Влияние низких температур на уровень эндогенных брассиностероидов
Досліджено динаміку рівня ендогенних брасиностероїдів (БС) при адаптації рослин до дії низьких температур. Виявлено збільшення рівня типових ендогенних БС — 24-епібрасиноліду, 28-гомобрасиноліду й брасиноліду в проростках кукурудзи (Zea mays L.) за умов дії низьких температур. The present work demon...
Saved in:
| Published in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/38559 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние низких температур на уровень эндогенных брассиностероидов / В.С. Кравец, С.В. Кретинин, М.В. Деревянчук, С.В. Драч, Р.П. Литвиновская, В.А. Хрипач // Доп. НАН України. — 2011. — № 8. — С. 155-159. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859902000303439872 |
|---|---|
| author | Кравец, В.С. Кретинин, С.В. Деревянчук, М.В. Драч, С.В. Литвиновская, Р.П. Хрипач, В.А. |
| author_facet | Кравец, В.С. Кретинин, С.В. Деревянчук, М.В. Драч, С.В. Литвиновская, Р.П. Хрипач, В.А. |
| citation_txt | Влияние низких температур на уровень эндогенных брассиностероидов / В.С. Кравец, С.В. Кретинин, М.В. Деревянчук, С.В. Драч, Р.П. Литвиновская, В.А. Хрипач // Доп. НАН України. — 2011. — № 8. — С. 155-159. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Досліджено динаміку рівня ендогенних брасиностероїдів (БС) при адаптації рослин до дії низьких температур. Виявлено збільшення рівня типових ендогенних БС — 24-епібрасиноліду, 28-гомобрасиноліду й брасиноліду в проростках кукурудзи (Zea mays L.) за умов дії низьких температур.
The present work demonstrates the results of investigation of quantitative changes in the endogenous brassinosteroids content during the plant adaptation to low temperatures. A higher level of typical endogenous brassinosteroids — 24-epibrassinolide, 28-homobrassinolide, and brassinolide — in the shoots of maize in response to the low temperature action is observed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:58:09Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
8 • 2011
БIОХIМIЯ
УДК 577.171.5
© 2011
В.С. Кравец, С.В. Кретинин, М. В. Деревянчук, С. В. Драч,
Р.П. Литвиновская, В. А. Хрипач
Влияние низких температур на уровень эндогенных
брассиностероидов
(Представлено академиком НАН Украины В. П. Кухарем)
Дослiджено динамiку рiвня ендогенних брасиностероїдiв (БС) при адаптацiї рослин до
дiї низьких температур. Виявлено збiльшення рiвня типових ендогенних БС — 24-епi-
брасинолiду, 28-гомобрасинолiду й брасинолiду в проростках кукурудзи (Zea mays L.) за
умов дiї низьких температур.
Одним из интенсивно развивающихся направлений современной биологии является анализ
регуляции живых систем на уровне формирования и взаимодействия сигнальных систем,
среди которых особое место принадлежит исследованиям фитогормональной сигнализации,
направленным на выяснение молекулярной организации рецепторов гормонов и сети сиг-
нальных систем, задействованных в процесс реализации биологического действия приро-
дных и синтетических физиологически активных соединений.
Ключевое место в этих исследованиях принадлежит эндогенным брассиностероидам
(БС). БС участвуют в регуляции процессов развития растений — прорастании семян, росте
тканей, дифференциации клеток [1], — индуцируют адаптацию растений к ряду стрессов:
температурному [2], солевому [3], биотическому [1]. Генетические подходы и конструирова-
ние трансгенных растений с модификациями компонентов сигналинга БС позволяют углу-
бить представление об участии БС в регуляции отдельных веток метаболизма. [4]. Несмотря
на заметные успехи в изучении БС, полной картины об их действиях в условиях стресса
нет. Дальнейшие исследования выявляют новые мишени действия БС, которые влияют на
их реализацию в регуляции метаболизма [5].
Целью наших экспериментальных исследований было определение количественных из-
менений эндогенных БС при действии низких температур на растения.
