Пролин у растений и клеточных культур кукурузы при действии осмотических стрессов in vitro
Aim. Young corn inbred line plants and cell cultures, obtained from those lines, were cultivated under salinity (25.0 g/l sea water salts) or water stress (0.8 M mannitol). The role of proline in those variants was investigated. Methods. We added stress compounds to water or ½ Murashige-Skoog medi...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Фактори експериментальної еволюції організмів |
|---|---|
| Datum: | 2016 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
2016
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/177628 |
| 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: | Пролин у растений и клеточных культур кукурузы при действии осмотических стрессов in vitro / Л.Е. Сергеева, Л.И. Бронникова, М.О. Дыкун // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 13. — С. 145-148. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859856553444638720 |
|---|---|
| author | Сергеева, Л.Е. Бронникова, Л.И. Дыкун, М.О. |
| author_facet | Сергеева, Л.Е. Бронникова, Л.И. Дыкун, М.О. |
| citation_txt | Пролин у растений и клеточных культур кукурузы при действии осмотических стрессов in vitro / Л.Е. Сергеева, Л.И. Бронникова, М.О. Дыкун // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 13. — С. 145-148. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Фактори експериментальної еволюції організмів |
| description | Aim. Young corn inbred line plants and cell cultures, obtained from those lines, were cultivated under salinity (25.0 g/l sea
water salts) or water stress (0.8 M mannitol). The role of proline in those variants was investigated. Methods. We added
stress compounds to water or ½ Murashige-Skoog medium (for plants) to S1 medium (for cell cultures) and tested corn
variants. The free proline levels were estimated on the 14th day of stress pressure. Results. The level of free proline rose
in plants, cultivated on nutrition medium with the addition of mannitol and in calli tissues, cultivated under both types of
osmotic stresses. The plant proline content elevated after the degradation of proline rich proteins, PRPs. But at the same
time cell proline was the product of biosynthesis. Conclusions. The absolute values of proline levels are not indices of
plant stress tolerance.
Keywords: Zea mays, intact plants, cell culture salinity, water stress, proline.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:44:29Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 2219-3782. Фактори експериментальної еволюції організмів. 2016. Том 18 145
© СЕРГЕЕВА Л.Е., БРОННИКОВА Л.И., ДыКУН М.О.
теинов. При этом несущие заряд участки ориен-
тируются в нужном направлении, стабилизируя
водный статус. Установлен также факт аккуму-
ляции пролина как совместимого осмолита при
засолении. Тем самым при действии различных
осмотических стрессов достигается лучшая рас-
творимость белка в воде и в целом формирует-
ся термодинамически устойчивая структура [3].
Уровень пролина определяется синтезом/катабо-
лизмом/транспортом [4]. Таким образом, пролин
рассматривается как наиболее адекватный пока-
затель устойчивости к осмотическим стрессам.
С другой стороны, имеются факты, указы-
вающие на отсутствие взаимосвязи между повы-
шенным содержанием пролина и стрессоустой-
чивостью; некоторые авторы даже настаивают
на отрицательном влиянии пролина [5]. В связи
с неоднозначностью оценок возникает необхо-
димость исследовать роль пролина in situ на раз-
личных иерархических уровнях.
Следует иметь в виду, что однозначная ин-
терпретация реакций тканей растения сложна
ввиду морфологических и функциональных осо-
бенностей органов. С другой стороны, клеточ-
ная культура состоит из недифференцированных
единообразно растущих клеток. Стрессовое воз-
действие аналогичной силы и продолжительно-
сти и сравнение полученных данных может стать
весомым аргументом при оценке роли пролина в
жизнедеятельности растений в условиях стресса.
Целью настоящей работы было исследова-
ние роли пролина у молодых растений кукурузы
и клеточных культур, инициированных из них, в
нормальных условиях и при моделированных ос-
мотических стрессах.
Материалы и методы
В качестве объекта исследования были при-
влечены инбредные линии кукурузы Л-250 и
Л-390 селекции Института физиологии растений
и генетики НАН Украины. Исследовали зернов-
ки, молодые проростки, а также каллусные куль-
Прогрессирующее ухудшение состояния окру-
жающей среды, существенное изменение клима-
та, дефицит пресной воды ставят под вопрос воз-
можность выращивания традиционных хозяй-
ственных культур, а также существенно снижают
природное биоразнообразие. Возникает необхо-
димость получения форм растений, сочетающих
устойчивость к разнообразным стрессам с удов-
летворительными потребительскими показате-
лями. Это, в первую очередь, касается кукурузы,
которая была и остаётся одной из наиболее важ-
ных сельскохозяйственных культур. Потребно-
сти текущего момента определяют направления
научного поиска и стимулируют развитие новых
методов исследования.
