Участие пероксидазы и супероксиддисмутазы в усилении генерации активных форм кислорода колеоптилями пшеницы при действии салициловой кислоты

Изучали влияние экзогенной салициловой кислоты (СК — 10 мкМ) на интенсивность генерации активных форм кислорода отрезками колеоптилей пшеницы и зависимость эффектов СК от функционирования системы биосинтеза белка, состояния кальциевых каналов. Обработка СК вызывала увеличение активности пероксидазы...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2010
Main Authors:	Колупаев, Ю.Е., Карпец, Ю.В., Ястреб, Т.О., Мусатенко, Л.И.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України 2010
Series:	Физиология и биохимия культурных растений
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/66289
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:	Участие пероксидазы и супероксиддисмутазы в усилении генерации активных форм кислорода колеоптилями пшеницы при действии салициловой кислоты / Ю.Е. Колупаев, Ю.В. Карпец, Т.О. Ястреб, Л.И. Мусатенко // Физиология и биохимия культурных растений. — 2010. — Т. 42, № 3. — С. 210-217. — Бібліогр.: 24назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-66289
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-662892025-02-09T15:29:00Z Участие пероксидазы и супероксиддисмутазы в усилении генерации активных форм кислорода колеоптилями пшеницы при действии салициловой кислоты Участь пероксидази i супероксиддисмутази в посиленнi генерування активних форм кисню колеоптилями пшеницi за дiї салiцилової кислоти Participation of peroxidase and superoxide dismutase in the increase of reactive oxygen species production by wheat coleoptiles at the action of salicylic acid Колупаев, Ю.Е. Карпец, Ю.В. Ястреб, Т.О. Мусатенко, Л.И. Изучали влияние экзогенной салициловой кислоты (СК — 10 мкМ) на интенсивность генерации активных форм кислорода отрезками колеоптилей пшеницы и зависимость эффектов СК от функционирования системы биосинтеза белка, состояния кальциевых каналов. Обработка СК вызывала увеличение активности пероксидазы и супероксиддисмутазы, повышение содержания пероксидов, усиление генерации супероксидных радикал-анионов. Изменения активности исследуемых ферментов в значительной степени нивелировались предварительной обработкой колеоптилей ингибитором биосинтеза белка циклогексимидом и блокатором кальциевых каналов верапамилом. Вивчали вплив екзогенної саліцилової кислоти (СК — 10 мкМ) на інтенсивність генерування активних форм кисню відрізками колеоптилів пшениці і залежність ефектів СК від функціонування системи біосинтезу білка, стану кальцієвих каналів. Обробка СК спричинювала збільшення активності пероксидази і супероксиддисмутази (СОД), підвищення вмісту пероксидів, посилення генерування супероксидних радикал-аніонів. Зміни активності досліджуваних ферментів значною мірою нівелювались попередньою обробкою колеоптилів інгібітором біосинтезу білка циклогексимідом і блокатором кальцієвих каналів верапамілом. The influence of exogenous salicylic acid (SA — 10 мM) on intensity of reactive oxygen species generation in segments of wheat coleoptiles and dependence of SA effects on the functioning of protein biosynthesis system and calcium channels status have been studied. The treatment of segments with SA caused the increase of peroxidase and superoxide dismutase (SOD) activity, rise of peroxides level and intensifying of superoxide anion-radical generation in them. Changes in the activity of studied enzymes substantially were decreased by preliminary treatment of coleoptiles with the cycloheximide (inhibitor of protein biosynthesis) and verapamil (calcium channels blocker). 2010 Article Участие пероксидазы и супероксиддисмутазы в усилении генерации активных форм кислорода колеоптилями пшеницы при действии салициловой кислоты / Ю.Е. Колупаев, Ю.В. Карпец, Т.О. Ястреб, Л.И. Мусатенко // Физиология и биохимия культурных растений. — 2010. — Т. 42, № 3. — С. 210-217. — Бібліогр.: 24назв. — рос. 0522-9310 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/66289 581.13:577.15 ru Физиология и биохимия культурных растений application/pdf Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Изучали влияние экзогенной салициловой кислоты (СК — 10 мкМ) на интенсивность генерации активных форм кислорода отрезками колеоптилей пшеницы и зависимость эффектов СК от функционирования системы биосинтеза белка, состояния кальциевых каналов. Обработка СК вызывала увеличение активности пероксидазы и супероксиддисмутазы, повышение содержания пероксидов, усиление генерации супероксидных радикал-анионов. Изменения активности исследуемых ферментов в значительной степени нивелировались предварительной обработкой колеоптилей ингибитором биосинтеза белка циклогексимидом и блокатором кальциевых каналов верапамилом.
