Вісн. Харків. нац. аграрн. ун-ту. Сер. Біологія, 2017, вип. 2 (41), с. 41-47


https://doi.org/10.35550/vbio2017.02.041




МОЖЛИВІ СИГНАЛЬНІ ПОСЕРЕДНИКИ ВПЛИВУ СІРКОВОДНЮ НА ТЕПЛОСТІЙКІСТЬ РОСЛИННИХ КЛІТИН


К. М. Фірсова1, Ю. В. Карпець1, Ю. Є. Колупаєв1, 2

1Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва
(Харків, Україна)
E-mail: plant_biology@ukr.net

2Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна
(Харків, Україна)


Вивчали можливі причини посилення генерації активних форм кисню (АФК) за обробки колеоптилів пшениці донором сірководню – 100 мкМ NaHS. Через 2-4 год після її початку відбувалося підвищення ендогенного вмісту сірководню в колеоптилях приблизно в два рази, через 24 год інкубації кількість H2S в них не відрізнялася від контролю. Спричинювані дією гідросульфіду натрію ефекти посилення генерації супероксидного аніон-радикала і підвищення вмісту пероксиду водню в колеоптилях нівелювалися їх попередньою обробкою інгібітором НАДФН-оксидази дифеніленіондоніум хлоридом (ДФІ). У той же час бутанол-1, інгібітор залежного від фосфоліпази D утворення фосфатидної кислоти, здатної активувати НАДФН-оксидазу, не впливав на H2S-індуковану генерацію АФК в колеоптилях. Інгібітор НАДФН-оксидази ДФІ перешкоджав розвитку теплостійкості клітин колеоптилів, спричинюваному дією донора сірководню. Позитивний вплив донора сірководню на теплостійкість колеоптилів пшениці нівелювався і обробкою інгібітором утворення фосфатидної кислоти бутанолом-1, але не його біологічно неактивними гомологом бутанолом-2. Висловлено припущення, що фосфатидна кислота як сигнальний посередник може бути задіяна в реалізації стрес-протекторних ефектів сірководню, однак вона не причетна до активації сірководнем залежної від НАДФН-оксидази генерації АФК в рослинних клітинах.


Ключові слова: Triticum aestivum, сірководень, активні форми кисню, НАДФН-оксидаза, фосфатидна кислота, теплостійкість

 


ЛІТЕРАТУРА


1. Glyan'ko A.K., Ischenko A.A. 2010. Structural and functional characteristics of plant NADPH oxidase: A review. Appl. Biochem. Microbiol. 46 (5) : 463-471.
https://doi.org/10.1134/S0003683810050017
 
2. Kolupaev Yu.E., Lugova G.A., Oboznyi A.I., Yastreb T.O., Karpets Yu.V., Musatenko L.I. 2013. Signal intermediates at the induction of antioxidant enzymes of plant cells by jasmonic acid. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine. 10 : 159-164.
 
3. Kolupaev Yu.E., Fіrsova E.N., Yastreb T.O., Shvidenko N.V. 2017a. Induction of antioxidant system and heat resistance of wheat coleoptiles by hydrogen sulfide donor: connection with reactive oxygen species formation. Visn. Hark. nac. agrar. univ., Ser. Biol. 1 (40) : 61-68.
 
4. Kolupaev Yu.E., Fіrsova K.M., Yastreb T.O., Lugovaya A.A. 2017b. The Participation of calcium ions and reactive oxygen species in the induction of antioxidant enzymes and heat resistance in plant cells by hydrogen sulfide donor. Appl. Biochem. Microbiol. 53 (5) : 573-579. https://doi.org/10.1134/S0003683817050088
https://doi.org/10.1134/S0003683817050088
 
5. Shorning B.Yu., Smirnova E.G., Yaguzhinsky L.S., Vanyushin B.F. 2000. Necessity of superoxide production for development of etiolated wheat seedlings. Biochemistry (Mosc.). 65 (12) : 1357-1361.
https://doi.org/10.1023/A:1002892520658
 
6. Christou A., Filippou P., Manganaris G., Fotopoulos V. 2014. Sodium hydrosulfide induces systemic thermotoler-ance to strawberry plants through transcriptional regulation of heat shock proteins and aquaporin. BMC Plant Biol. 14 : 42. doi:10.1186/1471-2229-14-42
https://doi.org/10.1186/1471-2229-14-42
 
7. Fu P.N., Wang W.J., Hou L.X., Liu X. 2013. Hydrogen sulfide is involved in the chilling stress response in Vitis vi-nifera L. Acta Soc. Bot. Pol. 82 (4) : 295-302.
https://doi.org/10.5586/asbp.2013.031
 
8. Gadalla M.M., Snyder S.H. 2010. Hydrogen sulfide as a gas-otransmitter. J. Neurochem. 113 : 14-26.
https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.2010.06580.x
 
9. Guo H., Xiao T., Zhou H., Xie Y., Shen W. 2016. Hydrogen sulfide: a versatile regulator of environmental stress in plants. Acta Physiol. Plant. 38 : 16. doi 10.1007/s11738-015-2038-x
https://doi.org/10.1007/s11738-015-2038-x
 
10. Hancock J.T., Whiteman M. 2014. Hydrogen sulfide and cell signaling: Team player or referee? Plant Physiol. Biochem. 78 : 37-42.
https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2014.02.012
 