Среди абиотических стрессов наибольший
спектр патологических изменений вызывают ос-
мотические стрессы – засоление и водный дефи-
цит. Нередко они действуют совместно, что толь-
ко снижает возможность выживания организма.
Растения как прикреплённые биообъекты
выработали многочисленные механизмы адап-
тации к стрессовым условиям. Они реализуют-
ся в комплексе на уровне интактного растения,
на клеточном и молекулярном уровнях. Посколь-
ку уровень стрессоустойчивости может в значи-
тельной степени меняться в онтогенезе, то прио-
ритет механизмов также варьирует во времени.
Однако в то же время известны ряд осмотически
активных соединений, которые при любых об-
стоятельствах способствуют поддержанию жиз-
недеятельности растений, действуя на различ-
ных уровнях. К таким соединениям относится
пролин [1, 2].
Пролин – пирролидин-2-карбоновая кисло-
та – обладает рядом особенностей, которые де-
лают его неспецифическим стрессовым протек-
тором [1]. Высокая растворимость пролина спо-
собствует увеличению растворяющего объёма
клетки, за счёт чего поддерживается гидратаци-
онная сфера клеточных полимеров. Гидрофобное
пирролиновое кольцо молекулы взаимодейству-
ет с аналогичными по свойствам частями про-
Сергеева Л.Е., Бронникова Л.И., Дыкун М.О.
Пролин у растений и клеточных культур кукурузы при действии осмотических стрессов in vitro
УДК 581.143.6
СЕРГЕЕВА Л.Е., бРОННИКОВА Л.И., ДыКУН М.О.
Институт физиологии растений и генетики НАН Украины,
Украина, 03022, г. Киев, ул. Васильковская, 31/17, email: Zlenko_lora@ukr.net
Zlenko_lora@ukr.net, (096) 7531632, (095) 6164304
ПРОЛИН У РАСТЕНИй И КЛЕТОЧНыХ КУЛьТУР КУКУРУЗы
ПРИ ДЕйСТВИИ ОСМОТИЧЕСКИХ СТРЕССОВ in viTRo
146 ISSN 2219-3782. Фактори експериментальної еволюції організмів. 2016. Том 18
Сергеева Л.Е., Бронникова Л.И., Дыкун М.О.
надземной и корневой частях растения на приме-
ре генотипа Л-390.
Заметно общее явление: содержание про-
лина в надземной части всех растений невели-
ко и практически одинаково. Низкое количество
аминокислоты может указывать на отсутствие
её синтеза. В то же время в корнях этот пара-
метр существенно различается в зависимости от
типа стресса. У вариантов 1 и 4 содержание про-
лина в исследуемых частях растений аналогич-
но. Наивысший показатель отмечен у варианта 2
(0,8 М/мс-2), уровень пролина в корнях пяти-
кратно превосходил показатель проростков. Уро-
вень пролина в корнях варианта 3 (2,5 мв) боль-
ше в полтора раза. Высокое (вариант 2) и низкое
(вариант 4) содержание пролина наблюдалось в
растениях, потенциально имеющих доступ к тро-
фическим компонентам среды Мурасиге-Скуга.
Этот разброс по вариантам, по нашему мне-
нию, можно объяснить происхождением проли-
на. Во всех случаях данная аминокислота была
следствием деградации пролин-содержащих бел-
ков клеточных мембран. Обогащённые пролином
протеины (proline rich proteins, PRPs) задейство-
ваны в формировании клеточных стенок [10–12].
В их молекулах остатки пролина организованы
в повторяющиеся мотивы, к которым добавляет-
ся гидроксипролин. Два PRP-субсемейства (экс-
тенсины и P/H RGPs) имеют большое значение
в устойчивости к биотическим и абиотическим
стрессам. Это обусловлено стресс-индуцирован-
ным окислением, во время которого формиру-
ются меж- и внутримолекулярные перекрёстные
связи, укрепляющие структуру клеточной стенки
[11]. Разновидность PRPs – 8CM-HyPRP – при-
креплён к мембране тремя трансмембранными
консервативными доменами и отличается нали-
чием восьми типичных цистеиновых остатков
[12].
Кроме пролиновых и цистеиновых остатков,
белки клеточной стенки могут содержать значи-
тельные количества глицина и треонина [13].
В нашем эксперименте на 14-е сутки проис-
ходила деградация всех белков, которая приводи-
ла к гибели растений. Это подтверждается элек-
трофореграммой, приведенной на рис. 2.