Экспериментальная часть. Использовались 3-суточные этиолированные проростки
растений кукурузы (Zea mays L.). Для анализа уровня эндогенных БС при оптимальных
и стрессовых условиях проростки переносили в темную климатическую камеру — 8 ◦С
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №8 155
Рис. 1. Содержание брассиностероидов в разных тканях растений кукурузы Zea mays L. ЭБР — 24-эпибрас-
синолид, ГБР — 28-гомобрассинолид
и через различные промежутки времени проводили экстракцию БС из тканей и иммуно-
ферментное определение их уровня. Экстракция осуществлялась в два этапа: первый —
этилацетатом (3 раза по 100 мл) из водной вытяжки тканей растений (180 г ткани+ 900 мл
экстракц. раствора). Фазу с этилацетатом упаривали в вакууме и экстрагировали остаток
циклогексаном (100 мл). Второй этап экстракции — смесью метанол : вода (4 : 1) (3 раза
по 60 мл) из фазы с циклогексаном. Экстракт метанола упаривали в вакууме, остаток рас-
творяли в небольшом количестве этилацетата. Последний упаривали под азотом и пробы
анализировали иммуноферментным методом [6].
Для анализа методом ИФА в лунки планшета с иммобилизированными антителами вно-
сили калибровочные пробы или исследуемые пробы (50 мкл) и рабочий раствор гаптена ме-
ченного пероксидазой хрена. Планшеты инкубировали при 37 ◦С, затем удаляли жидкость
из лунок и промывали. Для проведения цветной реакции использовали раствор тетраме-
тилбензидина в субстратном буфере. Реакцию останавливали при помощи стоп-реагента,
после чего проводили измерение оптического поглощения на ИФА-ридере при длине волны
450 нм. Результаты анализа рассчитывали методом интерполяции по калибровочной кри-
вой. Статистическая обработка указана по средним арифметическим трех повторностей
с доверительными интервалами на уровне значимости 0,05.
Результаты и их обсуждение. Данные анализа свидетельствуют о разном уровне
исследуемых гормонов в различных тканях растений. Самый низкий уровень 24-эпибрас-
синолида (ЭБР) отмечен в этиолированных проростках растений — 0,005 нг/г сухого веса,
а самый высокий — в эндосперме и зародышах семян — 1,03 и 0,9 нг/г соответственно,
что может свидетельствовать о ключевой роли БС в репродуктивной стадии развития рас-
тений (рис. 1). Уровень брассинолида (БР) в проростках также был 0,005 нг/г, тогда как
в эндосперме и зародышах он составлял 2,35 и 1,4 нг/г соответственно. Действие низких
температур (+8
◦С) вызывает повышение уровня эндогенных БС в первые сутки адапта-
ции (рис. 2). В этиолированных проростках кукурузы уровень 24-ЭБР возрастал с 0,005 до
0,082 нг/г сухого веса, 28-ГБР (гомобрассинолида) — с 0,005 до 0,385 нг/г, БР — с 0,005
до 0,0435 нг/г и лактонов — с 0,01 до 0,04 нг/г в первые трое суток адаптации. Высо-
кие уровни БС в тканях оставались на протяжении семи суток эксперимента: 24-ЭБР —
0,143 нг/г, 28-ГБР — 0,53 нг/г, БР — 0,086 нг/г, лактоны — 0,09 нг/г, что свидетельствует
об увеличении уровней БС в 28,6, 106, 17,2 и 9 раз соответственно (см. рис. 2).