format	Article
author	Колупаев, Ю.Е. Карпец, Ю.В. Ястреб, Т.О. Мусатенко, Л.И.
spellingShingle	Колупаев, Ю.Е. Карпец, Ю.В. Ястреб, Т.О. Мусатенко, Л.И. Участие пероксидазы и супероксиддисмутазы в усилении генерации активных форм кислорода колеоптилями пшеницы при действии салициловой кислоты Физиология и биохимия культурных растений
author_facet	Колупаев, Ю.Е. Карпец, Ю.В. Ястреб, Т.О. Мусатенко, Л.И.
author_sort	Колупаев, Ю.Е.
title	Участие пероксидазы и супероксиддисмутазы в усилении генерации активных форм кислорода колеоптилями пшеницы при действии салициловой кислоты
title_short	Участие пероксидазы и супероксиддисмутазы в усилении генерации активных форм кислорода колеоптилями пшеницы при действии салициловой кислоты
title_full	Участие пероксидазы и супероксиддисмутазы в усилении генерации активных форм кислорода колеоптилями пшеницы при действии салициловой кислоты
title_fullStr	Участие пероксидазы и супероксиддисмутазы в усилении генерации активных форм кислорода колеоптилями пшеницы при действии салициловой кислоты
title_full_unstemmed	Участие пероксидазы и супероксиддисмутазы в усилении генерации активных форм кислорода колеоптилями пшеницы при действии салициловой кислоты
title_sort	участие пероксидазы и супероксиддисмутазы в усилении генерации активных форм кислорода колеоптилями пшеницы при действии салициловой кислоты
publisher	Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України
publishDate	2010
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/66289
citation_txt	Участие пероксидазы и супероксиддисмутазы в усилении генерации активных форм кислорода колеоптилями пшеницы при действии салициловой кислоты / Ю.Е. Колупаев, Ю.В. Карпец, Т.О. Ястреб, Л.И. Мусатенко // Физиология и биохимия культурных растений. — 2010. — Т. 42, № 3. — С. 210-217. — Бібліогр.: 24назв. — рос.
series	Физиология и биохимия культурных растений
work_keys_str_mv	AT kolupaevûe učastieperoksidazyisuperoksiddismutazyvusileniigeneraciiaktivnyhformkislorodakoleoptilâmipšenicypridejstviisalicilovojkisloty AT karpecûv učastieperoksidazyisuperoksiddismutazyvusileniigeneraciiaktivnyhformkislorodakoleoptilâmipšenicypridejstviisalicilovojkisloty AT âstrebto učastieperoksidazyisuperoksiddismutazyvusileniigeneraciiaktivnyhformkislorodakoleoptilâmipšenicypridejstviisalicilovojkisloty AT musatenkoli učastieperoksidazyisuperoksiddismutazyvusileniigeneraciiaktivnyhformkislorodakoleoptilâmipšenicypridejstviisalicilovojkisloty AT kolupaevûe učastʹperoksidaziisuperoksiddismutazivposilennigeneruvannâaktivnihformkisnûkoleoptilâmipšenicizadiísalicilovoíkisloti AT karpecûv učastʹperoksidaziisuperoksiddismutazivposilennigeneruvannâaktivnihformkisnûkoleoptilâmipšenicizadiísalicilovoíkisloti AT âstrebto učastʹperoksidaziisuperoksiddismutazivposilennigeneruvannâaktivnihformkisnûkoleoptilâmipšenicizadiísalicilovoíkisloti AT musatenkoli učastʹperoksidaziisuperoksiddismutazivposilennigeneruvannâaktivnihformkisnûkoleoptilâmipšenicizadiísalicilovoíkisloti AT kolupaevûe participationofperoxidaseandsuperoxidedismutaseintheincreaseofreactiveoxygenspeciesproductionbywheatcoleoptilesattheactionofsalicylicacid AT karpecûv participationofperoxidaseandsuperoxidedismutaseintheincreaseofreactiveoxygenspeciesproductionbywheatcoleoptilesattheactionofsalicylicacid AT âstrebto participationofperoxidaseandsuperoxidedismutaseintheincreaseofreactiveoxygenspeciesproductionbywheatcoleoptilesattheactionofsalicylicacid AT musatenkoli participationofperoxidaseandsuperoxidedismutaseintheincreaseofreactiveoxygenspeciesproductionbywheatcoleoptilesattheactionofsalicylicacid
first_indexed	2025-11-27T10:06:02Z
