Экспрессия генов аквапоринов у растений кукурузы при осмотическом стрессе
Повышенный уровень экспрессии генов аквапоринов обеспечивал сохранение
 содержания водных каналов в мембранах на уровне, не уступающем контрольному,
 в условиях стресса. Увеличение активности водных каналов способствует поддержанию транспирационного потока у растений. In stress condi...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Фактори експериментальної еволюції організмів |
|---|---|
| Datum: | 2010 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
2010
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/177724 |
| 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: | Экспрессия генов аквапоринов у растений кукурузы при осмотическом стрессе / Д.С. Веселов, Г.Р. Ахиярова // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр. — 2010. — Т. 9. — С. 12-16. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859998371628974080 |
|---|---|
| author | Веселов, Д.С. Ахиярова, Г.Р. |
| author_facet | Веселов, Д.С. Ахиярова, Г.Р. |
| citation_txt | Экспрессия генов аквапоринов у растений кукурузы при осмотическом стрессе / Д.С. Веселов, Г.Р. Ахиярова // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр. — 2010. — Т. 9. — С. 12-16. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Фактори експериментальної еволюції організмів |
| description | Повышенный уровень экспрессии генов аквапоринов обеспечивал сохранение
содержания водных каналов в мембранах на уровне, не уступающем контрольному,
в условиях стресса. Увеличение активности водных каналов способствует поддержанию транспирационного потока у растений.
In stress conditions high level of aquaporin gene expression contributed the level
of water channel in membranes not low that in control plants. Increasing of water channel
activity promote the maintenance of plant transpiration.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:34:47Z |
| format | Article |
| fulltext |
12
7.Кунах В.А. Біотехнологія лікарських рослин. Генетичні та фізіолого-біохі-
мічні основи.— К.: Логос, 2005.— 724 с.
8.Спиридонова Е.В., Адноф Д.М., Андреев И.О., Кунах В.А. Динамика измене-
ний генома каллусных тканей раувольфии змеиной при переводе в условия глубин-
ного выращивания // Цитология и генетика.— 2008.— Т.42, №2.— С. 35–41.
Резюме
ISSR-аналіз 9 клітинних ліній U. victoris, отриманих від однієї рослини, показав,
що тривале культивування in vitro супроводжується перебудовами міжмікросателітних
ділянок геному, які призводять до дивергенції ліній. Генетичні відстані Жакарда між
лініями склали від 0 до 3,73%. Не виявлено залежності рівня мінливості від складу
живильного середовища та способу вирощування.
ISSR-анализ 9 клеточных линий U. victoris, полученных от одного растения,
показал, что длительное культивирование in vitro сопровождается перестройками
межмикросателлитных участков генома, и приводит к дивергенции клеточных
линий. Генетические расстояния Жакарда между линиями составили от 0 до 3,73%.
Не выявлено зависимости уровня изменчивости от состава питательной среды и
способа выращивания.
ISSR-analysis of nine U. victoris cell lines generated from the same plant revealed
the variability of inter simple sequence repeat markers to be induced by long term culture
in vitro, which resulted in divergence of the lines. Jackuard’s genetic distances between
cell lines varied from 0 to 3.73%. No relationship was found between variability level
and of nutrient medium content as well as mode of maintenance.
ВЕСЕЛОВ Д.С., АХИЯРОВА Г.Р.
