Вісн. Харків. нац. аграрн. ун-ту. Сер. Біологія, 2020, вип. 1 (49), с. 62-71


https://doi.org/10.35550/vbio2020.01.062




ДИНАМІКА І РОЗПОДІЛ АБСЦИЗОВОЇ ТА ІНДОЛІЛ-3-ОЦТОВОЇ КИСЛОТ В ОРГАНАХ Triticum aestivum ПІСЛЯ КОРОТКОТРИВАЛОЇ ГІПЕРТЕРМІЇ ТА В ПЕРІОД ВІДНОВЛЕННЯ


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

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

E-mail: irynakosakivska@gmail.com


У лабораторних умовах досліджено динаміку і розподіл абсцизової (АБК) та індоліл-3-оцтової (ІОК) кислот в органах 14-добових рослин озимої пшениці Triticum aestivum L. сорту Подолянка за короткотривалої гіпертермії (+40°С, 2 год) та після відновлення на 21-у добу. Встановлено, що на ранніх етапах онтогенезу АБК домінувала у надземній частині, а ІОК – у коренях. Активніше відбувалося накопичення АБК, вміст якої у надземній частині 21-добових рослин порівняно з 14-добовими зріс на 71,4%, тоді як у коренях – на 19,9%. Натомість рівень ІОК у надземній частині збільшився на 20,2%, а у коренях – достовірно не змінився. Тепловий стрес спричиняв зростання вмісту ендогенної АБК у надземній частині і коренях досліджуваних рослин в 1,3 раза. Вміст гормону сягав відповідно 39,5 та 19,0 нг/г сирої речовин. Водночас вміст ендогенної ІОК знизився у коренях у 2,1 раза, а у надземній частині – в 1,7 раза і сягав відповідно 51,7 та 44,4 нг/г сирої речовин. У період відновлення на 21-у добу зафіксовано подальше накопичення ендогенної АБК: вміст гормону у надземній частині зріс в 1,5 раза, тоді як в коренях – в 1,9 раза й перевищив показники контрольних рослин. Збільшення вмісту ендогенної ІОК у період відновлення відбулося переважно у надземній частині (на 80,4%), проте показники дослідних рослин поступалися контрольним. У цілому після впливу короткотривалої гіпертермії у рослин пшениці характер накопичення і розподілу АБК та ІОК відзначався різною спрямованістю: вміст АБК зростав, тоді як ІОК – зменшувався. Обговорюється функціональна взаємодія АБК та ІОК за гіпертермії та у відновлювальний період.


Ключові слова:Triticum aestivum, абсцизова та індоліл-3-оцтова кислоти, гіпертермія, відновлення

 


ЛІТЕРАТУРА


1. Voytenko L.V., Kosakivska I.V. 2016. Polyfunctional phytohormone abscisic acid. Visn. Hark. nac. agrar. univ., Ser. Biol. 1 (37) : 27-41.
 
2. Kosakivska I.V. 2007. Ecological direction in plant physiology: achievements and prospects. Fisiol. Biochem. Cult. Rast. 39 (4) : 279-290.
 
3. Kosakisvska I.V., Babenko L.M., Vasyuk V.A., Voytenko L.V. 2017. Hyperthermia and ground drought effects on growth, content of photosynthetic pigments and epidermis microstructure in leaf of Triticum spelta L. Visn. Hark. nac. agrar. univ., Ser. Biol. 3 (42): 81-91.
https://doi.org/10.35550/vbio2017.03.081
 
4. Kosakivska I.V., Vasyuk V.A., Voytenko L.V. 2018. Drought stress effects on growth characteristics of two relative weats Triticum aestivum L. and Triticum spelta L. Fisiol. rast. genet. 50 (3): 241-252.
https://doi.org/10.15407/frg2018.03.241
 
5. Kosakivska I.V., Voytenko L.V., Vasyuk V.A., Vedenichova N.P., Babenko L.M., Shcherbatyuk M.M. 2019а. Phytohormonal regulation of seed germination. Fisiol. rast. genet. 51(3) : 187-206. 
https://doi.org/10.15407/frg2019.03.187
 