Полученные нами результаты об увеличении уровня эндогенных БС свидетельствуют
об их участии в ответе растений к действию низкотемпературного стресса. Определенный
нами методом ИФА уровень БР в зародках и эндосперме кукурузы находится в тех же ин-
156 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №8
Рис. 2. Содержание 24-эпибрассинолида (ЭБР), 28-гомобрассинолида (ГБР), брассинолида (БР) и лактонов
при действии низких температур
тервалах, что и в семенах арабидопсиса, анализированных методом газовой хроматографии
и масс-спектроскопии [7], в то время как уровень 24-ЭБР ниже уровня гормона в растениях
арабидопсиса. Уровень БР в проростках кукурузы (см. рис. 1) при оптимальных условиях
ниже уровня БР в растениях арабидопсиса — 0,005 нг/г сухого веса против 0,04 нг/г сырого
веса [8]. Нами впервые был осуществлен анализ уровня 24-ЭБР в проростках, однако ранее
результатов для таковых тканей растений арабидопсиса не было.
Наши данные об уровнях БС в проростках Zea mays L. соответствуют уровням эндоген-
ных БР и других БС в растениях Camellia sinensis L. [9] и Chlorella vulgaris [10]. В трансген-
ных растениях риса (Oryza sativa) brd2 (локус, кодирующий гомолог DIM/DWF1) со сни-
женным уровнем конвертации 24-метилхолестерола в кампестерол значительно снижены
уровни всех полигидроксильных БС, включая катастерон, кастастерон и брассинолид [11].
Трансгенные растения с мутациями фермента 5-α редуктазы DET-2, катализирующий прев-
ращение прекурсора БС (24R)-24-метил-4-холестан-3-она и обеспечивающий пул субстрата
для дальнейшего процесса 22-гидроксилирования, характеризуются повышенным содержа-
нием (24R)-24-метил-4-холестан-3-она и, как результат, — значительно меньшими уровнями
полигидроксилированных БС [12]. В модельной системе Arabidopsis thaliana ключевые ге-
ны, отвечающие за метаболизм БС, представлены классом ферментов-гидролаз — цитохро-
мов Р450 — BR6ox1, BR6ox2, CPD (23-гидролаза), DWF4 (22-гидролаза), ROT3, CYP90D,
BAS1(инактивирующая 26-гидролаза) [13], которые катализируют окисления карбоновых
остатков предшественников БС с образованием биологически активных полигидроксильных
БС. Уровень эндогенных БС связан с устойчивостью к абиотическим стрессам. Трансген-
ные cpd и det2 растения арабидопсиса со сниженным эндогенным уровнем БС характери-
зуются гиперчувствительностью к действию абиотических стрессовых факторов [14].
Следовательно, наши данные свидетельствуют об участии БС в регуляции метаболиз-
ма клеток, обуславливая повышение холодоустойчивости растений. Вероятно, рост уровня
эндогенных гормонов при действии низких температур связан с процессами регуляции ме-
таболизма в ходе адаптации клеток растений к действию низких температур. Трансгенные
растения cpd арабидопсиса со сниженным уровнем полигидроксильных БС экспрессируют
пониженные уровни мРНК генов защиты к биотическим стрессам: PR1, PR2 и PR5. Ин-
дукция указанных генов возрастала при повышенной экспрессии гена cpd. Мутации в гене
киназы bin2-1, обеспечивающая трансдукцию сигнала БС в ядре, также приводит к по-
вышенной чувствительности к стрессам [14]. Трансгенные растения с мутациями в локусах
det2-1 и bin2-1 более чувствительны к солевому стрессу и экспрессируют меньшие уровни
COR78 и P5CS1 [14].
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №8 157
Важно отметить, что у трансгенных растений по сигналингу БС с “нокаутированным”
геном рецептора bri1 значительно уменьшена экспрессия защитных генов при действии
стрессовых факторов [15]. Таким образом, биосинтез эндогенных брассиностероидов яв-
ляется необходимой частью клеточного ответа к действию низких температур и развития
устойчивости.
Ранее нами было показано влияние низких температур и брассиностероидов на акти-
вацию сигнальной трансдукции полифосфатидилинозитолов, что также может служить
сигналом регуляции адаптационной перестройки метаболизма клетки. Развитие этих иссле-
дований способствует раскрытию ранних эффектов БС в клетке и механизмов стойкости
к стрессам при их участии.