Институт биологии УНЦ РАН, Россия, 450054, Уфа, пр. Октября, 69
ЭКСПРЕССИЯ ГЕНОВ АКВАПОРИНОВ У РАСТЕНИЙ КУКУРУЗЫ
ПРИ ОСМОТИЧЕСКОМ СТРЕССЕ
Способность сохранять баланс между поглощением и потерей воды
очень важно для растений, поскольку водоснабжение и транспирация могут
изменяться очень быстро в естественных условиях. В течение долгого времени
внимание исследователей было сосредоточено на механизмах, позволяющих
контролировать потерю воды с помощью изменения устьичной проводи-
мости [1]. Открытие водных каналов аквапоринов и раскрытие механизмов,
контролирующих их число и активность, сместило акценты в сторону изу-
чения регуляции поглощения воды с помощью изменения гидравлической
проводимости тканей. Аквапорины могут увеличивать транспорт воды через
мембраны, уменьшая их гидравлическое сопротивление [2]. Роль аквапори-
нов в регуляции водных отношений при водном дефиците хорошо изучена,
однако их экспрессия в этих условиях может увеличиваться, уменьшаться
или совсем не изменяться [3]. Считается, что увеличение и снижение экс-
прессии аквапоринов и соответствующие изменение проницаемости мем-
13
бран для воды имеет важное значение для сохранения водного статуса рас-
тений. В первом случае уменьшение водной проницаемости мембран клеток
корня предотвращает выход воды из корня в почву [4]. Во втором случае
высокий уровень аквапоринов может увеличивать поглощение воды при
водном дефиците [5]. Считается, что вклад обоих типов ответов может
изменяться в зависимости от интенсивности и продолжительности стресса
[3]. Таким образом, цель работы состояла в изучении влияния дефицита
воды, создаваемого путем добавления полиэтиленгликоля в питательную
среду на экспрессию генов у растений кукурузы.
Материалы и методы
Эксперименты проводили на 7-суточных растениях кукурузы (Zea
Mays L., линия B73). Дефицит воды создавали с помощью 12% раствора
нейтрального осмотика ПЭГ 6000. Влияние водного дефицита изучали при
двух температурных режимах — 23 и 28 °С. Транспирацию определяли
весовым методом. Тотальную РНК экстрагировали из свежих листьев и кор-
ней, используя мининабор RNeasy для растений (Qiagen, Maryland, USA).
Образцы листьев делили на экспонированную часть (листовая пластина) и
часть в основании листа внутри пазухи длинной 3–4 см. Первая является
зрелой частью листа, вторая — его зоной роста. Во время экстракции РНК
проводили ферментативное разрушение ДНК с помощью ДНКазы в соот-
ветствии с рекомендациями производителя. Для ПЦР реакции использовали
реакционную смесь QuantiTect SYBR Green PCR Master Mix (Qiagen).
РТ-ПЦР в реальном времени проводили с помощью ABI PRISM7700 (Applied
Biosystems), сначала при 95 °C в течение 15 мин, за которым следовало
40 циклов (95 °C, 15 сек; 58 °C, 30 сек; 72 °C, 30 сек). Относительную коли-
чественную оценку проводили с использованием 26S rRNA для нормализа-
ции выхода РНК как описано (PE Applied Biosystems (2001) User Bulletin#2).
Определение транскрипционной активности генов ZmPIP проводили как
описано [6].
Результаты и обсуждение
Было изучено влияние на растения добавления ПЭГ в питательный
раствор. Выбор кукурузы был обусловлен тем, что аквапорины наиболее
хорошо изучены у растений этого вида.
При добавлении ПЭГ в питательный раствор транспирация растений
кукурузы снижалась. Степень ингибирования была значительно больше в
случае высокой температуры (примерно 50% и 40% от уровня контроля при
23 и 28 °С соответственно). Уменьшение уровня транспирации неизбежно
приводило к снижению гидравлической проводимости вследствие того, что
снижение транспирации уменьшало долю апопластного пути, т.е. пути с
меньшим гидравлическим сопротивлением, в общем транспорте воды [7].
При этом значение мембранного транспорта должно было возрасти, и важно
было попытаться выявить возможную роль аквапоринов в регуляции транс-
пирационного потока воды по растению. Мы попытались выяснить, не
связаны ли различия в реакции на ПЭГ при двух температурных режимах с
14
уровнем экспрессии и содержанием аквапоринов плазматической мембраны
(PIP).
