Различная реакция каллусных линий лиственницы на окислительный стресс, индуцируемый паракватом

Изучено влияние низких (0,1–100 нМ) концентраций параквата на ростовые характеристики восьми каллусных линий лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) и трех каллусных линий лиственницы даурской (Larix gmelinii Rupr. Rupr.). Линии с наибольшей скоростью роста в контрольных условиях были наиболее...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2003
Hauptverfasser:	Гарник, Е.Ю., Константинов, Ю.М., Шмаков, В.Н.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 2003
Schriftenreihe:	Біополімери і клітина
Schlagworte:	Клітинна біологія
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/156523
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Различная реакция каллусных линий лиственницы на окислительный стресс, индуцируемый паракватом / Е.Ю. Гарник, Ю.М. Константинов, В.Н. Шмаков // Вiopolymers and Cell. — 2003. — Т. 19, № 3. — С. 247-251. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-156523
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1565232019-06-19T01:26:48Z Различная реакция каллусных линий лиственницы на окислительный стресс, индуцируемый паракватом Гарник, Е.Ю. Константинов, Ю.М. Шмаков, В.Н. Клітинна біологія Изучено влияние низких (0,1–100 нМ) концентраций параквата на ростовые характеристики восьми каллусных линий лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) и трех каллусных линий лиственницы даурской (Larix gmelinii Rupr. Rupr.). Линии с наибольшей скоростью роста в контрольных условиях были наиболее чувствительными к действию используемых концентраций параквата. Показано, что культивирование клеток in vitro в присутствии низких концентраций параквата позволяет дифференцировать каллусные линии лиственницы по признаку устойчивости к окислительному стрессу. Вивчено вплив низьких (0,1–100 нМ) концентрацій параквату на ростові характеристики восьми калюсних ліній лист'яниці сибірської (Larix sibirica Ledeb.) і трьох калюсних ліній листе'яниці даурської (Larix gmelinii Rupr. Rupr.). Лінії з найбільшою швидкістю росту за контрольних умов були найчутливіишми до дії використаних концентрацій параквату. Показано, що культивування клітин in vitro в присутності низьких концентрацій параквату дозволяє диференціювати калюсні лінії листе'яниці за ознакою стійкості до окислювального стресу. The effect of low paraquat concentrations on the growth properties of eight Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) and three dahurian larch (Larix gmelinii Rupr. Rupr.) callus lines was studied. It was found that the extent to which callus growth decrease does not depend on callus line growth rate in control conditions. The possibility have been shown to differentiate larch callus lines with their oxidative stress sensitivity. No differences were found among callus lines of Siberian and dahurian larch species in their paraquat sensitivity. The approach described is advanced for use in physiological and molecular biological studies of cell tolerance to oxidative stress. 2003 Article Различная реакция каллусных линий лиственницы на окислительный стресс, индуцируемый паракватом / Е.Ю. Гарник, Ю.М. Константинов, В.Н. Шмаков // Вiopolymers and Cell. — 2003. — Т. 19, № 3. — С. 247-251. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0233-7657 DOI:http://dx.doi.org/10.7124/bc.000657 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/156523 576.535:581.1.04 ru Біополімери і клітина Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Клітинна біологія Клітинна біологія
spellingShingle	Клітинна біологія Клітинна біологія Гарник, Е.Ю. Константинов, Ю.М. Шмаков, В.Н. Различная реакция каллусных линий лиственницы на окислительный стресс, индуцируемый паракватом Біополімери і клітина
description	Изучено влияние низких (0,1–100 нМ) концентраций параквата на ростовые характеристики восьми каллусных линий лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) и трех каллусных линий лиственницы даурской (Larix gmelinii Rupr. Rupr.). Линии с наибольшей скоростью роста в контрольных условиях были наиболее чувствительными к действию используемых концентраций параквата. Показано, что культивирование клеток in vitro в присутствии низких концентраций параквата позволяет дифференцировать каллусные линии лиственницы по признаку устойчивости к окислительному стрессу.
format	Article
author	Гарник, Е.Ю. Константинов, Ю.М. Шмаков, В.Н.
author_facet	Гарник, Е.Ю. Константинов, Ю.М. Шмаков, В.Н.
author_sort	Гарник, Е.Ю.
