Вісн. Харків. нац. аграрн. ун-ту. Сер. Біологія, 2020, вип. 1 (49), с. 44-53


https://doi.org/10.35550/vbio2020.01.044




МОЖЛИВА РОЛЬ СІРКОВОДНЮ В ІНДУКУВАННІ ПУТРЕСЦИНОМ АКТИВНОСТІ АНТИОКСИДАНТНИХ ФЕРМЕНТІВ І ТЕПЛОСТІЙКОСТІ ПРОРОСТКІВ ПШЕНИЦІ


О. І. Кокорев1, М. А. Шкляревський1, М. В. Швиденко1, Ю. Є. Колупаев1, 2

1Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва
(Харків, Україна)
е-
mail: plant_biology@ukr.net
2Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна
(Харків, Україна)


Поліаміни в рослинних клітинах розглядаються як стресові метаболіти, що виконують не тільки протекторні, а й регуляторні функції. Зокрема, вони задіяні в регуляції редокс-гомеостазу в цілому і активності антиоксидантних ферментів. Роль сигнальних посередників, в тому числі сірководню, в реалізації фізіологічних ефектів поліамінів залишається маловивченою. Досліджували можливу участь ендогенного сірководню в прояві протекторної дії діамину путресцину на проростки пшениці (Triticum aestivum L.) при тепловому стресі і активність антиоксидантних ферментів в їх коренях. Інкубація коренів інтактних проростків в середовищі з додаванням 1 мМ путресцину, спричиняла транзиторне посилення генерації сірководню. Найбільш помітний ефект спостерігався через 2 год після початку обробки, до 24 год інкубації вміст сірководню в коренях знижувався майже до рівня контролю. Обробка коренів проростків інгібітором основного ферменту синтезу H2S L-цістеїндесульфгідрази 0,3 мМ пируватом калію частково нівелювала спричинюване путресцином підвищення стійкості проростків до ушкоджувального прогріву (10 хв при 45°C). Через добу після теплового стресу в коренях підвищувався вміст продуктів пероксидного окиснення ліпідів. Такий ефект стресу пом’якшувався обробкою проростків путресцином і донором сірководню і посилювався інгібітором синтезу H2S. Під впливом путресцину відбувалося підвищення активності супероксиддисмутази і каталази в коренях. Цей ефект поліаміну усувався обробкою проростків пируватом калію. При комбінованій обробці проростків 1мМ путресцином і 0,1 мМ донором сірководню NaHS відзначалося додаткове підвищення теплостійкості проростків і збільшення активності антиоксидантних ферментів. Зроблено висновок про можливу участь сірководню як посередника при індукуванні путресцином теплостійкості проростків пшениці та їх антиоксидантної системи.


Ключові слова:Triticum aestivum, путресцин, сірководень, сигналінг, теплостійкість, антиоксидантна система

 


ЛІТЕРАТУРА


1. Karpets Yu.V., Kolupaev Yu.E., Yastreb T.O., Horielova O.I., Shkliarevskyi M.A., Dmitriev O.P. 2019. Role of reactive oxygen and nitrogen species in the induction of heat resistance of wheat plantlets by exogenous hydrogen sulfide. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 3 : 89-97.
https://doi.org/10.15407/dopovidi2019.03.089
 
2. Kolupaev Yu. E., Kokorev O.I. 2019. Participation of polyamines in regulation of redox homeostasis in plants. Visn. Hark. nac. agrar. univ. Ser. Biol. 1 (46) : 6-22. 
https://doi.org/10.35550/vbio2019.01.006
 
3. Kolupaev Yu.E., Oboznyi A.I., Shvidenko N.V. 2013. Role of hydrogen peroxide in generation of a signal inducing heat tolerance of wheat seedlings. Russ. J. Plant Physiol. 60 (2) : 227-234.
https://doi.org/10.1134/S102144371302012X
 
4. Kuznetsov V.V., Radyukina N.L., Shevyakova N.I. Polyamines and stress: Biological role, metabolism, and regulation. Russ. J. Plant Physiol. 53 (5) : 583-604.
https://doi.org/10.1134/S1021443706050025
 
5. Fazlieva E.R., Kiseleva I.S., Zhuikova T.V. 2012. Antioxidant activity in the leaves of Melilotus albus and Trifolium medium from man-made disturbed habitats in the Middle Urals under the influence of copper. Russ. J. Plant Physiol. 59 (3) : 333-338. 
https://doi.org/10.1134/S1021443712030065
 
6. Chasov A.V., Minibayeva F.V. 2014. Methodological approaches for studying apoplastic redox activity: 2. Regulation of peroxidase activity. Russ. J. Plant Physiol. 61 (5) : 626-633.
https://doi.org/10.1134/S1021443714050045
 
7. Bouchereau A., Aziz A., Larher F., Martin-Tanguy J. 1999. Polyamines and environmental challenges: re-cent development. Plant Sci. 140 (2) : 103-125. 
https://doi.org/10.1016/S0168-9452(98)00218-0
 
8. Dobrovinskaya O.R., Muniz J., Pottosin I. 1999. Inhibition of vacuolar ion channels by polyamines. J. Membr. Biol. 167 : 127-140.
https://doi.org/10.1007/s002329900477
 
9. Galston A.W., Kaur-Sawhney R., Atabella T., Tiburcio A.F. Plant polyamines in reproductive activity and response to abiotic stress. Bot. Acta. 1997. 110 : 197-207.
https://doi.org/10.1111/j.1438-8677.1997.tb00629.x
 
10. Ghosh N., Das S.P., Mandal C., Gupta S., Das K., Dey N., Adak M.K. 2012. Variations of antioxidative responses in two rice cultivars with polyamine treatment under salinity stress. Physiol. Mol. Biol. Plants. 18 (4) : 301-313.
https://doi.org/10.1007/s12298-012-0124-8
 
11. Kaur-Sawhney R., Tiburcio A. F., Altabella T., Galston A.W. 2003. Polyamines in plants: An overview. J. Cell Mol. Biol. 2 : 1-12.
 