Работа выполнена при поддержке Государственного фонда фундаментальных исследований
Украины № 29.4/020-2009, № 41.4/041-2011 и Белорусского республиканского фонда фундаменталь-
ных исследований № Х07К-045.
1. Nakashita H., Yasuda M., Nitta T. et al. Brassinosteroid functions in a broad range of disease resistance
in tobacco and rice // Plant J. – 2003. – 33, No 5. – P. 887–898.
2. Dhaubhadel S., Browning K. S., Gallie D.R., Krishna P. Brassinosteroid functions to protect the transla-
tional machinery and heat-shock protein synthesis following thermal stress // Ibid. – 2002. – 29, No 6. –
P. 681–691.
3. Kagale S., Divi U.K., Krochko J. E. et al. Brassinosteroid confers tolerance in Arabidopsis thaliana and
Brassica napus to a range of abiotic stresses // Planta. – 2007. – 225, No 2. – P. 353–364.
4. Oki K., Inaba N., Kitano H. et al. Study of novel d1 alleles, defective mutants of the alpha subunit of
heterotrimeric G-protein in rice // Genes and Genet. Syst. – 2009. – 84, No 1. – P. 35–42.
5. Tang W., Deng Z., Wang Z.-Y. Proteomics shed light on the brassinosteroid signaling mechanisms // Curr.
Opin. Plant Biol. – 2010. – 13, No 1. – P. 27–33.
6. Хрипач В.А., Прядко А.Г. и др. Иммуноферментный анализ (24R) – брассиностероидов // Биоорган.
химия. – 2007. – 33, № 3. – P. 371–378.
7. Fujioka S., Noguchi T., Yokota T. et al. Brassinosteroids in Arabidopsis thaliana // Phytochemistry. –
1998. – 48, No 4. – P. 595–599.
8. Bajguz A., Tretyn A. The chemical characteristic and distribution of brassinosteroids in plants // Ibid. –
2003. – 62, No 7. – P. 1027–1046.
9. Gupta D., Bhardwaj R., Nagar P.K., Kaur S. Isolation and Characterization of Brassinosteroids from
Leaves of Camellia sinensis (L.) O. Kuntze // Plant Grow. Regul. – 2004. – 43, No 2. – P. 97–100.
10. Bajguz A. Isolation and characterization of brassinosteroids from algal cultures of Chlorella vulgaris Bei-
jerinck (Trebouxiophyceae) // J. Plant Phys. – 2009. – 166, No 17. – P. 1946. – 1949.
11. Hong Z., Ueguchi-Tanaka M., Fujioka S. et al. The rice brassinosteroid-deficient dwarf2 mutant,
defective in the rice homolog of arabidopsis DIMINUTO/DWARF1, is rescued by the endogenously
accumulated alternative bioactive brassinosteroid, dolichosterone // Plant Cell. – 2005. – 17, No 8. –
P. 2243–2254.
12. Fujioka S., Takatsuto S., Yoshida S. An early C-22 oxidation branch in the brassinosteroid biosynthetic
pathway // Plant Phys. – 2002. – 130, No 2. – P. 930–939.
13. Clouse S. Brassinosteroids // Curr. biol.: CB. – 2001. – 11, No 22. – P. 853–859.
14. Zeng H., Tang Q., Hua X. Arabidopsis Brassinosteroid Mutants det2-1 and bin2-1 Display Altered Salt
Tolerance // J. Plant Grow. Regul. – 2010. – 29, No 1. – P. 44–52.
15. Kim S.Y., Kim B.H., Lim C. J. et al. Constitutive activation of stress-inducible genes in a brassinosteroid-
insensitive 1 (bri1) mutant results in higher tolerance to cold // Physiol. Plant. – 2010. – 138, No 2. –