title	Различная реакция каллусных линий лиственницы на окислительный стресс, индуцируемый паракватом
title_short	Различная реакция каллусных линий лиственницы на окислительный стресс, индуцируемый паракватом
title_full	Различная реакция каллусных линий лиственницы на окислительный стресс, индуцируемый паракватом
title_fullStr	Различная реакция каллусных линий лиственницы на окислительный стресс, индуцируемый паракватом
title_full_unstemmed	Различная реакция каллусных линий лиственницы на окислительный стресс, индуцируемый паракватом
title_sort	различная реакция каллусных линий лиственницы на окислительный стресс, индуцируемый паракватом
publisher	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
publishDate	2003
topic_facet	Клітинна біологія
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/156523
citation_txt	Различная реакция каллусных линий лиственницы на окислительный стресс, индуцируемый паракватом / Е.Ю. Гарник, Ю.М. Константинов, В.Н. Шмаков // Вiopolymers and Cell. — 2003. — Т. 19, № 3. — С. 247-251. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
series	Біополімери і клітина
work_keys_str_mv	AT garnikeû različnaâreakciâkallusnyhlinijlistvennicynaokislitelʹnyjstressinduciruemyjparakvatom AT konstantinovûm različnaâreakciâkallusnyhlinijlistvennicynaokislitelʹnyjstressinduciruemyjparakvatom AT šmakovvn različnaâreakciâkallusnyhlinijlistvennicynaokislitelʹnyjstressinduciruemyjparakvatom
first_indexed	2025-07-14T08:51:54Z
last_indexed	2025-07-14T08:51:54Z
_version_	1837611735201087488
fulltext	ISSN 0233-7657. Біополімери і клітина. 2003. Т. 19. № З КЛІТИННА БІОЛОГІЯ Различная реакция каллусных линий лиственницы на окислительный стресс, индуцируемый паракватом Е. Ю. Гарник, Ю. М. Константинов, В. Н. Шмаков Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук Ул. Лермонтова, 132, Иркутск, 664033, Российская Федерация Изучено влияние низких (0,1—100 нМ) концентраций параквата на ростовые характеристики восьми каллусных линий лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) и трех каллусных линий лиственницы даурской (Larix gmelinii Rupr. Rupr.). Линии с наибольшей скоростью роста в контрольных условиях были наиболее чувствительными к действию используемых концентраций параквата. Показано, что культивирование клеток in vitro в присутствии низких концентраций параквата позволяет дифференцировать каллусные линии лиственницы по признаку устойчивости к окислительному стрессу. Введение. Гербицид паракват (1,Г-диметил-4,4'- дипиридилийдихлорид) традиционно используется в качестве стресс-индуцирующего агента при изу чении реакции живых систем на окислительный стресс [1 ]. В растительной клетке молекула пара квата восстанавливается фотосистемой I либо эле ментами электронно-транспортной цепи митохонд рий, а затем самопроизвольно окисляется, переда вая электрон на молекулу кислорода, что приводит к образованию супероксидного радикала. Повы шенное образование супероксидных радикалов вы зывает развитие окислительного стресса [1, 2]. Клеточные механизмы устойчивости растений к окислительному стрессу до сих пор изучены недостаточно [1, 3] . В последние годы [4—6] для изучения этих вопросов все чаще используют куль туры растительных клеток, дающие возможность работать с более простым и однородным материа лом в контролируемых условиях [7 ]. Однако зада ча оценки степени чувствительности культуры кле ток к окислительному стрессу не проста, поскольку эта чувствительность часто зависит от метаболиче ской активности клеток [8 ]. В случае же калл у с- © Е. Ю. ГАРНИК, Ю. М. К О Н С Т А Н Т И Н О В , В. Н. ШМАКОВ, 2003 ных линий в отличие от целых растений и органов уровень метаболической активности может сильно различаться от линии к линии вследствие таких специфических особенностей культур in vitro, как повышение частоты мутационных событий при де- дифференцировке клеток в ходе каллусообразова- ния, сомаклональная вариабельность, миксоплои- дия клеточной популяции [9 ]. Цель настоящей работы состояла в разработке метода, который позволил бы оценить базовую составляющую чувствительности растительной клетки к окислительному стрессу, определяющую ся в большей степени генетическими, чем физиоло гическими параметрами, и дифференцировать кал лусные линии лиственницы по степени такой чув ствительности. Материалы и методы. В экспериментах ис пользовали