Анализ данных о влиянии осмотического стресса на растения кукурузы
показывает следующее. Экспрессия генов аквапоринов в корнях и дифферен-
цированной зоне листьев в большинстве случаев резко возрастала при дейст-
вии ПЭГ при обеих температурах, в то время как содержание соответст-
вующих белков увеличивалось в меньшей степени, а в некоторых случаях
не отличалось от контроля или даже снижалось ниже его уровня. В некоторых
других экспериментах уровень мРНК аквапоринов не отражал количества
транслированного продукта [8]. В нашем случае мы смогли найти всего
несколько примеров пропорциональности изменений уровня транскрипта
и продукта его трансляции. Так, в случае PIP2;6 снижение содержания белка
в корнях ниже уровня контроля на фоне высокой температуры можно было
связать со снижением уровня транскрипта. Еще один пример пропорцио-
нальности изменений уровня экспрессии и содержания продукта — повы-
шение уровня экспрессии PIP 2;5 гена и количества его продукта в корнях
через 8 часов действия ПЭГ при нормальной температуре и пропорцио-
нальное снижение экспрессии гена PIP и его продукта в зоне роста листа
при повышенной температуре через 8 часов действия ПЭГ. Но в большинстве
других случаях такого соотношения выявить не удавалось. Уровень экспрес-
сии генов во многих случаев возрастал гораздо сильнее, чем содержание
кодируемых ими белков, а в некоторых случаях на фоне возрастания коли-
чества транскрипта содержание соответствующего белка не менялось или
даже снижалось ниже уровня контроля. Различия в изменении уровня транс-
крипта и продукта его трансляции можно объяснить тем, что концентрация
белка зависит от многих факторов, кроме уровня экспрессии гена (скорости
трансляции, стабильности белка и т.д.) [8]. Высказывалось предположение
о том, что активные формы кислорода (ROS), которые образуются при мно-
гих стрессах [9] инициируют цепь реакций с удалением электронов, которые
могут привести к деструкции биоактивных молекул, таких как аквапорины
[10]. Деструкцией аквапоринов при стрессе можно объяснить то, что их
количество только слегка увеличивалось (или не увеличивалось совсем, а
даже снижалось) под воздействием ПЭГ, несмотря на огромное увеличение
уровня мРНК аквапоринов. Таким образом, повышение уровня транскрип-
ции аквапоринов могло способствовать поддержанию количества водных
каналов у растений при действии оксидативного стресса и других деструк-
тивных процессах, вызванных обработкой ПЭГ.
В наших экспериментах можно проследить обратную зависимость между
степенью снижения транспирации под влиянием ПЭГ и уровнем накопления
аквапоринов в корнях растений, которые росли при разных температурных
режимах: транспирация снижалась в меньшей степени у растений, которые
росли на фоне более низкой температуры, и именно у этих растений наиболее
явно и стабильно повышалось содержание аквапоринов в корнях при дейст-
вии ПЭГ. Таким образом, увеличение уровня аквапоринов в корнях способ-
15
ствует поддержанию транспирации у растений на фоне осмотического стресса
благодаря снижению сопротивления потоку воды через корни. В наших
экспериментах вклад аквапоринов в поддержание потока воды в стрессиро-
ванных растениях проявлялся в изменении уровня PIP2 в корнях. Изменения
в уровне PIP1;2 носили нерегулярный характер. Это соответствует данным
литературы о том, что хотя изоформы PIP1 могут функционировать как вод-
ные каналы во взаимодействии с PIP2 аквапоринами [11], PIP2 аквапорины
непосредственно участвуют в транспорте воды через мембраны [6]. Cрав-
нение скорости транспирации и содержания аквпоринов в корнях при разных
температурных режимах позволило нам выявить роль корневых аквпоринов
из класса PIP2 в поддержании транспирационного потока. Значение изме-
нений уровня аквапоринов в листьях не так очевидно, как в корнях.
