Тригерний діапазон концентрацій цитозольного кальцію в індукції захисних реакцій у клітинах томатів (Lycopersicon esculentum L.)
Changes in [Ca²⁺]cyt in elicitor-treated cells were determined, and the calcium-dependent increase of chitinase activity and callose accumulation were analyzed. At first, the trigger range of calcium concentration changes was shown. This range limits the callose accumulation, but does not block an i...
Saved in:
| Date: | 2008 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4949 |
| 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: | Тригерний діапазон концентрацій цитозольного кальцію в індукції захисних реакцій у клітинах томатів (Lycopersicon esculentum L.) / В.І. Ємельянов, С.О. Поляковський, О.П. Дмитрієв // Доповіді Національної академії наук України. — 2008. — № 6. — С. 153-157. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859720267694080000 |
|---|---|
| author | Ємельянов, В.І. Поляковський, С.О. Дмитрієв, О.П. |
| author_facet | Ємельянов, В.І. Поляковський, С.О. Дмитрієв, О.П. |
| citation_txt | Тригерний діапазон концентрацій цитозольного кальцію в індукції захисних реакцій у клітинах томатів (Lycopersicon esculentum L.) / В.І. Ємельянов, С.О. Поляковський, О.П. Дмитрієв // Доповіді Національної академії наук України. — 2008. — № 6. — С. 153-157. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | Changes in [Ca²⁺]cyt in elicitor-treated cells were determined, and the calcium-dependent increase of chitinase activity and callose accumulation were analyzed. At first, the trigger range of calcium concentration changes was shown. This range limits the callose accumulation, but does not block an increase of chitinase activity in tomato cells.
|
| first_indexed | 2025-12-01T09:48:15Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 581.1:581.2:581.137.3:576.3
© 2008
В. I. Ємельянов, С. О. Поляковський,
член-кореспондент НАН України О. П. Дмитрiєв
Тригерний дiапазон концентрацiй цитозольного кальцiю
в iндукцiї захисних реакцiй у клiтинах томатiв
(Lycopersicon esculentum L.)
Changes in [Ca2+]cyt in elicitor-treated cells were determined, and the calcium-dependent inc-
rease of chitinase activity and callose accumulation were analyzed. At first, the trigger range
of calcium concentration changes was shown. This range limits the callose accumulation, but
does not block an increase of chitinase activity in tomato cells.
При контактi рослинних клiтин з патогенними мiкроорганiзмами на первинних етапах вза-
ємодiї вiдбувається швидке розпiзнавання один одного, що i зумовлює їх подальшi стосун-
ки [1]. У мiжклiтинному просторi постiйно пiдтримується певний (конститутивний) рiвень
активностi низки гiдролiтичних ферментiв [2], якi здатнi утворювати сигнальнi молекули —
бiотичнi елiситори зi специфiчних мiкроорганiзмiв [1]. Елiситори, у свою чергу, зв’язуються
з певними рецепторними дiлянками плазматичної мембрани рослинних клiтин [3], чим за-
безпечується змiна заряду в областi їх взаємодiї i вiдбувається передача сигналу всередину
клiтини. Сигнальний iмпульс опосередковано передається, як правило, на G-бiлки. Останнi
змiнюють свiй конформацiйний стан, спричиняють фосфорилування та дефосфорилування
бiлкiв, активують стартовi ферменти сигнальних систем [3].
Однiєю з найбiльш раннiх вiдповiдей рослинних клiтин на iнфiкування чи обробку бiо-
тичними елiситорами є зростання концентрацiї iонiв Ca2+ в цитозолi ([Ca2+]цт). Так, через
2 хв пiсля додавання олiгомерiв хiтину до клiтин томатiв [4] вiдбувається потенцiалзалежне
зростання [Ca2+]цт. Через 5 хв пiсля обробки клiтин цибулi бiотичними елiситорами [5] рi-
вень [Ca2+]цт пiдвищується бiльш нiж у 1,5 раза. Таким чином, кальцiєва сигнальна система
працює вже з перших хвилин взаємодiї рослинних клiтин з патогенами чи їх метаболiтами.
Деполяризацiя плазматичної мембрани, iмовiрнiше за все, вiдбувається за рахунок пев-
ного заповнення рецепторних дiлянок елiситорами, що змiнює сумарний заряд плазмалеми
та призводить до накопичення критичного для клiтини спiввiдношення рiзницi потенцiалiв
на її зовнiшнiй та внутрiшнiй поверхнях. Останнє забезпечує адекватну вiдповiдь клiтин на
змiни “оточуючого середовища”. У клiтинах вiдбувається активацiя окремих G-бiлкiв, зрос-
тає активнiсть протеїнкiназ, вмикаються стартовi ферменти окремих сигнальних систем.