восемь каллусных линий лиственницы сибирской и три каллусные линии лиственницы даурской. Девять из 11 использованных линий получены из зародышей разных семян лиственниц сибирской и даурской. Две линии — 2а и 9а — представляли собой сомаклональные производные линий 2 и 9, отличающихся от исходных линий скоростью роста и цветом каллуса (таблица). На момент начала описываемых эксперимен тов линии 1—9 поддерживали в культуре в течение 247 ГАРНИК В. Ю.. К О Н С Т А Н Т И Н О В Ю М , ШМАКОВ В Н. Индивидуальные характеристики каллусных линий сибирской и даурской лиственниц и их реакция на присутствие параквата П р и м е ч а н и е . Представлены средние арифметические из 8—12 повторностей по каждому эксперименту и их стандартные ошибки. Повторностью считали каллус, выращенный в отдельном флаконе. Каллусные линии лиственниц сибирской и даурской. **Достоверные различия с контролем при уровне вероятности р < 0,005. восьми пассажей, сомаклональные варианты 2а и 9а — в течение шести пассажей. Культуры поддерживали на агаризованной сре де следующего состава: минеральные соли по Му- расиге и Скугу [10] — половинный состав, сахаро за — 30 г/л, мезо-инозитол — 80 мг/л, тиамин — 1,0 мг/л, НУК — 1,0 мг/л, БАП — 0,2 мг/л, пара- кват — от 0,1 до 100 нМ. Культуру поддерживали в освещенном термостатируемом боксе при темпе ратуре 25 °С при интенсивности освещения 1000 лк и периоде светового дня 16 ч. Продолжительность одного цикла субкультивирования каллусов состав ляла 21 су т. Массу конечного прироста определяли как раз ницу свежей массы каллуса в конце субкультиви рования и его начальной свежей массы, учтенной при закладке опыта и выравненной для всех по вторностей каждого эксперимента. Относительный прирост вычисляли как выраженное в процентах отношение свежей массы конечного прироста кал луса на среде, содержащей паракват, к средней свежей массе прироста каллуса в контрольных условиях. Каждый эксперимент проводили в 10—12 по- вторностях. Повторностью считали каллус, расту щий в отдельном флаконе с питательной средой. Результаты обрабатывали методами параметриче ской статистики. Определяли средние, ошибки средних, стандартные отклонения и ошибки стан дартных отклонений. Достоверность различий ре зультатов оценивали, используя критерий Стью- дента, различия считали достоверными при уровне вероятности р < 0,05. Для выявления связи между степенью угнетения роста каллуса на среде с пара- кватом и скоростью его роста в контрольных усло виях вычисляли коэффициент корреляции [12]. Результаты и обсуждение. Цель начальных экспериментов состояла в подборе такой концент рации параквата, действие которой было бы наибо лее различным для разных каллусных линий. В первой серии экспериментов каллусы восьми линий лиственницы выращивали на средах, содер жавших паракват в концентрациях 0,1; 1 или 10 нМ (рис 1). Наименьшая из использованного ряда концен трация, вызывающая угнетение роста каллусов, составляла 0,1 нМ—для трех из восьми линий, 1 нМ — для одной линии, 10 нМ — для одной ли нии (таблица). Угнетение роста на этой среде составило от 25 (линия 9) до 41 % (линия 4), на среде, содержащей 1 нМ параквата, — 35 %, 10 нМ параквата —- 32 % (рис. 1). Концентрация 0,1 нМ достоверно замедляла рост каллусов для трех из восьми исследованных линий, 1 нМ — для четырех, 10 нМ — для пяти линий из восьми. Для трех из восьми линий (линии 2, 3, 5) ни одна из использованных концентраций параквата не угнетала роста каллусов (рис. 1). 248 РАЗЛИЧНАЯ РЕ АКЦИЯ КАЛЛУСНЫХ Л И Н И Й Л И С Т В Е Н Н И Ц Ы НА С Т Р Е С С Для одной из исследованных линий наблюдали увеличение прироста каллуса в присутствии пара- квата: на среде, содержащей 10 нМ параквата, прирост каллусов линии 2 составлял 141 % по сравнению с приростом в контрольных условиях (рис. 1). Во второй серии экспериментов каллусы трех линий (1, 2а и 9а) выращивали на средах, содер жащих паракват в более высоких концентрациях: 10, 50 и 100 нМ (рис. 2). Концентрация параквата 10 нМ достоверно угнетала рост каллусов для одной из трех исследо ванных линий (линия I) , 50 нМ — для двух (линии 1 и 2а), 100 нМ — для двух из трех линий (линии 1 и 2а). Наименьшая концентрация параквата, угнетающая рост, составляла 10 нМ для каллусов линии 1 и 50 нМ — для каллусов линии 2а. Ни одна из использованных концентраций параквата не угнетала роста каллусов