6. Kosakivska I.V., Vasyuk V.A., Voytenko L.V. 2019б. Effects of exogenous abscisic acid on seed germination and morphological characteristics of two related wheats Triticum aestivum L. and Triticum spelta L. Fisiol. rast. genet. 51 (1) : 55-66. 
https://doi.org/10.15407/frg2019.03.187
 
7. Kosakivska I.V., Vasyuk V.A., Voytenko L.V. 2019в. Effect of exogenous abscisic acid on morphological characteristics of winter wheat and spelt under hyperthermia. Fisiol. rast. genet. 51 (4) : 324-337. 
https://doi.org/10.15407/frg2019.04.324
 
8. Asseng S., Ewert F., Martre P., Rötter R.P., Lobell D.B., Cammarano D., Kimball B.A., Ottman M.J., Wall G.W., White J.W., Reynolds M.P. 2015. Rising temperatures reduce global wheat production. Nat. Clim. Chang. 5 : 143-147. 
https://doi.org/10.1038/nclimate2470
 
9. Cossani C.M., Reynolds M.P. 2012. Physiological traits for improving heat tolerance in wheat. Plant Physiol. 160 : 1710-1718.
https://doi.org/10.1104/pp.112.207753
 
10. Du H., Wu N., Fu J., Wang S., Li X., Xiao J., Xiong L. 2012. A GH3 family member, OsGH3-2, modulates auxin and abscisic acid levels and differentially affects drought and cold tolerance in rice. J. Exp. Bot. 63 : 6467-6480. 
https://doi.org/10.1093/jxb/ers300
 
11. Du H., Wu N., Chang Y., Li X., Xiao J., Xiong L. 2013. Carotenoid deficiency impairs ABA and IAA biosynthesis and differentially affects drought and cold tolerance in rice. Plant Mol. Biol. 83 (4-5) : 475-488. 
https://doi.org/10.1007/s11103-013-0103-7
 
12. Geiger D., Maierhofer T., Al-Rasheid K.A., Scherzer S., Mumm P., Liese A., Ache P., Wellmann C., Marten I., Grill E., Romeis T., Hedrich R. 2011. Stomatal closure by fast abscisic acid signaling is mediated by the guard cell anion channel SLAH3 and the receptor RCAR1. Sci. Signal. 4. ra32.
https://doi.org/10.1126/scisignal.2001346
 
13. Hu X., Liu R., Li Y., Wang W., Tai F., Xue R., Li C. 2010a. Heat shock protein 70 regulates the abscisic acid-induced antioxidant response of maize to combined drought and heat stress. Plant Growth Regul. 60 : 225-235. 
https://doi.org/10.1007/s10725-009-9436-2
 
14. Hu X.L., Li Y.H., Li C.H., Yang H.R., Wang W., Lu M.H. 2010b. Characterization of small heat shock proteins associated with maize tolerance to combined drought and heat stress. J. Plant Growth Regul. 29 : 455-464. 
https://doi.org/10.1007/s00344-010-9157-9
 
15. Hu X.J., Chen D., Mclntyre C.L., Dreccer M.F., Zhang Z.B., Drenth J., Kalaipandian S., Chang H., Xue G.P. 2018. Heat shock factor C2a serves as a proactive mechanism for heat protection in developing grains in wheat via an ABA-mediated regulatory pathway. Plant Cell Environ. 41 : 79-98. 
https://doi.org/10.1111/pce.12957
 
16. Islam M.R., Baohua F., Tingting C., Longxing T., Guanfu F. 2018. Role of abscisic acid in thermal acclimation of plants. J. Plant Biol. 61 : 255-264.
https://doi.org/10.1007/s12374-017-0429-9
 
17. IWGSC (International Wheat Genome Sequencing Consortium). 2014. A chromosome-based draft sequence of the hexaploid bread wheat (Triticum aestivum) genome. Science. 345 : 1251788. 
https://doi.org/10.1126/science.1251788
 
18. Jain M., Khurana J.P. 2009. Transcript profiling reveals diverse roles of auxin-responsive genes during reproductive development and abiotic stress in rice. FEBS J. 276 : 3148-3162. 
https://doi.org/10.1111/j.1742-4658.2009.07033.x
 