last_indexed	2025-11-27T10:06:02Z
_version_	1849937591817732096
fulltext	ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ КУЛЬТ. РАСТЕНИЙ. 2010. Т. 42. № 3 УДК 581.13:577.15 УЧАСТИЕ ПЕРОКСИДАЗЫ И СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗЫ В УСИЛЕНИИ ГЕНЕРАЦИИ АКТИВНЫХ ФОРМ КИСЛОРОДА КОЛЕОПТИЛЯМИ ПШЕНИЦЫ ПРИ ДЕЙСТВИИ САЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ Ю.Е. КОЛУПАЕВ,1 Ю.В. КАРПЕЦ,1 Т.О. ЯСТРЕБ,1 Л.И. МУСАТЕНКО2 1Харьковский национальный аграрный университет им. В.В. Докучаева 62483 Харьков, п/о «Коммунист-1» 2Институт ботаники им. Н.Г. Холодного Национальной академии наук Украины 01601 Киев, ул. Терещенковская, 2 Изучали влияние экзогенной салициловой кислоты (СК — 10 мкМ) на интен- сивность генерации активных форм кислорода отрезками колеоптилей пшеницы и зависимость эффектов СК от функционирования системы биосинтеза белка, состояния кальциевых каналов. Обработка СК вызывала увеличение активности пероксидазы и супероксиддисмутазы, повышение содержания пероксидов, усиле- ние генерации супероксидных радикал-анионов. Изменения активности иссле- дуемых ферментов в значительной степени нивелировались предварительной об- работкой колеоптилей ингибитором биосинтеза белка циклогексимидом и блокатором кальциевых каналов верапамилом. Ключевые слова: Triticum aestivum L., салициловая кислота, супероксиддисмутаза, пероксидаза, активные формы кислорода, кальций. Салициловую кислоту (СК) ныне рассматривают как один из «стрессо- вых» фитогормонов [22]. Ее эффекты связывают прежде всего со способ- ностью вызывать «окислительный стресс» — увеличение в растительных клетках количества активных форм кислорода (АФК), в частности, супероксидных радикал-анионов [1] и более стабильной АФК — перок- сида водорода [19]. Полагают, что происходящее с участием СК усиле- ние генерации АФК может индуцировать устойчивость растений к био- тическим [24] и абиотическим [1, 12] стрессорам. Как одну из основных причин накопления пероксида водорода в растительных тканях под влиянием СК рассматривают ингибирование каталазы [9]. В то же время для многих видов растений характерно лишь незначительное угнетение этого фермента СК в физиологических кон- центрациях [19]. Снижение активности каталазы — не единственная воз- можная причина повышения содержания пероксида водорода в рас- тительных тканях. Такой эффект, в частности, может быть следствием увеличения активности супероксиддисмутазы (СОД). Данный фермент, катализирующий превращение супероксидного радикала в пероксид во- дорода, может способствовать накоплению последнего, особенно на фо- не ингибирования каталазы. На примере проростков арабидопсиса [19] и пшеницы [3] показана возможность повышения активности СОД под действием миллимолярных концентраций экзогенной СК. Значительное повышение активности СОД и одновременное увеличение содержания © Ю.Е. КОЛУПАЕВ, Ю.В. КАРПЕЦ, Т.О. ЯСТРЕБ, Л.И. МУСАТЕНКО, 2010 210 пероксидов зарегистрировано нами при действии физиологических кон- центраций СК (10 мкМ) на отрезки колеоптилей пшеницы [2]. Влияние СК на генерацию супероксидных радикал-анионов может быть связано с увеличением активности НАДФН-оксидазы [10] и форм пе- роксидазы, причастных к образованию АФК (в частности, внеклеточной пероксидазы) [14]. В то же время на некоторых объектах зарегистрирова- но снижение активности пероксидазы под влиянием экзогенной СК [4]. Несмотря на значительный интерес к СК как к одному из модифи- каторов оксидантно-антиоксидантного равновесия в растительных клет- ках, сведения о влиянии ее на активность пероксидазы и СОД весьма противоречивы [3, 4, 19]. При этом