Таким образом, можно сделать заключение,
что абсолютные значения содержания проли-
на у растений кукурузы не могут служить адек-
ватным показателем их устойчивости, что ранее
было показано нами на примере других растений
[14].
туры, полученные из незрелых зародышей (14
суток после опыления).
Стандартизированные зерновки кукурузы
проращивали на воде в течение двух недель, по-
сле чего для опыта вторично отбирали растения
одного размера. Каллус индуцировали и наращи-
вали в течение нескольких пассажей на агаризо-
ванной культуральной среде FS1 [6].
Растения на устойчивость тестировали в
водных культурах, добавляя соли морской воды
(25,0 г/л, 2,5 мв) либо маннит (0,8 м) в двух ва-
риантах. В первом случае – это были просто во-
дные растворы. Во втором – стрессоры вносили в
½-разбавленный раствор макроэлементов по Му-
расиге-Скугу [7]. Такие концентрации вносимых
веществ создают жёсткий осмотический стресс,
приводящий к летальному исходу при длитель-
ном воздействии. При испытании каллусных
культур такие же количества моделирующих ве-
ществ прибавляли к среде FS1.
Содержание пролина определяли на 14-е
сутки в сыром веществе по стандартной мето-
дике [8]. Электрофорез проводили по методу
Ф. Поперели с модификациями [9]. Полученные
первичные данные статистически обрабатывали.
Результаты и обсуждение
Растения кукурузы испытывали в условиях
моделированного осмотического стресса in vitro.
В любом случае стрессовому воздействию под-
вергали корневую систему, а далее изменения
охватывали всё растение. Такое развитие собы-
тий отражается и при аккумуляции пролина. На
рис. 1 показано распределение аминокислоты в
Рис. 1. Содержание свободного пролина в растени-
ях кукурузы на 14-е сутки воздействия моделирован-
ных осмотических стрессов
ISSN 2219-3782. Фактори експериментальної еволюції організмів. 2016. Том 18 147
Пролин у растений и клеточных культур кукурузы при действии осмотических стрессов in vitro
устойчивости. При этом следует добавить, что
накопление пролина происходило вследствие ак-
тивизации его синтеза. Это прослеживалось при
продолжении культивирования. Каллус был пе-
ренесен в нормальные условия для проверки его
жизнеспособности. 14-е сутки опыта совпадают с
окончанием стадии логарифмического роста, ко-
торая характеризуется максимумом митозов. Да-
лее следовала бы стадия растяжения. Однако пре-
рывание клеточного цикла на любой стадии воз-
вращает культуру к первичной lag-фазе. Если
культура жизнеспособна, её цикл восстанавли-
вается. В нашем случае клеточные культуры про-
должили развитие без каких-либо визуальных от-
клонений. Вполне возможно, что поддержание
осмотического статуса отдельной клетки требу-
ет меньшего количества пролина. Очевидно, что
недифференцированная культура, довольно иден-
тичная по своим составляющим – клеткам, обла-
дает более высоким потенциалом жизнеспособ-
ности. Это, по нашему мнению, можно объяс-
нить именно отсутствием специализированных
тканей, присущих интактному растению, требую-
щих индивидуальных (кроме пролина) механиз-
мов защиты. В то же время следует заметить, что
уровень стрессоустойчивости клеточных культур
был сравним с уровнем растения: продолжение
культивирования каллуса в заданных стрессовых
условиях приводило к гибели вариантов.
Таким образом, можно сделать заключение,
что 14-е сутки стрессового воздействия были
критическими для растений, но не для клеточ-
ных культур. Однако и при оценке устойчивости
клеточных культур также нельзя опираться на
абсолютные величины, определяющие накопле-
ние пролина. Ранее нами было показано, что бо-
лее весомые аргументы появляются при анализе
колебаний уровня пролина, коррелирующих со
стадиями развития культуры [14]. Необходимо
также учитывать вероятность появления других
протекторных осмотически активных веществ,
особенно у растений [15].
Выводы
1. Пролин является эффективным протек-
тором для клеточных культур кукурузы, поддер-
живая их жизнеспособность в течение 14-ти су-
ток действия летального засоления или водного
стресса.
2. Абсолютные величины, отражающие
содержание пролина, не могут служить адекват-
ным подтверждением устойчивости генотипов
кукурузы.
В этой связи исследовали содержание сво-
бодного пролина в клеточных культурах, полу-
ченных из генотипов кукурузы. На рис. 3 пред-
ставлены данные, отражающие аккумуляцию
аминокислоты в каллусе на 14-е сутки опыта.
