Вісн. Харків. нац. аграрн. ун-ту. Сер. Біологія, 2017, вип. 3 (42), с. 52-61


https://doi.org/10.35550/vbio2017.03.052




РОЛЬ ІОНІВ КАЛЬЦІЮ ТА АКТИВНИХ ФОРМ КИСНЮ В ІНДУКУВАННІ АНТИОКСИДАНТНИХ ФЕРМЕНТІВ І ТЕПЛОСТІЙКОСТІ РОСЛИННИХ КЛІТИН ДОНОРОМ ОКСИДУ АЗОТУ


Ю. В. Карпець

Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва
(Харків, Україна)
E-mail: plant.biology.knau@gmail.com


З використанням інгібіторного методу досліджували участь іонів кальцію і активних форм кисню (АФК) в індукуванні донором оксиду азоту нітропрусидом натрію (НПН) ферментативної антиоксидантної системи колеоптилів пшениці (Triticum aestivum L.) та їх стійкості до ушкоджуючого прогріву. Обробка колеоптилів НПН в концентраціях 0,1 і 0,2 мМ найбільшою мірою індукувала їх стійкість до гіпертермії. Під впливом НПН відбувалося підвищення активності супероксиддисмутази, каталази, гваяколпероксидази і аскорбатпероксидази в колеоптилях. Антиоксидант бутилгідрокситолуол, інгібітор НАДФН-оксидази імідазол, хелатор позаклітинного кальцію ЕГТА, інгібітор фосфоліпази С неоміцин та інгібітор АДФ-рібозилциклази нікотинамід частково усували вплив НПН на активність антиоксидантних ферментів. Також ці сполуки нівелювали ефект підвищення теплостійкості колеоптилів пшениці, спричинюваний НПН. Зроблено висновок про опосередкований кальцієм і АФК вплив екзогенного оксиду азоту на антиоксидантну систему і теплостійкість колеоптилів пшениці.


Ключові слова: Triticum aestivum, оксид азоту, антиоксидантні ферменти, активні форми кисню, кальцій, НАДФН-оксидаза, теплостійкість

 


ЛІТЕРАТУРА


1. Glyan'ko A. K., Ischenko O. O., Mitanova N. B., Vasil'eva G. G. 2009. Plants NADPH-oxidase. Visn. Hark. nac. agrar. univ., Ser. Biol. 2(17) : 6-18.
 
2. Karpets Yu.V., Kolupaev Yu.E., Lugovaya A.A., Oboznyi A.I. 2014. Effect of jasmonic acid on the pro-/antioxidant system of wheat coleoptiles as related to hyperthermia tolerance. Russ. J. Plant Physiol. 61(3) : 339-346.
https://doi.org/10.1134/S102144371402006X
 
3. Karpets Yu.V., Kolupaev Yu.E., Oboznyi O.I., Yastreb T.O. 2015. Influence of calcium antagonists on generation of reactive oxygen species induced by NO donor and development of heat resistance of wheat coleoptiles. Fiziol. rast. genet. 47(4) : 338-346.
 
4. Karpets Yu.V., Kolupaev Yu.E. 2017. Functional interaction of nitric oxide with reactive oxygen species and calcium ions at development of plants adaptive responses. Visn. Hark. nac. agrar. univ., Ser. Biol. 2(41) : 6-31.
 
5. Karpets Yu.V., Kolupaev Yu.E., Yastreb T.O. 2011. Effect of sodium nitroprusside on heat resistance of wheat coleoptiles: Dependence on the formation and scavenging of reactive oxygen species. Russ. J. Plant Physiol. : 58(6) : 127.
https://doi.org/10.1134/S1021443711060094
 
6. Karpets Yu.V., Kolupaev Yu.E., Shvidenko M.V., Dmitriev O.P. 2011. Effects of exogenous nitric oxide (NO) on the generation of superoxide anion-radical and heat resistance of wheat coleoptiles. Rep. Natl. Acad. Sci. Ukraine. 9 : 147-152.
 
7. Kolupaev Yu.Ye., Karpets Yu.V., Musatenko L.I. 2009. Calcium-dependent influence of salicylic acid and hydrogen peroxide on the superoxide dismutase activity of wheat coleoptiles. Rep. Natl. Acad. Sci. Ukraine. 9 : 165-169.
 
8. Kolupaev Yu.E. 2016. Plant cell antioxidants and their role in ros signaling and plant resistance. Uspekhi Sovrem. Biologii. 136(2) : 181-198.
 