У клiтинах опосередковано iнозитолтрифосфатам та цАМФ активуються кальцiєвi кана-
ли плазмалем. Останнє призводить до зростання рiвня [Ca2+]цт, активацiї Ca2+-залежних
та Ca2+-кальмодулiнзалежних протеїнкiназ, якi безпосередньо здатнi iнiцiювати фактори
регуляцiї транскрипцiї вiдповiдних захисних генiв [3]. Таким чином, опосередковане зро-
стання [Ca2+]цт спричиняє швидкi змiни процесiв бiосинтезу у рослинних клiтинах, чим
i досягається адекватний захист системи вiд експансiї паразитарного мiкроорганiзму.
Iнгiбiторний аналiз кальцiєвої сигнальної системи вказує на необхiднiсть участi iонiв
Ca2+ у формуваннi iндукованого вiдкладання калози [6, 7] та зростання хiтиназної актив-
ностi [7] у клiтинах цибулi та томатiв. При обробцi клiтин суспензiї томатiв однаковими
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №6 153
Рис. 1. Iндукованi змiни концентрацiї цитозольного кальцiю в клiтинах томатiв i його тригерний дiапазон
концентрацiями олiгомерiв хiтину в культуральному середовищi поряд зi зростанням хi-
тиназної активностi [8] вiдбувалось поступове зменшення кiлькостi вiдкладеної калози [9].
Отже, механiзм регуляцiї цих захисних реакцiй у клiтинах томатiв залишається незрозумi-
лим та потребує детального вивчення.
Аналiз iснуючих даних дав змогу припустити, що, можливо, певнi змiни [Ca2+]цт мо-
жуть активувати певну кiлькiсть специфiчних Ca2+-залежних та Ca2+-кальмодулiнзалеж-
них протеїнкiназ, якi, у свою чергу, iнiцiюватимуть певнi фактори регуляцiї транскрипцiї.
Останнє може призвести до експресiї генiв адекватних кальцiєвому сплеску захисних ре-
акцiй.
Для перевiрки даного припущення нами було запропоновано методику [4] прямого вимi-
ру змiн [Ca2+]цт, iндукованих активними концентрацiями бiотичних елiситорiв [8, 9], в клi-
тинах Lycopersicon esculentum.
Матерiали та методи. Iндукцiю [Ca2+]цт стимулювали додаванням до клiтин томатiв
наномолярних (10−10–10−6) концентрацiй олiгомерiв хiтину (N-ацетилглюкозамiн) з рiзною
довжиною ланцюга — вiд 2 до 5 ацетилглюкозамiнних залишкiв (Хт2, Хт3, Хт4, Хт5).
Рiвень [Ca2+]цт фiксували за допомогою спектрофлуориметра СДЛ-2 (ЛОМО, Санкт-
Петербург, Росiя), методом флуоресцентних зондiв [4]. Зонд INDO–1 завантажували в про-
топласти томатiв за модифiкованим методом кислих pH [5], попередньо отриманих за ме-
тодикою [4].
Змiни [Ca2+]цт порiвнювали з отриманими нами ранiше результатами вивчення iндуко-
ваних захисних реакцiй [8, 9].
Результати та їх обговорення. Додавання олiгомерiв хiтину до суспензiї протопластiв
томатiв викликало змiни внутрiшньоклiтинної концентрацiї iонiв кальцiю. Усi без винятку
олiгомери в концентрацiях 10−10–10−6 М спричиняли змiни [Ca2+]цт у протопластах томатiв.
Величина [Ca2+]цт залежала вiд концентрацiї та довжини ланцюга елiситора (рис. 1).
Мiнiмальну iндукуючу активнiсть виявив Хт2-елiситор. При обробцi протопластiв цим
елiситором у концентрацiї 10−10 М рiвень [Ca2+]цт майже не вiдрiзнявся вiд рiвня контролю
154 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №6
Рис. 2. Залежнiсть накопичення кiлькостi калози вiд концентрацiї цитозольного кальцiю
(див. рис. 1). При додаваннi Хт2-елiситора в концентрацiях 10−7 та 10−6 М рiвень [Ca2+]цт
становив вiдповiдно 368 та 369 нМ. У свою чергу, елiситори з бiльшою довжиною ланцюга
(Хт3, Хт4, Хт5) iндукували змiни рiвня [Ca2+]цт у бiльш високому дiапазонi концентра-
цiй (див. рис. 1). Найiстотнiшi змiни [Ca2+]цт викликав Хт5-елiситор. При концентрацiї
цього елiситора 10−9 М рiвень [Ca2+]цт становив 391 нМ, а при концентрацiї 10−8 М —
пiдвищувався до 457 нМ. У контролi рiвень [Ca2+]цт становив 306 нМ. Максимальний рi-
вень [Ca2+]цт — 498 нМ, зареєстрований пiсля обробки протопластiв томату Хт5-елiситором
у концентрацiї 10−7 М.