12. Kolupaev Yu.E., Karpets Yu.V., Beschasniy S.P., Dmitriev A.P. 2019a. Gasotransmitters and their role in adaptive reactions of plant cells. Cytol. Genet. 53 (5) : 392-406.
https://doi.org/10.3103/S0095452719050098
 
13. Kolupaev Yu.E., Kokorev A.I., Yastreb T.O., Horielova E.I. 2019b. Hydrogen peroxide as a signal mediator at inducing heat resistance in wheat seedlings by putrescine. Ukr. Biochem. J. 91 (6) : 103-111.
https://doi.org/10.15407/ubj91.06.103
 
14. Kuznetsov Vl.V., Shevyakova N.I. 2011. Polyamines and plant adaptation to saline environment. In: Desert Plants. Biology and Biotechnology. Ed. Ramawat K.B. Berlin, Heidelberg: Springer : 261-297. 
https://doi.org/10.1007/978-3-642-02550-1_13
 
15. Li Z.-G. 2015. Synergistic effect of antioxidant system and osmolyte in hydrogen sulfide and salicylic acid crosstalk-induced heat tolerance in maize (Zea mays L.) seedlings. Plant Signal. Behav. 10 : 9, e1051278,.
https://doi.org/10.1080/15592324.2015.1051278
 
16. Li Z.-G., Xie L.-R., Li X.-J. 2015. Hydrogen sulfide acts as a downstream signal molecule in salicylic acid-induced heat tolerance in maize (Zea mays L.) seedlings. J. Plant Physiol. V. 177 : 121-127.
https://doi.org/10.1016/j.jplph.2014.12.018
 
17. Li Q., Wang Z., Zhao Y., Zhang X., Zhang S., Bo L., Wang Y., Ding Y., An L. Putrescine protects hulless barley from damage due to UV-B stress via H2S- and H2O2-mediated signaling pathways. Plant Cell Reports. 2016. 35 (5) : 1155-1168. 
https://doi.org/10.1007/s00299-016-1952-8
 
18. Mostofa M.G., Yoshida N., Fujita M. 2014. Spermidine pretreatment enhances heat tolerance in rice seedlings through modulating antioxidative and glyoxalase systems. Plant Growth Regul. 73 (1) : 31-44.
https://doi.org/10.1007/s10725-013-9865-9
 
19. Nayyar H., Chander S. 2004. Protective effects of polyamines against oxidative stress induced by water and cold stress in chickpea. J. Agron. Crop Sci. 190 : 355-365.
https://doi.org/10.1111/j.1439-037X.2004.00106.x
 
20. Pal M., Szalai G., Janda T. 2015. Speculation: Polyam-ines are important in abiotic stress signaling. Plant Sci. 237 : 16-23. doi: 10.1016/j.plantsci.2015.05.003
https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2015.05.003
 
21. Palavan-Unsal N., Arisan D. 2009. Nitric oxide signal-ling in plants. Bot Rev. 75 : 203-229. 
https://doi.org/10.1007/s12229-009-9031-2
 
22. Pang X.M., Zhang Z.Y., Wen X.P., Ban Y., Moriguchi T. 2007. Polyamines, all-purpose players in response to environment stresses in plants. Plant Stress. 1 (2) : 173-188.
 
23. Peynevandi K.M., Razavi S.M., Zahri S. 2018. The ameliorating effects of polyamine supplement on physiological and biochemical parameters of Stevia rebaudiana Bertoni under cold stress. Plant Production Sci. 21 (2) : 123-131.
https://doi.org/10.1080/1343943X.2018.1437756
 
24. Shi H., Ye T., Han N., Bian H., Liu X., Chan Z. 2015. Hydrogen sulfide regulates abiotic stress tolerance and biotic stress resistance in Arabidopsis. J. Integr. Plant Biol. Vol. 57 (7) : 628-640.
https://doi.org/10.1111/jipb.12302
 
25. Shi H., Chan Z. 2014. Improvement of plant abiotic stress tolerance through modulation of the polyam-ine pathway. J. Integr. Plant Biol. 56 (2) : 114-121.
https://doi.org/10.1111/jipb.12128
 
26. Takahashi T., Kakehi J. 2010Polyamines: ubiquitous polycations with unique roles in growth and stress responses. Ann Bot. 105 (1) : 1-6.
https://doi.org/10.1093/aob/mcp259
 
27. Tanou G., Ziogas V., Belghazi M., Christou A., Filippou P., Job D., Fotopoulos V., Molassiotis A. 2014. Polyamines reprogram oxidative and nitrosative status and the proteome of citrus plants exposed to sa-linity stress. Plant Cell Environ. 37 (4) : 864-885.
https://doi.org/10.1111/pce.12204