11. Jin Z.P., Shen J.J., Qiao Z.J., Yang G.D., Wang R, Pei Y.X. 2011. Hydrogen sulfide improves drought re-sistance in Arabidopsis thaliana. Biochem Biophys Res Commun. 414 : 481-486.
https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2011.09.090
 
12. Jin Z., Xue S., Luo Y., Tian B., Fang H., Li H., Pei Y. 2013. Hydrogen sulfide interacting with abscisic acid in stomatal regulation responses to drought stress in Arabidopsis. Plant Physiol Biochem. 62 : 41-46.
https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2012.10.017
 
13. Kolupaev Yu.E., Firsova E.N., Yastreb T.O. 2017. Induction of plant cells heat resistance by hydrogen sulfide donor is mediated by H2O2 generation with participation of NADPH oxidase and superoxide dismutase. Ukr. Bicem. J. 89 (4) ^ 34-42. doi: https://doi.org/10.15407/ubj89.04.034
https://doi.org/10.15407/ubj89.04.034
 
14. Lai D.W., Mao Y., Zhou H., Li F., Wu M., Zhang J., He Z., Cui W., Xie Y. 2014.Endogenous hydrogen sulfide enhances salt tolerance by coupling the reestablish-ment of redox homeostasis and preventing salt-induced K+ loss in seedlings of Medicago sativa. Plant Sci. 225 : 117-129.
https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2014.06.006
 
15. Lanteri M.L., Laxalt A.M., Lamattina L. 2008. Nitric oxide triggers phosphatidic acid accumulation via phospholipase D during auxin-induced adventitious root formation in Cucumber. Plant Physiol. 147 : 188-198.
https://doi.org/10.1104/pp.107.111815
 
16. Li J., Jia H., Wang J., Cao Q., Wen Z. 2014. Hydrogen sulfide is involved in maintaining ion homeostasis via regu-lating plasma membrane Na+/H+ antiporter system in the hydrogen peroxide-dependent manner in salt-stress Arabidopsis thaliana root. Protoplasma. 251 : 899-912.
https://doi.org/10.1007/s00709-013-0592-x
 
17. Li Z.G. 2013. Hydrogen sulfide: a multifunctional gaseous molecule in plants. Russ. J. Plant Physiol. 60 : 733-740.
https://doi.org/10.1134/S1021443713060058
 
18. Li Z.G., Luo L.J., Sun Y.F. 2015. Signal crosstalk between nitric oxide and hydrogen sulfide may be involved in hydrogen peroxide induced thermotolerance in maize seedlings. Russ. J. Plant Physiol. 62 : 507-514.
https://doi.org/10.1134/S1021443715030127
 
19. Li Z.G., Luo L.J., Zhu L.P. 2014. Involvement of trehalose in hydrogen sulfide donor sodium hydrosulfide-induced the acquisition of heat tolerance in maize (Zea mays L.) seedlings. Bot. Stud. 55 : 20.
https://doi.org/10.1186/1999-3110-55-20
 
20. Li Z.G., Zhu L.P. 2015. Hydrogen sulfide donor sodium hy-drosulfide-induced accumulation of betaine is in-volved in the acquisition of heat tolerance in maize seedlings. Braz. J. Bot. 38 : 31-38.
https://doi.org/10.1007/s40415-014-0106-x
 
21. Lisjak M., Teklic T., Wilson I.D., Whiteman M., Hancock J.T. 2013. Hydrogen sulfide: environmental factor or signalling molecule. Plant Cell Environ. 36 : 1607-1616.
https://doi.org/10.1111/pce.12073
 
22. Marino D., Dunand C., Puppo A., Pauly N. 2012. Aburst of plant NADPH oxidases. Trends Plant Sci. 17 : 9-15.
https://doi.org/10.1016/j.tplants.2011.10.001
 
23. Ogasawara Y., Kaya H., Hiraoka G., Yumoto F., Kimura S., Kadota Y., Hishinuma H., Senzaki E., Yamagoe S., Nagata K., Nara M., Suzuki K., Tanokura M., Kuchitsu K. 2008.Synergistic activation of the Arabidopsis NADPH oxidase AtrbohD by Ca2+ and phosphorylation. J. Biol. Chem. 283 : 8885-8892.
https://doi.org/10.1074/jbc.M708106200
 
24. Sagisaka S. 1976.The occurrence of peroxide in a perennial plant, Populus gelrica. Plant Physiol. 57 : 308-309.
https://doi.org/10.1104/pp.57.2.308
 
25. Shi H., Ye T., Chan Z. 2013. Exogenous application of hydro-gen sulfide donor sodium hydrosulfide enhanced multiple abiotic stress tolerance in bermudagrass (Cynodon dactylon (L.). Pers.). Plant Physiol Biochem. 71 : 226-234.
https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2013.07.021
 
26. Shi H., Ye T., Chan Z. 2014. Nitric oxide-activated hydrogen sulfide is essential for cadmium stress response in bermudagrass (Cynodon dactylon (L). Pers.). Plant Physiol Biochem. 74 : 99-107.
https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2013.11.001
 
27. Ziogas V., Tanou G., Filippou P., Diamantidis G., Vasilakakis M., Fotopoulos V., Molassiotis A. 2013. Nitrosa-tive responses in citrus plants exposed to six abiotic stress conditions. Plant Physiol. Biochem. 68 : 118-126.
https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2013.04.004