Выводы
Таким образом, уровень содержания аквапоринов и экспрессии их генов
в корнях, по все видимости, является важным фактором, способствующим
поддерживанию транспирационного потока в растениях кукурузы при осмо-
тическом стрессе. На первый взгляд это утверждение плохо согласуется с
нашими данными о том, что транспирация снижалась при действии ПЭГ, в
то время как экспрессия генов аквапоринов и содержание некоторых из
кодируемых ими белков увеличивалась (по крайней мере, при более низкой
температуре). Однако сравнение ответа растений на воздействие ПЭГ при
различных температурных режимах показало, что на фоне накопления аква-
поринов транспирация снижалась в меньшей степени при более низкой тем-
пературе. Результаты, которые мы получили при более низкой температуре,
соответствуют данным Lian et al. [5], показавшим, что высокий уровень аква-
поринов играет положительную роль в избегании засухи у риса благодаря
повышению поглощения воды и поддержанию водного баланса. Однако,
снижение уровня транскрипции аквапоринов было очевидным только на
фоне сильного стресса [12], когда устьица почти полностью закрывались, а
количество доступной воды в почве резко снижалось [3]. Это соответствует
нашим данным, которые мы получили при действии высокой температуры,
когда стресс был более сильным, поскольку к осмотическому стрессу прибав-
лялась воздушная засуха. По данным литературы дефицит воды неоднозначно
влияет на уровень аквапоринов в растениях. Наши результаты свидетель-
ствуют в пользу того, что уровень аквапоринов может увеличиваться, оста-
ваться неизменным или даже снижаться у растений под влиянием дефицита
воды в зависимости от интенсивности стресса.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 09-04-00942.
Литература
1. Webb A.A.R., Baker A.J. Stomatal biology: new techniques, new challenges.—
New Phytol.— 2002.— V.153.— P. 365–370.
2. Morillon R., Chrispeels M.J. The role of ABA and the transpiration stream in the
regulation of the osmotic water permeability of leaf cell.— PNAS USA.— 2001.—
P. 14138–14143.
16
3. Galmes J., Pou A., Alsina M.M., Tomas M., Medrano H., Flexas J. Aquaporin
expression in response to different water stress intensities and recovery in Richter-110 (Vitis sp.):
relationship with ecophysiological status.— Planta.— 2007.— V.226.— P. 671–681.
4. Aroca R., Ferrante A., Vernieri P., Chispeels M.J. Drought, abscisic acid and
transpiration rate effects on the regulation of PIP aquaporin gene expression and abundance
in Phaseolus vulgaris plants.— Ann. Bot.— 2006.— V.98.— P. 1301–1310.
5. Lian H.-L., Yu X., Ye Q., Ding X.-S., Kitagawa Y., Kwak S-S., Su W.-A,Tang Z.-C.
The role of aquaporin RWC3 in drought avoidance in rice.— Plant Cell Physiol.— 2004.—
V.45.— P. 481–489.
6. Chaumont F., Barrieu F., Wojcik E., Chrispeels M.J., Jung R. Aquaporins constitute
a large and highly divergent protein family in maize.— Plant Physiol.— 2001.— V.125.—
P. 1206–1215.
7. Steudle E, Peterson C.A How Does Water Get Through Roos? — J Exp Bot.—
1998.— V.49.— P. 775–788.
8. Suga S., Komatsu S., Maeshima M. Aquaporin isoforms responsive to salt and
water stresses and phytohormones in radish seedlings.— Plant Cell Physiol.— 2002.—
V.43.— P. 1229–1237.
9.Шакирова Ф.М. Неспецифическая устойчивость растений к стрессовым
факторам и ее регуляция. Уфа: Гилем, 2001.— 160 с.
10. Henzler T., Ye Q., Steudle E. Oxidative gating of water channels (aquaporins)
in Chara by hydroxyl radicals.— Plant Cell Environ.— 2004.— V.27.— P. 1184–1195.