открытым остается вопрос о роли процесса биосинтеза белка и кальция как внутриклеточного посредника в изменении активности упомянутых ферментов под влиянием СК. В связи с изложенным задачей настоящей работы было изучение влияния экзогенной СК на активность пероксидазы и СОД колеоптилей пшеницы и генерацию ими АФК. С использованием ингибиторного ана- лиза оценивали зависимость данных эффектов от биосинтеза белка и со- стояния кальциевых каналов клеток. Методика Эксперименты проводили с отрезками колеоптилей 4-суточных этиолиро- ванных проростков пшеницы (Triticum aestivum L., сорт Донецкая 48), ко- торые являются моделью, чувствительной к действию экзогенной СК [2]. Подготовку растительного материала проводили, как описано ранее [2]. Колеоптили выдерживали 14—18 ч в 2 %-м растворе сахарозы. По- сле этого в течение 2 ч отрезки обрабатывали 10 мкМ СК, добавляя ее в основную среду инкубации колеоптилей. Для изучения влияния ингиби- тора биосинтеза белка циклогексимида (ЦГ — 4 мкМ) на проявление эффектов СК ингибитор вводили в среду инкубации колеоптилей за 4 ч до внесения СК. Блокатор кальциевых каналов верапамил (250 мкМ) в соответствующих сериях опытов добавляли за 2 ч до начала действия СК. В отдельной серии экспериментов для оценки причастности внекле- точной пероксидазы к генерации супероксидного радикала колеоптили за 2 ч до начала действия СК обрабатывали ингибитором пероксидазы — салицилгидроксамовой кислотой (СГК — 1 мМ). Концентрации иссле- дуемых соединений и время обработки ими колеоптилей были выбраны на основании результатов предварительных опытов. ЦГ, верапамил и СГК при используемом способе обработки не вызывали проявления внешних токсических эффектов (не влияли на дальнейшую жизнеспо- собность колеоптилей). После окончания времени обработки отрезков соответствующими соединениями проводили биохимические анализы. Общую активность пероксидазы (КФ 1.11.1.7) определяли по мето- ду Риджа и Осборна [20]. Фермент экстрагировали 0,1 М фосфатным бу- фером (рН 6,2) с добавлением 0,5 М NaCl. В качестве субстрата исполь- зовали пероксид водорода, в качестве донора водорода — гваякол. Активность внеклеточной пероксидазы [6] определяли после встря- хивания в течение 1 ч на шейкере (120 об/мин) 15 отрезков колеоптилей в пробирках с 5 мл фосфатного буфера (рН 6,2) и добавлением 0,1 % тритона Х-100. Общую активность СОД (КФ 1.15.1.1) измеряли, как описано ранее [2], использовав метод, основанный на способности фермента конкури- 211 УЧАСТИЕ ПЕРОКСИДАЗЫ И СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗЫ Физиология и биохимия культ. растений. 2010. Т. 42. № 3 ровать с нитротетразолием синим за супероксидные радикал-анионы, образующиеся вследствие аэробного взаимодействия НАДН и феназин- метасульфата. Генерацию супероксидных радикал-анионов интактными отрезками колеоптилей во внешний раствор оценивали по восстановлению нитро- тетразолия синего [7]. По 15 колеоптилей помещали в пробирки с 5 мл 0,1 М фосфатного буфера (рН 7,6), содержащего 0,05 % нитротетразолия синего, 10 мкМ ЭДТА, 0,1 % тритона Х-100. Пробы инкубировали на шейкере (120 об/мин) в течение 1 ч, после чего определяли оптическую плотность инкубационного раствора при длине волны 530 нм. Для про- верки специфичности генерации О2 — в специальных опытах в пробы добавляли СОД (50 ед./мл). СОД ингибировала генерацию супероксид- ных радикал-анионов не менее чем на 90 %. В связи с этим считали, что количество восстановленного нитротетразолия синего определяется со- держанием О2 — [7]. Содержание пероксидов оценивали ферротиоцианатным методом, экстрагируя их из растертых на холоде