19. Kosakivska I.V., Vasyuk V.A., Voytenko L.V., Shcherbatiuk M.M., Romanenko K.O., Babenko L.M. 2020. Endogenous phytohormones of fern Polystichum aculeatum (L.) Roth gametophytes at different stages of morphogenesis in vitro culture. Cytol. Genet. 54 (1) : 23-30. 
https://doi.org/10.3103/S0095452720010089
 
20. Li H., Liu S.S., Yi C.Y., Wang F., Zhou J., Xia X.J., Shi K., Zhou Y.H., Yu J.Q. 2014a. Hydrogen peroxide mediates abscisic acid-induced HSP70 accumulation and heat tolerance in grafted cucumber plants. Plant Cell Environ. 37 : 2768-2780.
https://doi.org/10.1111/pce.12360
 
21. Ljung K., Bhalerao R.P., Sandberg G. 2001. Sites and homeostatic control of auxin biosynthesis in Arabidopsis during vegetative growth. Plant J. 28 : 465-474.
https://doi.org/10.1046/j.1365-313X.2001.01173.x
 
22. Maurel C., Boursiac Y., Luu D.T., Santoni V., Shahzad Z., Verdoucq L. 2015. Aquaporins in plants. Physiol. Rev. 95 : 1321-1358. 
https://doi.org/10.1152/physrev.00008.2015
 
23. McAdam S.A., Brodribb T.J., Ross J.J. 2016. Shoot-derived abscisic acid promotes root growth. Plant Cell Environ. 39 : 652-659. 
https://doi.org/10.1111/pce.12669
 
24. Mühlenbock P., Szechynska-Hebda M., Płaszczyca M., Baudo M.; Mateo A., Mullineaux P.M., Parker J.E., Karpinska B., Karpinski S. 2008. Chloroplast signaling and LESION SIMULATING DISEASE1 regulate crosstalk between light acclimation and immunity in Arabidopsis. Plant Cell. 20 : 2339-2356. 
https://doi.org/10.1105/tpc.108.059618
 
25. Sakata T., Oshino T., Miura S., Tomabechi M., Tsunaga Y., Higashitani N., Miyazawa Y., Takahashi H., Watanabe M., Higashitani A. 2010. Auxins reverse plant male sterility caused by high temperatures. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 107 : 8569-8574. 
https://doi.org/10.1073/pnas.1000869107
 
26. Shibasaki K., Uemura M., Tsurumi S., Rahman A. 2009. Auxin response in Arabidopsis under cold stress: underlying molecular mechanisms. Plant Cell. 21 : 3823-3838. 
https://doi.org/10.1105/tpc.109.069906
 
27. Tang R.S., Zheng J.C., Jin Z.Q., Zhang D.D., Huang Y.H., Chen L.G. 2008. Possible correlation between high temperature-induced floret sterility and endogenous levels of IAA, GAs and ABA in rice (Oryza sativa L.). Plant Growth Regul. 54 : 37-43. 
https://doi.org/10.1007/s10725-007-9225-8
 
28. Teale W.D., Paponov I.A., Palme K. 2006. Auxin in action: signalling, transport and the control of plant growth and development, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 7 (11) : 847-859. 
https://doi.org/10.1038/nrm2020
 
29. Vanstraelen M., Benková E. 2012. Hormonal Interactions in the Regulation of Plant Development. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 28 : 463-487. 
https://doi.org/10.1146/annurev-cellbio-101011-155741
 
30. Vishwakarma K., Upadhyay N., Kumar N., Yadav G., Singh J., Mishra R., Kumar Vivek, Verma R., Upadhyay R.G., Pandey M., Sharma S. 2017. Abscisic acid signaling and abiotic stress tolerance in plants: a review on current knowledge and future prospects. Front. Plant Sci. 8 : 161. 
https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00161
 
31. Zhang C.X., Fu G.F., Yang X.Q., Yang Y.J., Zhao X., Chen T.T., Tao L. 2016. Heat stress effects are stronger on spikelets than on flag leaves in rice due to differences in dissipation capacity. J. Agron. Crop Sci. 202 : 394-408. 
https://doi.org/10.1111/jac.12138