9. Minibaeva F.V., Gordon L.Kh. 2003. Superoxide production and the activity of extracellular peroxidase in plant tissues under stress conditions. Russ. J. Plant Physiol. : 50(3) 411-416.
https://doi.org/10.1023/A:1023842808624
 
10. 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
 
11. Allen G.J., Muir S.R., Sanders D. 1995. Release of Ca2+ from individual plant vacuoles by both InsP3 and cyclic ADP-ribose. Science. 268 : 735-737.
https://doi.org/10.1126/science.7732384
 
12. Alscher R.G., Erturk N., Heath L.S. 2002. Role of superoxide dismutases (SODs) in controlling oxidative stress in plants. J. Exp. Bot. 53: 1331-1341.
https://doi.org/10.1093/jxb/53.372.1331
 
13. Bajguz A. 2014. Nitric Oxide: role in plants under abiotic stress. In: Physiological Mechanisms and Adaptation Strategies in Plants Under Changing Environment (Eds. Ahmad P., Wani M.R.). New York : Springer Science+Business Media, vol. 2, pp. 137-159.
https://doi.org/10.1007/978-1-4614-8600-8_5
 
14. Begara-Morales J.C., Chaki M., Sanchez-Calvo B., Ma-ta-Pérez C., Leterrier M., Palma J.M., Barroso J.B., Corpas F.J. 2013. Protein tyrosine nitration in pea roots during development and senescence. J. Exp. Bot. 64 : 1121-1142.
https://doi.org/10.1093/jxb/ert006
 
15. Bradford M.M. 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein uti-lizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem. 72 : 248-254.
https://doi.org/10.1016/0003-2697(76)90527-3
 
16. Chaki M., Valderrama R., Fernandez-Ocana A.M., Carreras A., Lopez-Jaramillo J., Luque F., Palma J.M., Pedrajas J.R., Begara-Morales J.C., Sanchez-Calvo B., Gomez-Rodriguez M.V., Corpas F.J., Barroso J.B. 2009. Protein targets of tyrosine nitration in sunflower (Helianthus annuus L.) hypocotyls. J. Exp. Bot. 60 : 4221-4236.
https://doi.org/10.1093/jxb/erp263
 
17. Corpas F.J., Leterrier M., Valderrama R., Airaki M., Chaki M., Palma J.M., Barroso J.B. 2011. Nitric oxide imbalance provokes a nitrosative response in plants under abiotic stress. Plant Sci. 181 : 604-611.
https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2011.04.005
 
18. Fares A., Rossignol M., Peltier J.B. 2011. Proteomics investi-gation of endogenous S-nitrosylation in Arabidopsis. Biochem. Biophys. Res. Commun. 416 : 331-338.
https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2011.11.036
 
19. Gaber A., Yoshimura K., Yamamoto T., Yabuta Y., Takeda T., Miyasaka H., Nakano Y., Shigeoka S. 2006. Glutathione peroxidase-like protein of Synechocyst-is PCC 6803 confers tolerance to oxidative and environmental stresses in transgenic Arabidopsis. Physiol Plant. 128 : 251-262.
https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.2006.00730.x
 
20. Gill S.S., Tuteja N. 2010. Reactive oxygen species and antiox-idant machinery in abiotic stress tolerance in crop plants. Plant Physiol. Biochem. 48 : 909-930.
https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2010.08.016
 
21. Hamed S.M., Zinta G., Klöck G., Asard H., Selim S., AbdElgawad H. 2017. Zinc-induced differential oxidative stress and antioxidant responses in Chlorella soro-kiniana and Scenedesmus acuminatus. Ecotoxic. Environ. Saf. 140 : 256-263.
https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.02.055
 
22. Hu X., Jiang M., Zhang J., Zhang A., Lin F., Tan M. 2007. Calcium-calmodulin is required for abscisic acid-induced antioxidant defense and functions both up-stream and downstream of of H2O2 production in leaves of maize (Zea mays) plants. New Phytol. 173 : 27-38.
https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2006.01888.x
 
23. Hung K.T., Hsu Y.T., Kao C.H. 2006. Hydrogen peroxide is involved in methyl jasmonate-induced senescence of rice leaves. Physiol. Plant. 127 : 293-303.
https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.2006.00662.x
 
24. Jeandroz S., Lamotte O., Astier J., Rasul S., Trapet P., Besson-Bard A., Bourque S. Nicolas-Frances V., Berkowitz G.A., Wendehenne D. 2013. There's more to the picture than meets the eye: nitric oxide cross talk with Ca2+ Plant Physiol. 163 : 459-470.
https://doi.org/10.1104/pp.113.220624
 