Наблюдалась полная тождественность в ре-
акциях обоих генотипов: возрастание уровня
пролина при культивировании в стрессовых ус-
ловиях; у генотипа Л-390 – более подчёркнутое
при действии маннита. Различия по абсолют-
ной величине можно отнести на счёт генотипи-
ческих особенностей, не связанных с уровнем
Рис. 2. Электрофореграмма белков растений кукуру-
зы: нормальные условия (1–4); осмотический стресс
(5–8); 1, 2, 5, 6 – генотип Л-390, 3, 4, 7, 8 – гено-
тип Л-250
Рис. 3. Содержание свободного пролина в каллус-
ных культурах, полученных из инбредных линий ку-
курузы
148 ISSN 2219-3782. Фактори експериментальної еволюції організмів. 2016. Том 18
Сергеева Л.Е., Бронникова Л.И., Дыкун М.О.
ЛИТЕРАТУРА
1. Szabados L., Savoure A. Proline: a multifunctional amino acid // Trends Plant Sci. – 2010. – 15. – P. 89–97.
2. Hasegawa P.M., Bressan R.A., Zhu J.-K., Bohnert H.J. Plant cellular and molecular responses to high salinity // Annu. Rev. Plant
Physiol. Plant Mol. Biol. – 2000. – 51. – P. 463–499.
3. Балнокин Ю.В. Ионный гомеостаз и осморегуляция у галотолерантных микроводорослей // Физиология растений. – 1993.
– 40. – С. 567–576.
4. Kavi Kishor P.B., Sangam S., Amruhta R.N., Sri Laxmi P., Naidu K.R., Rao K.R.S.S. Rao Sreenath, Reddy K.J., Theriappan P.,
Sreenivasulu N. Regulation of proline biosynthesis, degradation, uptake and transport in higher plants: Its implications in plant
growth and abiotic stress tolerance // Current Science. – 2005. – 88, № 3. – P. 424–436.
5. Maggio A., Miyazaki S., Veronese P., Fujita T., Ibeas J., Damsz B., Narasimhan M.L. Does proline accumulation play an active role
in stress-induced growth reduction // Plant J. – 2002. – 31. – P. 699–712.
6. Green C.E., Phillips R.L. Plant regeneration from tissue cultures of maize // Crop Sci. – 1975. – 15. – P. 417–421.
7. Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue culture // Physiol. Plant. – 1962. –
15. – P. 473–497.
8. Андрющенко В.К., Саянова В.В., Жученко А.А., Дьяченко Н.И., Чиликина Л.А., Дроздов В.В., Корочкина С.К., Череп Г.И.,
Медведев В.В., Нютин Ю.И. Модификация метода определения пролина для выявления засухоустойчивых форм рода
Lycopersicon Tourn // Известия Академии наук Молдавской ССР. – 1981. – № 4. – С. 55–60.
9. Попереля Ф.А., Асыка Ю.А. Методические указания по электрофорезу зерна кукурузы для определения процента гибрид-
ности семян F1. – М., 1988. – С. 4–6.
10. Stein H., Honig A., Miller G., Erster O., Eilenberg H., Csonka L.N. Elevation of free proline and proline-rich protein levels by
simultaneous manipulations of proline biosynthesis and degradation in plants // Plant Sci. – 2011. – 181. – P. 140–150.
11. Battaglia M., Solorzano R.M., Hernandez M., Cuellar-Ortiz S., Garcia-Gomez B., Marquez J., Covarrubias A.A. Proline-rich cell
wall proteins accumulate in growing regions and phloem tissue in response to water deficit in common bean seedlings // Planta. –
2007. – 225. – P. 1121–1133.
12. Jose-Estaniol M., Gomis-Ruth F.X., Puigdomenech P. The eight-cysteine motif a versatile structure in plant proteins // Plant
Physiol. Biochem. – 2004. – 42. – P. 355–365.
13. Harrak H., Chamberland H., Plante M. A proline-, threonine-, and glycine-rich protein down-regulated by drought is localized in
the cell wall of xylem elements // Plant Physiol. – 1999. – 121. – P. 557–564.
14. Сергеева Л.Е. Клеточная селекция с ионами тяжёлых металлов для получения генотипов растений с комплексной устой-
чивостью к абиотическим стрессам. – К.: Логос, 2013. – 211 с.
15. Сакало В.Д., Ларченко К.А., Курчій В.М. Синтез і метаболізм сахарози в листках проростків кукурудзи за умов водного
дефіциту // Физиология и биохимия культ. растений. – 2009. – 41, № 4. – С. 305–313.
SERGEEVA L.E., BRONNIKOVA L.I., DYKUN M.O.