линии 9а. В экспери ментах данной серии случаев стимуляции роста каллусов в присутствии параквата не наблюдали (рис. 2). По результатам описанных экспериментов для оценки различий между каллусными линиями по чувствительности к окислительному стрессу была выбрана концентрация параквата 10 нМ, позволя ющая выявлять наиболее тонкие различия. В двух сериях экспериментов 11 каллусных линий — три линии лиственницы даурской и во семь линий лиственницы сибирской — тестировали на средах, содержащих паракват в концентрации 10 нМ (таблица). Все три линии даурской листвен ницы были чувствительными к присутствию пара квата в данной концентрации, уменьшение приро ста составило от 29 до 35 %. Из восьми исследо ванных линий лиственницы сибирской четыре не были чувствительными к этой концентрации пара квата, для одной наблюдали увеличение прироста на 41 %, для трех — уменьшение прироста на 32—50 % (таблица). Сравнивая влияние параквата на рост каллусов линий, различающихся по скорости роста, мы об наружили связь между степенью угнетения роста каллуса на среде с паракватом и скоростью его роста в контрольных условиях: наиболее быстрора стущие линии оказались наиболее чувствительны ми к действию используемой концентрации пара квата (рис. 3). Коэффициент корреляции между этими параметрами составил -0,6. Однако для одной из 11 исследованных нами линий (линия 2а) на среде с 10 нМ параквата отмечен значительно более высокий прирост, чем следовало бы ожидать исходя из обнаруженной зависимости (рис. 3). По нашему мнению, данная линия может представлять интерес с точки зрения изучения молекулярных механизмов устойчивости лиственницы к окисли тельному стрессу. Как правило, при использовании параквата в качестве стресс-индуцирующего агента его концен трации рассчитывают так, чтобы резко затормозить рост контрольных растений или привести к их гибели. Обработку раствором параквата проводят в течение короткого времени, затем исследуют воз никшие в тканях изменения [12—14]. Этот подход не дает представления о воздействии на клетку менее интенсивного окислительного стресса, харак- 249 ГАРНИК Е. К) . , К О Н С Т А Н Т И Н О В Ю. М., ШМАКОВ В. Н. Рис. 2. Относительный прирост каллусных линий лиственниц на средах, содержащих паракват в концентрациях 10, 50 и 100 нМ (Цифры над столбиками — номера линий) 160 J 20 80 40 ж-5 9а 4^ V 2а н 0 200 400 600 800 Абсолютный прирост в контроле, мг далось угнетение роста у шести из 11 исследован ных каллусных линий. Оказалось, что эта концен трация параквата заметно различается по действию на рост каллусных линий лиственниц: от сущест венного угнетения роста (шесть случаев из 11) и отсутствия выраженной реакции (четыре линии) до стимуляции роста (одна линия) (таблица). Такие различия в реакции на присутствие параквата по зволяют сделать вывод о возможности оценки раз личий каллусных линий по их устойчивости к окислительному стрессу. Выводы. Характер влияния низких концентра ций параквата на рост каллусных линий листвен ницы неодинаков для разных линий. При исполь зовании концентрации параквата 10 нМ отмечена различная реакция исследованных каллусных ли ний: от угнетения роста либо отсутствия выражен ной реакции до стимуляции роста. При этом линии с наибольшей скоростью роста в контрольных усло виях проявляли наибольшую чувствительность к действию используемых концентраций параквата. Мы предположили, что существование каллусных линий, для которых вышеуказанная зависимость не соблюдается, представляет интерес с точки зрения исследования механизмов повышенной или пони женной устойчивости к окислительному стрессу. Таким образом, культивирование каллусов на сре дах, содержащих паракват в низких концентраци ях, дает принципиальную возможность дифферен цировать каллусные линии по их чувствительности к окислительному стрессу, предположительно опре деляющейся особенностями генотипа каждой кал- лусной линии. Исследования выполнены при финансовой поддержке шестого Конкурса-экспертизы научных проектов молодых ученых РАН по фундаменталь ным и прикладным исследованиям (грант № 274) и гранта ИНТАС 2001—0358. Рис. 3. Связь между относительным приростом каллусных линий на среде, содержащий 10 нМ параквата, и их абсолют ным приростом в контрольных условиях. Цифры на графике обозначают номера линий, соответствующих приведенным в таблице Е. Yu. Garnik, Yu. М. Konstantinov, V. N. Smakov