11. Fetter K., Van Wilder V., Moshelion M., Chaumont F. Interactions between plasma
membrane aquaporins modulate their water channel activity.— Plant Cell.— 2004.— V.16.—
P. 215–228.
12. Bogeat-Triboulot M.-B et al. Gradual soil water depletion results in reversible
changes of gene expression, protein profiles, ecophysiology, and growth performance in
Populus euphratica, a Poplar growing in arid regions.— Plant Physiology.— 2007.—
V.143.— P. 876–892.
Резюме
Повышенный уровень экспрессии генов аквапоринов обеспечивал сохранение
содержания водных каналов в мембранах на уровне, не уступающем контрольному,
в условиях стресса. Увеличение активности водных каналов способствует поддержа-
нию транспирационного потока у растений.
In stress conditions high level of aquaporin gene expression contributed the level
of water channel in membranes not low that in control plants. Increasing of water channel
activity promote the maintenance of plant transpiration.
ВИНИЧЕНКО Н.А., КИРИКОВИЧ С.С., ЛЕВИТЕС Е.В.
Институт цитологии и генетики СО РАН,
Россия, 630090, Новосибирск, пр-т Лаврентьева, 10, e-mail: levites@bionet.nsc.ru
ВЛИЯНИЕ ТРИТОНА X-100 НА БЕЛКОВЫЕ ПРОФИЛИ
И ДИНАМИКУ ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯН САХАРНОЙ СВЕКЛЫ
Известно, что обработка растений детергентом “Тритон Х-100” вызы-
вает появление наследуемых морфо-физиологических изменений в ряду
клеточных и половых поколений у растений пшеницы и сахарной свеклы
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-177724 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2219-3782 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:34:47Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Веселов, Д.С. Ахиярова, Г.Р. 2021-02-16T15:33:37Z 2021-02-16T15:33:37Z 2010 Экспрессия генов аквапоринов у растений кукурузы при осмотическом стрессе / Д.С. Веселов, Г.Р. Ахиярова // Фактори експериментальної еволюції організмів: Зб. наук. пр. — 2010. — Т. 9. — С. 12-16. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 2219-3782 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/177724 Повышенный уровень экспрессии генов аквапоринов обеспечивал сохранение
 содержания водных каналов в мембранах на уровне, не уступающем контрольному,
 в условиях стресса. Увеличение активности водных каналов способствует поддержанию транспирационного потока у растений. In stress conditions high level of aquaporin gene expression contributed the level
 of water channel in membranes not low that in control plants. Increasing of water channel
 activity promote the maintenance of plant transpiration. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 09-04-00942. ru Інститут молекулярної біології і генетики НАН України Фактори експериментальної еволюції організмів Молекулярна структура та організація геномів Экспрессия генов аквапоринов у растений кукурузы при осмотическом стрессе Article published earlier |
| spellingShingle | Экспрессия генов аквапоринов у растений кукурузы при осмотическом стрессе Веселов, Д.С. Ахиярова, Г.Р. Молекулярна структура та організація геномів |
| title | Экспрессия генов аквапоринов у растений кукурузы при осмотическом стрессе |
| title_full | Экспрессия генов аквапоринов у растений кукурузы при осмотическом стрессе |
| title_fullStr | Экспрессия генов аквапоринов у растений кукурузы при осмотическом стрессе |
| title_full_unstemmed | Экспрессия генов аквапоринов у растений кукурузы при осмотическом стрессе |
| title_short | Экспрессия генов аквапоринов у растений кукурузы при осмотическом стрессе |
| title_sort | экспрессия генов аквапоринов у растений кукурузы при осмотическом стрессе |
| topic | Молекулярна структура та організація геномів |
| topic_facet | Молекулярна структура та організація геномів |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/177724 |
| work_keys_str_mv | AT veselovds ékspressiâgenovakvaporinovurasteniikukuruzypriosmotičeskomstresse AT ahiârovagr ékspressiâgenovakvaporinovurasteniikukuruzypriosmotičeskomstresse |