Отриманi результати дозволили проаналiзувати залежнiсть iндукованих захисних ре-
акцiй [8, 9] вiд змiн рiвня [Ca2+]цт. Пiдвищення [Ca2+]цт у цитозолi до певного рiвня су-
проводжувалось поступовим зростанням хiтиназної активностi та збiльшенням кiлькостi
вiдкладеної в клiтинах калози. При досягненнi певного рiвня [Ca2+]цт синтез калози у то-
матiв припинявся. Так, у зразках, оброблених Хт3-, Хт4- та Хт5-елiситорами, зростання
[Ca2+]цт вище рiвня 366–411 нМ супроводжувалось зменшенням накопичення калози клiти-
нами (рис. 2). Подальша стимуляцiя пiдвищення рiвня [Ca2+]цт елiситорами призводила до
поступового зменшення кiлькостi її накопичення, проте хiтиназна активнiсть клiтин про-
довжувала зростати (рис. 3).
Отриманi данi свiдчать про наявнiсть у клiтинах томатiв дiапазону [Ca2+]цт, що лiмiтує
реакцiю вiдкладання калози.
Обробка томатiв хiтозаном [4] та Хт2-елiситором стимулювала дещо нижчi за рiвнем змi-
ни [Ca2+]цт — вiд 368 до 386 нМ. При подальшому пiдвищеннi концентрацiї цих елiситорiв
у культуральному середовищi зростання [Ca2+]цт та обох захисних реакцiй не вiдбувалось.
Таким чином, додавання максимально активних концентрацiй хiтозану та Хт2-елiситора не
перевищувало порогового — тригерного дiапазону [Ca2+]цт в клiтинах томатiв. При дода-
ваннi Хт4-елiситора в концентрацiї 10−9 М вiдкладання калози в клiтинах припинялось,
а рiвень [Ca2+]цт при цьому становив 366 нМ. Подальше пiдвищення концентрацiї цього
елiситора до 10−8 М сприяло зростанню рiвня [Ca2+]цт до 430 нМ, а кiлькiсть накопиченої
калози при цьому починала зменшуватись. Таким чином, зменшення вiдкладання калози
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №6 155
Рис. 3. Залежнiсть величини iндукованої хiтиназної активностi вiд концентрацiї цитозольного кальцiю
при обробцi клiтин Хт4-елiситором вiдбувається в межах концентрацiй 10−9–10−8 М. Вiд-
повiдно, i тригерний дiапазон [Ca2+]цт знаходиться в межах вiд 366 до 430 нМ. Враховуючи
результати, якi було отримано при обробцi клiтин хiтозаном та Хт2-елiситором, цей кон-
центрацiйний дiапазон повинен бути не меншим за 386 нМ.
Аналiз змiн [Ca2+]цт, таким чином, дозволив визначити його тригерний дiапазон (див.
рис. 1). Вiн знаходиться в межах вiд 386 до 411 нМ. При iндукованому зростаннi [Ca2+]цт
вище 411 нМ кiлькiсть калози, вiдкладеної в клiтинах, поступово зменшується. Результати
дослiдження свiдчать про наявнiсть у клiтинах томатiв механiзму, що вмикає тi чи iншi
захиснi реакцiї за допомогою певних дiапазонiв [Ca2+]цт.
Пiдводячи пiдсумки проведеної роботи, варто пiдкреслити, що в природi iснують елi-
ситори, якi здатнi викликати певнi метаболiчнi змiни в клiтинах, але їх хiмiчна будова
зумовлює iндукування лише деяких захисних реакцiй. Крiм того, вони не здатнi вмикати
iншi, бiльш ефективнi захиснi реакцiї клiтин, наприклад зростання хiтиназної активностi
до максимально можливого рiвня. До них належать хiтозан [4] та Хт2-елiситор. Iндуктори
захисних реакцiй з бiльш високою елiситорною активнiстю, такi як Хт3-, Хт4- та Хт5-олi-
гомери, зумовлюють накопичення в рослинних клiтинах iншого спiввiдношення захисних
речовин [8, 9]. Отриманi результати свiдчать про те, що регуляцiя захисних реакцiй за типом
каскаду [1] в клiтинах томатiв вiдбувається за рахунок певних змiн [Ca2+]цт.