колеоптилей 5 %-й трихлоруксус- ной кислотой [21]. При таком способе экстракции из тканей извлекался в основном Н2О2, на который приходится приблизительно 90 % перок- сидов, переходящих в раствор [21]. Повторность экспериментов четырехкратная. На рисунках приведе- ны средние величины и их стандартные отклонения. Результаты и обсуждение Обработка колеоптилей пшеницы СК приводила к достоверному воз- растанию в них общей активности пероксидазы и внеклеточной (апо- пластной) формы этого фермента (рис. 1, а, б). Повышение общей активности пероксидазы, вызываемое экзоген- ной СК, угнеталось как ингибитором биосинтеза белка ЦГ, так и блока- тором потенциалзависимых кальциевых каналов — верапамилом. ЦГ также существенно снижал активность внеклеточной пероксидазы. В ва- рианте с комбинированным действием ЦГ и СК активность внеклеточ- ной пероксидазы была достоверно выше, чем в варианте с одним ЦГ, но существенно ниже по сравнению с контролем и вариантом с СК (см. рис. 1, б). Не исключено, что повышение активности внеклеточной пе- роксидазы в вариантах с СК может быть связано с прямым ее влиянием на фермент либо с активацией выхода фермента в апопласт. Секреция пероксидазы в апопласт зарегистрирована как реакция клеток на пато- генные элиситоры [15] и раневой стресс [6]. Примечательно, что данный эффект, выявленный на примере корней пшеницы, не угнетался ЦГ [6]. Вызываемое СК повышение активности внеклеточной пероксида- зы, как и общей активности этого фермента, по-видимому, зависит от поступления кальция в цитозоль, поскольку блокатор кальциевых кана- лов нивелировал данный эффект (см. рис. 1, б). Одним из вероятных ме- ханизмов повышения активности пероксидазы может быть ее модифи- кация в цитозоле с участием кальция и последующий выход части пула фермента в апопласт [8]. Установлено, что под воздействием экзогенных солей кальция активность внеклеточной пероксидазы корней пшеницы, подвергнутых раневому стрессу, увеличивалась [5]. Под влиянием экзогенной СК также существенно (на 80 %) повы- шалась активность СОД (см. рис. 1, в). Можно полагать, что этот эф- фект реализуется с участием системы биосинтеза белка и не связан с мо- 212 Ю.Е. КОЛУПАЕВ, Ю.В. КАРПЕЦ, Т.О. ЯСТРЕБ, Л.И. МУСАТЕНКО Физиология и биохимия культ. растений. 2010. Т. 42. № 3 дификацией существующих молекул фермента, поскольку полностью ус- транялся ингибитором биосинтеза белка ЦГ. При этом сам по себе ЦГ практически не влиял на активность СОД (см. рис. 1, в). Индуцирование СОД действием на колеоптили СК, по-видимому, было связано с поступлением ионов кальция в цитозоль. Повышение активности фермента нивелировалось блокатором потенциалзависимых кальциевых каналов — верапамилом (см. рис. 1, в). Сам по себе антаго- нист кальция в используемой концентрации не оказывал заметного вли- яния на активность СОД. Обработка колеоптилей СК приводила к усилению генерации ими супероксидных радикал-анионов (см. рис. 1, г). Ингибитор биосинтеза белка ЦГ не снимал эффект повышения их генерации, вызванный СК. Более того, в варианте с сочетанным действием СК и ЦГ генерация О2 — была даже выше, чем в варианте с СК. Возможно, это связано с тем, что ЦГ блокировал вызываемое СК повышение активности СОД (см. рис. 1, в), которая обеспечивала превращение О2 — в Н2О2. В то же время ан- тагонист кальция верапамил, в отличие от ингибитора биосинтеза бел- ка, угнетал усиление генерации супероксидных радикал-анионов, проис- ходящее под влиянием СК. 213 УЧАСТИЕ ПЕРОКСИДАЗЫ И СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗЫ Физиология и биохимия культ. растений. 