Вісн. Харків. нац. аграрн. ун-ту. Сер. Біологія, 2018, вип. 3 (45), с. 102-110


https://doi.org/10.35550/vbio2018.03.102




ФІТОГОРМОНИ В ОРГАНАХ СПОРОФІТУ DRYOPTERIS FILIX-MAS (L.) SCHOTT. В ОНТОГЕНЕЗІ


Л. В. Войтенко, В. А. Васюк, І. В. Косаківська

Інститут ботаніки ім. М.Г. Холодного
Національної академії наук України
(Київ, Україна)


Методом високоефективної рідинної хроматографії-мас-спектрометрії (ВЕРХ-МС) ідентифіковано комплекс ендогенних фітогормонів та проаналізовано характер акумуляції вільної і кон’югованої форм індоліл-3-оцтової (ІОК), абсцизової (АБК) та гіберелової (ГК3) кислот в органах спорофіту лептоспорангіатної папороті Dryopteris filix-mas (L.) Schott. на різних фазах розвитку. Встановлено, що під час весняної вегетації на етапі інтенсивного росту центром локалізації кон’югованої ІОК було кореневище спорофіту, тоді як у ваях домінувала активна форма АБК. Під час розвитку сорусів, дозрівання спор та їх висипання кількість вільної ІОК та АБК у ваях збільшувалася. На етапі завершення вегетації вміст ІОК та АБК досягав максимуму з переважанням кон’югованої ІОК у ваях та кореневищі, а вільної АБК – у ваях. Максимальний вміст вільної ГК3 зафіксовано у ваях у фазі активних метаболічних процесів, тоді як при переході спорофіту до стану спокою у фазі осінньої вегетації максимальний вміст кон’югованої форми гормону був у кореневищах. Отримані результати свідчать, що у підтриманні ауксинового гомеостазу при переході від інтенсивного росту до формування та дозрівання спор у сорусах і на етапі завершення вегетації задіяні механізми кон’югації, а у період масового висипання зрілих спор метаболічні стратегії біосинтезу/катаболізму. Характер накопичення АБК опосередковано вказує на причетність гормону до активації захисних адаптаційних процесів в осінній період вегетації. Динаміка й локалізація ГК3 свідчить про її участь в регуляції процесів розвитку та дозрівання спор. Закономірності кількісних і якісних змін виявили подібність у функціях головних класів фітогормонів папороті D. filix-mas та вищих квіткових рослин.


Ключові слова: Dryopteris filix-mas, індоліл-3-оцтова, абсцизова та гіберелова кислоти, спорофіт, онтогенез

 


ЛІТЕРАТУРА


1. Vasyuk V.A., Kosakovskaya I.V. 2017. The features of accumulation and localization of gibberellins in organs of sporophytes of higher vascular spore plants in ontogenesis. Advances in Biology & Earth Sciences. 2 (2) : 175-184.
 
2. Voytenko L.V., Kosakivska I.V. 2016. Polyfunctional phytohormone abscisic acid. Bull. Kharkiv. Natl. Agrar. Univ. Ser. Biology. (Visnyk Kharkiv. Natsional. Agrarn. Univer. Ser. Biologiya). 1 (37) : 27-41.
 
3. Voytenko L.V., Kosakivska I.V. 2017. Peculiarities of accumulation and distribution of indole-3-acetic and abscisic acid in the organs of sporophyte of wild fern Polystichum aculeatum (L.) Roth at various phenological phases of development. Dopovidi. Nat. Acad. Sci. Ukr. 12 : 112-118.
https://doi.org/10.15407/dopovidi2017.12.112
 
4. Voуtenko L.V., Kosakovskaya I.V. 2017. Abscisic acid in sporohyte organs of higher vascular cryptogamic plants. Advances in Biology & Earth Sciences. 2 (3) : 271-283.
 
5. Karnachuk P.A., Vayshlya O.B, Dorofeev V.Yu., Ushakova S.A., Tikhomirov A.A., Lasser X., Gro J.B. 2003. Influence of growth conditions on the hormonal status and productivity of tall and dwarf wheat lines. Puss. J. Plant Physiol. (Fiziologiya Rastenii). 50 (2): 237-242.
https://doi.org/10.1023/A:1022933516663
 
6. Kosakivska I.V. 2003. Physiological and biochemical bases of adaptation of plants to stress (Fiziologo-biokhimichni osnovy adaptatsii roslyn do stresiv). Kyiv : 191 p.
 
7. The methodical recommendations for analysis of plant hormones. (Metodicheskie rekomendatsii po opredeleniyu fitogormonov). 1988. Kiev : 78 p.
 
8. Sitnik K.M., Musatenko L.I., Vasyuk V.A., Vedenicheva N.P., Generalova V.M., Martin G.G., Nesterova A.N. 2003. Hormonal complex of plants and mushrooms. (Hormonalnii complex roslyn i grybiv). Kyiv: 186 p.
 