У клiтинах томатiв, а можливо, i в клiтинах iнших видiв рослин, iснують тригернi дiапа-
зони [Ca2+]цт, якi змiнюють баланс захисних речовин та забезпечують найбiльш ефектив-
ний захист рослинної клiтини вiд патогену. Тобто при наявностi певного рiвня зовнiшнiх
сигналiв, “зрозумiлої” для клiтин хiмiчної будови, за рахунок короткочасного пiдвищення
[Ca2+]цт вiдбувається опосередковане вмикання певного механiзму фiтоiмунної вiдповiдi,
яке забезпечує адекватний захист системи клiтин вiд паразитарного мiкроорганiзму.
Таким чином, згiдно з результатами дослiдження, для успiшного захисту клiтин томатiв
вiд патогенiв у першi хвилини пiсля елiситацiї вкрай необхiднi змiни [Ca2+]цт. Наявнiсть
iонiв кальцiю в цитозолi зумовлює подальший каскад реакцiй, якi забезпечують ефектив-
156 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №6
ний захист рослинних клiтини вiд патогенiв. Залежно вiд первинного елiситорного iмпульсу
вiдбуваються певнi змiни [Ca2+]цт, що, у свою чергу, впливає на фосфорилування i дефо-
сфорилування бiлкiв [10], експресiю генiв [11] та на подальшу iмунну вiдповiдь клiтин [12].
Отриманi результати дозволили виявити тригерний дiапазон [Ca2+]цт, який лiмiтує кiль-
кiсть накопичення калози в клiтинах томатiв. При зростаннi [Ca2+]цт вище 386–411 нМ
клiтини перерозподiляють вивiльненi з реакцiї вiдкладання калози енергетичнi ресурси на
iншi бiохiмiчнi реакцiї, якi, таким чином, можуть забезпечити їй бiльш ефективний захист
вiд експансiї патогенного мiкроорганiзму. Клiтини починають пiдвищувати рiвень актив-
ностi гiдролiтичних ферментiв [9], синтезувати та накопичувати фiтоалексини [13], велику
кiлькiсть фенольних сполук [14] тощо. Накопичення критичної маси таких речовин, у свою
чергу, призводить до реакцiї надчутливостi — виникнення некротичних тканин в областi
проникнення патогену, де разом з клiтинами хазяїна вiдбувається загибель мiкроорганiзму.
Але, чи здатнi клiтини томатiв викликати вищезазначенi реакцiї при перевищеннi в них
тригерного дiапазону [Ca2+]цт, невiдомо i є завданням наших подальших наукових пошу-
кiв. Проведене дослiдження дозволило створити пiдгрунтя для подальшого вивчення бiохi-
мiчних захисних реакцiй, iндукованих у рослинних клiтинах, та ролi кальцiєвої сигнальної
системи в їх диференцiацiї.
1. Дмитриев А.П. Фитоалексины и их роль в устойчивости растений. – Киев: Наук. думка, 1999. –
209 с.
2. Ємельянов В. I., Дмитрiєв О.П., Гродзiнський Д.М. Iндукцiя хiтиназної активностi хiтиновими
фрагментами рiзної довжини в суспензiйнiй культурi клiтин томату (Lycopersicon esculentum) //
Доп. НАН України. – 1999. – № 11. – С. 156–158.
3. Тарчевский И.А. Сигнальные системы клеток растений. – Москва: Наука, 2002. – 294 с.
4. Ємельянов В. I., Ноздренко Д.М. Змiни цитоплазматичної концентрацiї Ca
2+ у клiтинах томатiв //
Вiсн. Київ. нац. ун-ту iм. Тараса Шевченка. Пробл. регуляцiї фiзiол. функцiй. – 2006. – 11. – С. 45–47.
5. Дячок Ю.В., Дмитриев А.П., Гродзинский Д.М. Роль Ca
2+ как вторичного мессенджера в индукции
синтеза фитоалексинов и каллозы в культуре клеток Allium cepa L // Физиол. растений. – 1997. –
44. – С. 385–391.
6. Ємельянов В.И., Кравчук Ж.Н. Сравнительная характеристика индукции каллозообразования в
суспензионных культурах клеток лука и томата // Вiсн. Днiпропетр. ун-ту. – 2001. – 2. – С. 235–241.
7. Ємельянов В. I., Ноздренко Д.М., Семенець В.А. Участь кальцiєвої сигнальної системи в iндуко-
ваному накопиченнi калози та зростаннi хiтиназної активностi // Вiсн. Київ. нац. ун-ту iм. Тараса
Шевченка. Пробл. регуляцiї фiзiол. функцiй. – 2006. – 11. – С. 47–49.