Institute of Plant Physiology and Genetics, National Academy of Scienses of Ukraine,
Ukraine, 03022, Kyiv, Vasylkivska str., 31/17, email: Zlenko_lora@ukr.net
PROLIN IN CORN PLANTS AND CELL CULTURES, CULTIVATED UNDER OSMOTIC
STRESS in viTRo
Aim. Young corn inbred line plants and cell cultures, obtained from those lines, were cultivated under salinity (25.0 g/l sea
water salts) or water stress (0.8 M mannitol). The role of proline in those variants was investigated. Methods. We added
stress compounds to water or ½ Murashige-Skoog medium (for plants) to S1 medium (for cell cultures) and tested corn
variants. The free proline levels were estimated on the 14th day of stress pressure. Results. The level of free proline rose
in plants, cultivated on nutrition medium with the addition of mannitol and in calli tissues, cultivated under both types of
osmotic stresses. The plant proline content elevated after the degradation of proline rich proteins, PRPs. But at the same
time cell proline was the product of biosynthesis. Conclusions. The absolute values of proline levels are not indices of
plant stress tolerance.
Keywords: Zea mays, intact plants, cell culture salinity, water stress, proline.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-177628 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2219-3782 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:44:29Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сергеева, Л.Е. Бронникова, Л.И. Дыкун, М.О. 2021-02-16T13:41:34Z 2021-02-16T13:41:34Z 2016 Пролин у растений и клеточных культур кукурузы при действии осмотических стрессов in vitro / Л.Е. Сергеева, Л.И. Бронникова, М.О. Дыкун // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр. — 2016. — Т. 13. — С. 145-148. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 2219-3782 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/177628 581.143.6 Aim. Young corn inbred line plants and cell cultures, obtained from those lines, were cultivated under salinity (25.0 g/l sea water salts) or water stress (0.8 M mannitol). The role of proline in those variants was investigated. Methods. We added stress compounds to water or ½ Murashige-Skoog medium (for plants) to S1 medium (for cell cultures) and tested corn variants. The free proline levels were estimated on the 14th day of stress pressure. Results. The level of free proline rose in plants, cultivated on nutrition medium with the addition of mannitol and in calli tissues, cultivated under both types of osmotic stresses. The plant proline content elevated after the degradation of proline rich proteins, PRPs. But at the same time cell proline was the product of biosynthesis. Conclusions. The absolute values of proline levels are not indices of plant stress tolerance. Keywords: Zea mays, intact plants, cell culture salinity, water stress, proline. ru Інститут молекулярної біології і генетики НАН України Фактори експериментальної еволюції організмів Прикладна генетика і селекція Пролин у растений и клеточных культур кукурузы при действии осмотических стрессов in vitro Prolin in corn plants and cell cultures, cultivated under osmotic stress in vitro Article published earlier |
| spellingShingle | Пролин у растений и клеточных культур кукурузы при действии осмотических стрессов in vitro Сергеева, Л.Е. Бронникова, Л.И. Дыкун, М.О. Прикладна генетика і селекція |
| title | Пролин у растений и клеточных культур кукурузы при действии осмотических стрессов in vitro |
| title_alt | Prolin in corn plants and cell cultures, cultivated under osmotic stress in vitro |
| title_full | Пролин у растений и клеточных культур кукурузы при действии осмотических стрессов in vitro |
| title_fullStr | Пролин у растений и клеточных культур кукурузы при действии осмотических стрессов in vitro |
| title_full_unstemmed | Пролин у растений и клеточных культур кукурузы при действии осмотических стрессов in vitro |
| title_short | Пролин у растений и клеточных культур кукурузы при действии осмотических стрессов in vitro |
| title_sort | пролин у растений и клеточных культур кукурузы при действии осмотических стрессов in vitro |
| topic | Прикладна генетика і селекція |
| topic_facet | Прикладна генетика і селекція |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/177628 |
| work_keys_str_mv | AT sergeevale prolinurasteniiikletočnyhkulʹturkukuruzyprideistviiosmotičeskihstressovinvitro AT bronnikovali prolinurasteniiikletočnyhkulʹturkukuruzyprideistviiosmotičeskihstressovinvitro AT dykunmo prolinurasteniiikletočnyhkulʹturkukuruzyprideistviiosmotičeskihstressovinvitro AT sergeevale prolinincornplantsandcellculturescultivatedunderosmoticstressinvitro AT bronnikovali prolinincornplantsandcellculturescultivatedunderosmoticstressinvitro AT dykunmo prolinincornplantsandcellculturescultivatedunderosmoticstressinvitro |