The distinctions of paraquat induced oxidative stress sensitivity of larch callus lines Summary терного для естественных условий. Применяя высо кие концентрации параквата, трудно или вообще невозможно исследовать внутривидовой полимор физм в отношении устойчивости к окислительному стрессу. Мы использовали значительно более низкие, чем принято, концентрации параквата. Тем не менее, при концентрации параквата 10 нМ наблю- The effect of low paraquat concentrations on the growth properties of eight Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) and three dahurian larch (Larix gmelinii Rupr. Rupr.) callus lines was studied. It was found that the extent to which callus growth decrease does not depend on callus line growth rate in control conditions. The possibility have been shown to differentiate larch callus lines with their oxidative stress sensitivity. No differences were found among callus lines of Siberian and dahurian larch species in their paraquat sensitivity. The approach described is advanced for use in physio logical and molecular biological studies of cell tolerance to oxidative stress. 250 РАЗЛИЧНАЯ РЕАКЦИЯ КАЛЛУСНЫХ Л И Н И Й Л И С Т В Е Н Н И Ц Ы НА С Т Р Е С С О. Ю. Гариік, Ю. М. Константинов, В. М. Шмаков Різна реакція калюсних ліній листв'яниці на окислювальний стрес, індукований паракватом Резюме Вивчено вплив низьких (0,1—100 нМ) концентрацій параквату на ростові характеристики восьми калюсних ліній листе'я- ниці сибірської (Larix sibirica Ledeb.) і трьох калюсних ліній листе'яниці даурської (Larix gmelinii Rupr. Rupr.). Лінії з найбільшою швидкістю росту за контрольних умов були най- чутливіишми до дії використаних концентрацій параквату. Показано, що культивування клітин in vitro в присутності низьких концентрацій параквату дозволяє диференціювати калюсні лінії листе'яниці за ознакою стійкості до окислюваль ного стресу. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Howler С, Van Montagu M., Inze ГУ. Superoxide dismutase and stress tolerance / / Annu. Rev. Plant. Physiol. Plant. Мої. Biol.— 1 992.—43.—P. 83—116. 2. Babior В. M. Superoxide: a two-edged sword / / Braz. J. Med. Biol. Res. —1997 .—30 .—P. 141—155. 3. Allen R. D. Dissection of oxidative stress tolerance using transgenic plants / / Plant Physiol. — 1995. —107.—P. 1049— 1054. 4. Olmos E., Hernandes J. A., Sevilla F., llellin E. Induction of antioxidant enzymes in the selection of a salt-tolerant cell line of Pisum sativum II J. Plant Physiol. — 1 9 9 4 . — 1 4 4 . — P. 594—599. 5. Vazguez-Flota F. A., Ixigola-Vagras V. M. A Catharanthus roseus salt tolerant line. I. Selection and characterization 1/3. Plant Physiol.—1994. —144 .—P. 116—120. 6. Roy M., Ghosh B. Polyamines, both common and uncommon. Under heat stress in rice (Orysa sativa) callus / / Physiol. Plantarum.—1996.—98.—P. 196—200. 7. Носов A. M. Культура клеток высших растений — уни кальная система, модель, инструмент / / Физиология рас тений.—1999.—46.—С. 837—844 . 8. Закарян Н. /., Айвазян Н. М., Карагезян К. F. Сравни тельный анализ активности супероксиддисмутазы в тканях высших позвоночных / / Докл. РАН.—2002 .—382 , № 2 .— С. 264—266. 9. Кунах В. А. Изменчивость растительного генома в процессе дедифференцировки и каллусообразования / / Физиология растений.—1999.—46.—С. 919—929 . 10. Murashige Т., Scoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tissue culture / / Physiol. Plant .—1962.—15.— P. 473—497. И . Л акин F. Ф. Биометрия.—M.: Высш. школа, 1980.—293 с. 12. Bowler С, Slooten L., Vandenbranden S., De Rycke R., Botterman J., Sybesma C, Van Montagu M., Inze D. Manganese superoxide dismutase can reduce cellular damage mediated by oxygen radicals in transgenic plants / / EMBO J.—1991.—10.—P. 1723—1732. 13. Turcsanyi E., Suranyi G., U'hoczki E., Borbely G. Superoxide dismutase activity in response to paraquat resistance in Conyza canadensis (L.) Cronq. / / J. Plant Physiol. —1994. —144 .— P. 599—606. 14. Iturbe-Ormaetxe I., Escuredo P. R., Arrese-Igor C, Becana M. Oxidative damage in pea plants exposed to water deficit or paraquat / / Plant Physiol .—1998. — 1 1 6 . — P . 173—181. УДК 576.535:581.1.04 Надійшла до редакції 19.02.02 251

Различная реакция каллусных линий лиственницы на окислительный стресс, индуцируемый паракватом

Institution

Ähnliche Einträge