P. 191–204.
Поступило в редакцию 09.02.2011Институт биоорганической химии
и нефтехимии НАН Украины, Киев
Институт биоорганической химии
НАН Белоруси, Минск
158 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2011, №8
V. S. Kravets, S.V. Kretinin, M. V. Derevyanchuk, S.V. Drach,
R.P. Litvinovska, V. A. Khripach
Effect of low temperatures on the level of endogenous brassinosteroids
The present work demonstrates the results of investigation of quantitative changes in the endogenous
brassinosteroids content during the plant adaptation to low temperatures. A higher level of typical
endogenous brassinosteroids — 24-epibrassinolide, 28-homobrassinolide, and brassinolide — in the
shoots of maize in response to the low temperature action is observed.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2011, №8 159
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-38559 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:58:09Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кравец, В.С. Кретинин, С.В. Деревянчук, М.В. Драч, С.В. Литвиновская, Р.П. Хрипач, В.А. 2012-11-12T18:05:17Z 2012-11-12T18:05:17Z 2011 Влияние низких температур на уровень эндогенных брассиностероидов / В.С. Кравец, С.В. Кретинин, М.В. Деревянчук, С.В. Драч, Р.П. Литвиновская, В.А. Хрипач // Доп. НАН України. — 2011. — № 8. — С. 155-159. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/38559 577.171.5 Досліджено динаміку рівня ендогенних брасиностероїдів (БС) при адаптації рослин до дії низьких температур. Виявлено збільшення рівня типових ендогенних БС — 24-епібрасиноліду, 28-гомобрасиноліду й брасиноліду в проростках кукурудзи (Zea mays L.) за умов дії низьких температур. The present work demonstrates the results of investigation of quantitative changes in the endogenous brassinosteroids content during the plant adaptation to low temperatures. A higher level of typical endogenous brassinosteroids — 24-epibrassinolide, 28-homobrassinolide, and brassinolide — in the shoots of maize in response to the low temperature action is observed. Работа выполнена при поддержке Государственного фонда фундаментальных исследований Украины № 29.4/020-2009, № 41.4/041-2011 и Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований № Х07К-045. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Біохімія Влияние низких температур на уровень эндогенных брассиностероидов Effect of low temperatures on the level of endogenous brassinosteroids Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние низких температур на уровень эндогенных брассиностероидов Кравец, В.С. Кретинин, С.В. Деревянчук, М.В. Драч, С.В. Литвиновская, Р.П. Хрипач, В.А. Біохімія |
| title | Влияние низких температур на уровень эндогенных брассиностероидов |
| title_alt | Effect of low temperatures on the level of endogenous brassinosteroids |
| title_full | Влияние низких температур на уровень эндогенных брассиностероидов |
| title_fullStr | Влияние низких температур на уровень эндогенных брассиностероидов |
| title_full_unstemmed | Влияние низких температур на уровень эндогенных брассиностероидов |
| title_short | Влияние низких температур на уровень эндогенных брассиностероидов |
| title_sort | влияние низких температур на уровень эндогенных брассиностероидов |
| topic | Біохімія |
| topic_facet | Біохімія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/38559 |
| work_keys_str_mv | AT kravecvs vliânienizkihtemperaturnaurovenʹéndogennyhbrassinosteroidov AT kretininsv vliânienizkihtemperaturnaurovenʹéndogennyhbrassinosteroidov AT derevânčukmv vliânienizkihtemperaturnaurovenʹéndogennyhbrassinosteroidov AT dračsv vliânienizkihtemperaturnaurovenʹéndogennyhbrassinosteroidov AT litvinovskaârp vliânienizkihtemperaturnaurovenʹéndogennyhbrassinosteroidov AT hripačva vliânienizkihtemperaturnaurovenʹéndogennyhbrassinosteroidov AT kravecvs effectoflowtemperaturesonthelevelofendogenousbrassinosteroids AT kretininsv effectoflowtemperaturesonthelevelofendogenousbrassinosteroids AT derevânčukmv effectoflowtemperaturesonthelevelofendogenousbrassinosteroids AT dračsv effectoflowtemperaturesonthelevelofendogenousbrassinosteroids AT litvinovskaârp effectoflowtemperaturesonthelevelofendogenousbrassinosteroids AT hripačva effectoflowtemperaturesonthelevelofendogenousbrassinosteroids |