2010. Т. 42. № 3 Рис. 1. Активность ферментов в колеоптилях пшеницы и генерация ими супероксидных радикал-анионов: а—в — соответственно общая активность пероксидазы, активность внеклеточной пероксидазы и актив- ность СОД (Е, усл. ед./(г сырого вещества·мин)); г — генерация супероксидного радикал-аниона, % контроля. Здесь и на рис. 3: 1 — контроль (2 % сахароза); 2 — 2 % сахароза + 10 мкМ СК; 3 — 2 % са- хароза + 4 мкМ ЦГ; 4 — 2 % сахароза + 10 мкМ СК + 4 мкМ ЦГ; 5 — 2 % сахароза + 250 мкМ вера- памил; 6 — 2 % сахароза + 10 мкМ СК + 250 мкМ верапамил Одним из ферментов, вносящих вклад в генерацию колеоптилями «внешних» супероксидных радикал-анионов, может быть внеклеточная пероксидаза, активность которой, как указывалось выше, возрастает под влиянием СК (см. рис. 1, б). Для оценки возможного участия этого фер- мента в генерации О2 — использовали обработку колеоптилей ингибито- ром пероксидазы СГК [16]. СГК уменьшала активность внеклеточной пероксидазы на 40 % по сравнению с контролем и снимала эффект по- вышения активности фермента, вызываемый действием СК (рис. 2, а). При этом СГК сама по себе не угнетала генерацию колеоптилями супер- оксидных радикал-анионов, но уменьшала вызываемое СК усиление об- разования О2 — (см. рис. 2, б). При интерпретации такого результата сле- дует учитывать, что внеклеточная пероксидаза является лишь одним из нескольких ферментов, которые могут быть причастны к генерации су- пероксидных радикал-анионов поверхностью растительных клеток. На- ряду с пероксидазой в таком процессе участвует НАДФН-оксидаза, вклад которой в генерацию О2 — у многих растений более существен- ный по сравнению с пероксидазой [10]. В то же время снятие СГК эф- фекта усиления генерации супероксидных радикал-анионов, вызывае- мого СК, дает основание полагать, что такое действие салицилата в значительной степени обусловлено повышением активности внекле- точной пероксидазы. Воздействие экзогенной СК вызывало существенное (в 1,6 раза) увеличение содержания пероксидов в колеоптилях (рис. 3). Такой эф- фект СК не полностью нивелировался ингибитором биосинтеза белка ЦГ. При этом сама по себе обработка колеоптилей ЦГ обусловливала тенденцию к увеличению в них содержания пероксидов. Возможно, это связано с тем, что ЦГ оказывает влияние на биосинтез практически всех белков-ферментов. Действие ЦГ на содержание пероксидов во многом зависит от соотношения продолжительности жизни имеющихся в клет- ках молекул ферментов, которые участвуют в генерации и обезврежива- нии АФК. Тем не менее обработка колеоптилей ЦГ в значительной сте- пени уменьшала вызываемый СК эффект накопления пероксидов, что можно рассматривать как свидетельство усиления под влиянием салици- лата синтеза ферментов, причастных к образованию пероксида водорода. 214 Ю.Е. КОЛУПАЕВ, Ю.В. КАРПЕЦ, Т.О. ЯСТРЕБ, Л.И. МУСАТЕНКО Физиология и биохимия культ. растений. 2010. Т. 42. № 3 Рис. 2. Влияние СК и СГК на активность (Е, усл. ед. · 10-3/(г сырого вещества·мин)) вне- клеточной пероксидазы колеоптилей пшеницы (а) и генерацию (% контроля) ими супер- оксидных радикалов (б): 1 — контроль (2 % сахароза); 2 — 2 % сахароза + 10 мкМ СК; 3 — 2 % сахароза + 1 мМ СГК; 4 — 2 % сахароза + 10 мкМ СК + 1 мМ СГК Индуцированное СК накопле- ние пероксидов, как и усиление гене- рации супероксидных радикал-анио- нов, нивелировались антагонистом кальция верапамилом (см. рис. 3). Таким образом, выявлено усиле- ние генерации АФК колеоптилями пшеницы под влиянием СК. Данный эффект, по-видимому, связан с по- вышением активности пероксидазы, принимающей участие в генерации О2 —, и СОД, превращающей супер- оксидные радикал-анионы в более стабильную АФК — пероксид