9. Arthur G.D., Stirk W.A., Novak O., Hekera P., van Staden J. 2007. Occurrence of nutrients and plant hormones (cytokinins and IAA) in the water fern Salvinia molesta during growth and composting. Environ. Exp. Bot. 61 (2) : 134-144.
https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2007.05.002
 
10. Cheng C.Y., Schraudolf H. 1974. Nachweis von abscisinsäure in sporen und jungen Prothallien von Anemia phyllitidis L. Sw. Zeitschrift fűr Pflanzenphysiologie. 71 : 366-369.
https://doi.org/10.1016/S0044-328X(74)80043-7
 
11. Cooke T.J., Poli D.B., Sztein A.E., Cohen J.D. 2002. Evolutionary patterns in auxin action. Plant Mol. Biol. 49 : 319-338.
https://doi.org/10.1007/978-94-010-0377-3_5
 
12. Croxdale J.G. 1976. Hormones and Apical Dominance in the Fern Davallia. J. Exp. Bot. 27: 801-815.
https://doi.org/10.1093/jxb/27.4.801
 
13. Ellis C.M., Nagpal P., Young J.C., Hagen G., Guilfoyle T.J., Reed J.W. 2005. Auxin Response Factor1 and Auxin Response Factor2 regulate senescence and floral organ abscission in Arabidopsis thaliana. Development. 132 : 4563-4574.
https://doi.org/10.1242/dev.02012
 
14. Enders T.A., Strader L.C. 2015. Auxin activity: past, present, and future. Amer. J. Bot. 102 (2) : 180-196.
https://doi.org/10.3732/ajb.1400285
 
15. Gantait S., Sinniah U.R., Ali M.N., Sahu N.C. 2015. Gibberellins - a multifaceted hormone in plant growth regulatory network. Curr. Protein Peptide Sci. 16 (5) : 406-412.
https://doi.org/10.2174/1389203716666150330125439
 
16. Gaskins P., Kobayashi M., Spray C.R., Phinney B.O., MacMillan J. 2001. Gibberellin metabolism in maize: The stepwise conversion of gibberellin A12-aldehyde to gibberellin A20. Plant Physiology Rockville. 115 : 413-418.
https://doi.org/10.1104/pp.110.2.413
 
17. Kosakivska I.V., Babenko L.M., Shcherbatiuk M.M., Vedenicheva N.P., Voytenko L.V., Vasyuk V.A. 2016. Phytohormones during growth and development of Polypodiophyta. Advances in Biology & Earth Sciences. 1 (1) : 26-44.
 
18. Kosakivska I.V., Voytenko L.V., Likhnyovskiy R.V., Ustinova A.Y. 2014. Effect of temperature on accumulation of abscisic acid and indole-3-acetic acid in Triticum aestivum L. seedlings. Genet. Plant Physiol. 4 (3-4) : 201-208.
 
19. Lewis G.B., King R.W., Evans L.T., Mander L.N. Moritz T., Pharis R.P., Twitchin B. 2004. Synthesis of gibberellin GA6 and its role in flowering of Lolium temulentum. Phytocemistry. 61 (1) : 77-82.
https://doi.org/10.1016/S0031-9422(02)00447-8
 
20. Lin B.-L., Wang H.-J., Wang J.-S., Zaharia I, Abrams S.R. 2005. Abscisic acid regulation of heterophylly in Marsilea quadrifolia L.: effects of R-(-) and S-(+) isomers. J. Exp. Bot. 56 : 2935-2948.
https://doi.org/10.1093/jxb/eri290
 
21. López-Carbonell M., Gabasa M., Jáuregui O. 2009. Enhanced determination of abscisic acid (ABA) and abscisic acid glucose ester (ABA-GE) in Cistus albidus plants by liquid chromatography-mass spectrometry in tandem mode. Plant Physiol. Biochem. 47 : 256-261.
https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2008.12.016
 
22. Ludwig-Müller J. 2011. Auxin conjugates: their role for plant development and in the evolution of land plants. J. Exp. Bot. 62 (6) : 1757-1773.
https://doi.org/10.1093/jxb/erq412
 
23. Menéndez V., Abul Y., Bohanec B., Lafont F., Fernández H. 2011. The effect of exogenous and endogenous phytohormones on the in vitro development of gametophyte and sporophyte in Asplenium nidus (L.). Acta Physiol. Plant. 33 : 2493-2500.
https://doi.org/10.1007/s11738-011-0794-9
 
24. Mravec J., Skupa P., Bailly A., Hoyerová K., Krěcšk P., Bielach A., Petrášek J., Zhang J., Gaykova V., Stierhof Y.D., Dobrev P.I., Schwarzerová K., Rolcík J., Seifertová D., Luschnig C., Benková E., Zazímalová E., Geisler M., Friml J. 2009. ER-localized PIN5 auxin transporter mediates subcellular homeostasis of phytohormone auxin. Nature. 439 : 1136-1140.
https://doi.org/10.1038/nature08066
 
