкотемпературной устойчивости растений Arabidopsis thaliana и их нечувствительных к этилену мутантов связаны с активностью антиоксидантных ферментов / Физиология растений. 2020. Т. 67. N 6. С. 661–672. https://doi.org/10.31857/S0015330320050152.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».