8. Емельянов В.И., Дмитриев А.П. Индуцированное увеличение хитиназной активности в клетках
томатов (Lycopersicon esculentum L.) // Цитология и генетика. – 2007. – 5. – С. 27–31.
9. Емельянов В.И., Кравчук Ж. Н, Поляковский С.А., Дмитриев А.П. Отложение каллозы при обра-
ботке клеток томатов (Lycopersicon esculentum L.) биотическими элиситорами // Там же. – 2007. –
6. – С. 39–46.
10. Blume B., Nurnberger T., Nass N., Scheel D. Receptor-mediated increase in cytoplasmic free calcium
required for activation of pathogen defense in parsley // Plant Cell. – 2000. – 12. – P. 1425–1440.
11. Trewavas A. J., Malho R. Ca
2+ signaling in plant cells: the big network! // Curr. Opin. Plant Biol. –
1998. – 1. – P. 428–433.
12. Neuhaus G., Bowler C., Kern R., Chua N.-H. Calcium/calmodulin-dependent and independent phyto-
chrome signal transduction pathways // Cell. – 1993. – 73. – P. 937–952.
13. Mayama S., Tani T., Ueno T. et al. The purification of victorin and its phytoalexin elicitor activity in oat
leaves // Physiol. and Mol. Plant Pathol. – 1986. – 29. – P. 1–18.
14. Дмитриев А.П. Сигнальные системы иммунитета растений // Цитология и генетика. – 2002. – 36. –
С. 58–68.
Надiйшло до редакцiї 27.09.2007Iнститут клiтинної бiологiї та генетичної
iнженерiї НАН України, Київ
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №6 157
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-4949 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-01T09:48:15Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ємельянов, В.І. Поляковський, С.О. Дмитрієв, О.П. 2009-12-29T13:46:49Z 2009-12-29T13:46:49Z 2008 Тригерний діапазон концентрацій цитозольного кальцію в індукції захисних реакцій у клітинах томатів (Lycopersicon esculentum L.) / В.І. Ємельянов, С.О. Поляковський, О.П. Дмитрієв // Доповіді Національної академії наук України. — 2008. — № 6. — С. 153-157. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4949 Changes in [Ca²⁺]cyt in elicitor-treated cells were determined, and the calcium-dependent increase of chitinase activity and callose accumulation were analyzed. At first, the trigger range of calcium concentration changes was shown. This range limits the callose accumulation, but does not block an increase of chitinase activity in tomato cells. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 581.1:581.2:581.137.3:576.3 Біологія Тригерний діапазон концентрацій цитозольного кальцію в індукції захисних реакцій у клітинах томатів (Lycopersicon esculentum L.) Article published earlier |
| spellingShingle | Тригерний діапазон концентрацій цитозольного кальцію в індукції захисних реакцій у клітинах томатів (Lycopersicon esculentum L.) Ємельянов, В.І. Поляковський, С.О. Дмитрієв, О.П. Біологія |
| title | Тригерний діапазон концентрацій цитозольного кальцію в індукції захисних реакцій у клітинах томатів (Lycopersicon esculentum L.) |
| title_full | Тригерний діапазон концентрацій цитозольного кальцію в індукції захисних реакцій у клітинах томатів (Lycopersicon esculentum L.) |
| title_fullStr | Тригерний діапазон концентрацій цитозольного кальцію в індукції захисних реакцій у клітинах томатів (Lycopersicon esculentum L.) |
| title_full_unstemmed | Тригерний діапазон концентрацій цитозольного кальцію в індукції захисних реакцій у клітинах томатів (Lycopersicon esculentum L.) |
| title_short | Тригерний діапазон концентрацій цитозольного кальцію в індукції захисних реакцій у клітинах томатів (Lycopersicon esculentum L.) |
| title_sort | тригерний діапазон концентрацій цитозольного кальцію в індукції захисних реакцій у клітинах томатів (lycopersicon esculentum l.) |
| topic | Біологія |
| topic_facet | Біологія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4949 |
| work_keys_str_mv | AT êmelʹânovví trigerniidíapazonkoncentracíicitozolʹnogokalʹcíûvíndukcíízahisnihreakcíiuklítinahtomatívlycopersiconesculentuml AT polâkovsʹkiiso trigerniidíapazonkoncentracíicitozolʹnogokalʹcíûvíndukcíízahisnihreakcíiuklítinahtomatívlycopersiconesculentuml AT dmitríêvop trigerniidíapazonkoncentracíicitozolʹnogokalʹcíûvíndukcíízahisnihreakcíiuklítinahtomatívlycopersiconesculentuml |