25. Khan M.N., Mobin M., Abbas Z.K. 2015. Nitric oxide and high temperature stress: a physiological perspective. In: Nitric oxide action in abiotic stress responses in plants (Eds. Khan M.N., Mobin M., Mohammad F., Corpas F.J.). Heidelberg, New York, Dordrecht, London, pp. 77-94.
https://doi.org/10.1007/978-3-319-17804-2
 
26. Leckie C.P., Mcainsh M.R., Allen G.J., Sanders D., Hetherington A.M. 1998. Abscisic acid-induced stomatal closure mediated by cyclic ADP-ribose. Proc Natl Acad Sci USA 95: 15837-15842.
https://doi.org/10.1073/pnas.95.26.15837
 
27. Lecourieux D., Mazars C., Pauly N., Ranjeva R., Pugin A. 2002. Analysis and effects of cytosolic free calcium in-creases in response to elicitors in Nicotiana plum-baginifolia cells. Plant Cell. 14 : 2627-2641
https://doi.org/10.1105/tpc.005579
 
28. Lee Y., Lee Y. 2008. Roles of phosphoinositides in regulation of stomatal movements. Plant Signal. Behav. 3 : 211-213.
https://doi.org/10.4161/psb.3.4.5557
 
29. Lin C.C., Jih P.J., Lin H.H., Lin J.S., Chang L.L., Shen Y.H., Jeng S.T. 2011.Nitric oxide activates superox-ide dismutase and ascorbate peroxidase to repress the cell death induced by wounding. Plant Mol. Biol. 77 : 235-249.
https://doi.org/10.1007/s11103-011-9805-x
 
30. Liu H.T., Huang W.D., Pan Q.H., Weng F.H., Zhan J.C., Liu Y., Wan S.B., Liu Y.Y. 2006.Contributions of PIP2-specific-phospholipase C and free salicylic acid to heat acclimation induced thermotolerance in pea leaves. J. Plant. Physiol. 163 :405-416.
https://doi.org/10.1016/j.jplph.2005.04.027
 
31. Lozano-Juste J., Leon J. 2011. Nitric oxide regulates DELLA content and PIF expression to promote photomor-phogenesis in Arabidopsis. Plant Physiol. 156 : 1410-1423.
https://doi.org/10.1104/pp.111.177741
 
32. Mur L.A.J., Mandon J., Persijn S., Cristescu S.M., Moshkov I.E., Novikova G.V., Hall M.A., Harren F.J.M., Hebelstrup K.H., Gupta K.J. 2013. Nitric oxide in plants: an assessment of the current state of knowledge . AoB Plants. 5. Pls052.
https://doi.org/10.1093/aobpla/pls052
 
33. Oz M.T., Eyidogan F., Yucel M., Oktem H.A. 2015. Functional role of nitric oxide under abiotic stress conditions. In: Nitric oxide action in abiotic stress responses in plants (Eds. M.N. Khan, M. Mobin, F. Mohammad, F.J. Corpas). Heidelberg, New York, Dordrecht, London, pp. 21-42.
https://doi.org/10.1007/978-3-319-17804-2_2
 
34. Song L., Ding W., Zhao M., Sun B., Zhang L. 2006. Nitric oxide protects against oxidative stress under heat stress in the calluses from two ecotypes of reed. Plant Sci. 171 : 449-458.
https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2006.05.002
 
35. Tewari R.K., Hahn E.J., Paek K.Y. 2008. Function of nitric oxide and superoxide anion in the adventitious root development and antioxidant defence in Panax ginseng. Plant Cell Rep. 27 : 563-573.
https://doi.org/10.1007/s00299-007-0448-y
 
36. Vital S.A., Fowler R.W., Virgen A., Gossett D.R., Banks S.W., Rodriguez J. 2008.Opposing roles for super-oxide and nitric oxide in the NaCl stress-induced up-regulation of antioxidant enzyme activity in cotton callus tissue. Environ. Exp. Bot. 62 : 60-68.
https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2007.07.006
 
37. Zhang A., Jiang M., Zhang J., Ding H., Xu S., Hu X., Tan M. 2007. Nitric oxide induced by hydrogen peroxide mediates abscisic acid-induced activation of the mi-togen-activated protein kinase cascade involved in antioxidant defense in maize leave. New Phytol. 175 : 36-50.
https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2007.02071.x
 
38. Zhang L., Zhou S., Xuan Y., Sun M., Zhao L. 2009. Protective effect of nitric oxide against oxidative damage in Arabidopsis leaves under ultraviolet-B irradiation. J. Plant Biol. 52 : 135-140.
https://doi.org/10.1007/s12374-009-9013-2