25. Munné-Bosch S., Müller M. 2013. Hormonal cross-talk in plant development and stress responses. Front. Plant Sci. 4 : 529-531.
https://doi.org/10.3389/fpls.2013.00529
 
26. Mutasa-Göttgens E., Hedden P. 2009. Gibberellin as a factor in floral regulatory networks. J. Exp. Bot. 60 : 1979-1989.
https://doi.org/10.1093/jxb/erp040
 
27. Osakabe Y., Yamaguchi-Shinozaki K., Shinozaki K., Tran L.S. 2014. ABA control of plant macroelement membrane transport systems in response to water deficit and high salinity. New Phytol. 202 : 35-49.
https://doi.org/10.1111/nph.12613
 
28. Petrásek J., Friml J. 2009. Auxin transport routes in plant development. Development. 136 : 2675-2688.
https://doi.org/10.1242/dev.030353
 
29. Phinney B.O., Spray C.R. 1982. Chemical genetics and the gibberellin pathway in Zea mays. In: Plant Growth Substances. London: Academic Press : 101-110.
 
30. Robert H.S., Friml J. 2009. Auxin and other signals on the move in plants. Nature Chem. Biol. 5 (5) : 325-332.
https://doi.org/10.1038/nchembio.170
 
31. Ross J.J., Reid J.B. 2013. Evolution of growth-promoting plant hormones. Funct. Plant Biol. 7 : 795-805.
 
32. Ross J.J., O'Neill D.P., Smith J.J., Kerckhoffs L.H.J., Elliot R.C. 2000. Evidence that auxin promotes gibberellin A1 biosynthesis in pea. Plant J. 21 : 547-552.
https://doi.org/10.1046/j.1365-313x.2000.00702.x
 
33. Scarpella E., Barkoulas M., Tsiantis M. 2011. Control of leaf and vein development by auxin. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2 : 1-17.
https://doi.org/10.1101/cshperspect.a001511
 
34. Simm S., Scharf K.D., Jegadeesan S., Chiusano M.L., Firon N., Schleiff E. 2016. Survey of genes involved in biosynthesis, transport, and signaling of phytohormones with focus on Solanum lycopersicum. Bioinform. Biol. Insights. 10 : 185-207.
https://doi.org/10.4137/BBI.S38425
 
35. Seo M., Hanada A., Kuwahara A., Endo A., Okamoto M., Yamauchi Y., North H., Marion-Poll A., Sun T.P., Koshiba T., Kamiya Y., Yamaguchi S., Nambara E. 2006. Regulation of hormone metabolism in arabidopsis seeds: phytochrome regulation of abscisic acid and of gibberellin metabolism. Рlant J. 48 (3) : 354-366.
https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2006.02881.x
 
36. Spiess G.M., Hausman А., Yu P., Cohen J.D., Rampey R.A., Zolman B.K. 2014. Auxin input pathway disruptions are mitigated by changes in auxin biosynthetic gene expression in Arabidopsis 1[W][OPEN]. Plant Physiol. 165 : 1092-1104.
https://doi.org/10.1104/pp.114.236026
 
37. Sztein A.E., Cohen J.D., Cooke T.J. 2000. Evolutionary patterns in the auxin metabolism of green plants. Int. J. Plant Sci. 161 : 849-859.
https://doi.org/10.1086/317566
 
38. Verslues P.E., Zhu J.K. 2005. Before and beyond ABA: upstream sensing and internal signaks that determine ABA accumulation and response under abiotic stress. Biochem. Soc. Trans. 33 : 375-379.
https://doi.org/10.1042/BST0330375
 
39. Wang Y., Li B., Du M., Eneji A.E., Wang B., Duan L., Li Z., Tian X. 2012. Mechanism of phytohormone involvement in feedback regulation of cotton leaf senescence induced by potassium deficiency. J. Exp. Bot. 63 : 5887-5901.
https://doi.org/10.1093/jxb/ers238
 
40. Yamane H., Fujoka S., Sray C.R., Phynney B.O., MacMillan J., Gaskin P. 1988. Endogenous gibberellins from sporophytes of two tree ferns, Cibotium glaucum and Dicksonia аntarctica. Plant Physiol. 86 : 857-862.
https://doi.org/10.1104/pp.86.3.857
 
41. Yamane H., Sato Y., Takahashi N., Takeno K., Furuya M. 1980. Endogenous inhibitors for spore germination in Lygodium japonicum and their inhibitory effects on pollen germinations in Camellia japonica and Camellia sinensis. Agric. Biol. Chem. 44 : 1697-1699.
https://doi.org/10.1271/bbb1961.44.1697