водоро- да. Кроме того, увеличению содержа- ния АФК в колеоптилях пшеницы, обработанных СК, по-видимому, способствует известное ингибирование салицилатом каталазы [2]. Как свидетельствуют полученные нами данные, под действием СК в клетках колеоптилей, вероятно, происходит кальцийзависимое усиле- ние синтеза пероксидазы, поскольку эффект повышения общей актив- ности пероксидазы угнетался как блокатором кальциевых каналов, так и ингибитором биосинтеза белка. В то же время вызываемое СК увеличе- ние активности внеклеточной пероксидазы в колеоптилях, по-видимо- му, может происходить и независимо от белкового синтеза, что под- тверждается повышением под действием СК активности этой формы фермента в колеоптилях, предварительно обработанных ЦГ. Можно предположить, что данный эффект связан с индуцируемым СК выходом пероксидазы в апопласт. Однако такое изменение компартментации фермента, по-видимому, зависит от концентрации кальция в цитозоле, поскольку в наших экспериментах оно нивелировалось блокатором кальциевых каналов (см. рис. 1, б). Вполне вероятно, что выход пероксидазы в апопласт является од- ной из причин зарегистрированного нами усиления генерации суперок- сидных радикал-анионов. Так, оба эффекта, вызываемые обработкой ко- леоптилей СК (повышение активности внеклеточной пероксидазы и усиление генерации О2 —), угнетались ингибитором пероксидазы СГК (см. рис. 2). Причастность внеклеточной пероксидазы к генерации супер- оксидных радикал-анионов показана и на примере клеток корней пше- ницы [5]. Естественно, нельзя исключить также усиления генерации О2 — за счет повышения активности НАДФН-оксидазы, которая, как и перок- сидаза, относится к кальцийзависимым ферментам [18] и может быть ак- тивирована действием на растительные ткани экзогенной СК [10]. Наряду с усилением генерации супероксидных радикал-анионов СК вызывает увеличение содержания пероксидов в тканях. Полученные на- ми результаты дают основание полагать, что данный эффект в значи- тельной степени может быть связан с повышением активности СОД (см. рис. 1, в). Результаты ингибиторного анализа подтвердили, что увеличе- ние активности этого фермента зависит как от биосинтеза белка, так и от поступления кальция в цитозоль. Таким образом, можно считать, что ионы кальция причастны как к реализации сигнала СК, так и к его «умножению» — усилению эффекта 215 УЧАСТИЕ ПЕРОКСИДАЗЫ И СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗЫ Физиология и биохимия культ. растений. 2010. Т. 42. № 3 Рис. 3. Содержание пероксидов (нмоль Н2О2/г сырого вещества) в колеоптилях пшеницы «окислительного стресса», вызываемого салицилатом за счет повышения активности ферментов, генерирующих супероксидные радикал-анионы (в частности, пероксидазы) и СОД, превращающей О2 — в более ста- бильную АФК — пероксид водорода. Подобные явления важны для реакции растений на патогены [11]. В то же время кальцийзависимая генерация АФК, по-видимому, играет роль и в формировании реакций, повышающих устойчивость растений к абиотическим стрессорам. Такой эффект, возможно, связан с индуциро- ванием антиоксидантных ферментов и синтезом низкомолекулярных ан- тиоксидантов. После накопления определенного уровня прооксидантов с их участием может происходить активация генов, контролирующих ан- тиоксидантную систему [17, 23]. 1. Колупаєв Ю.Є., Карпець Ю.В. Активні форми кисню як посередники в індукуванні теп- лостійкості проростків пшениці саліциловою кислотою // Физиология и биохимия культ. растений. — 2007. — 39, № 3. — С. 242—248. 2. Колупаєв Ю.Є. Можлива роль супероксиддисмутази у саліцилатіндукованому нагрома- дженні пероксидів у колеоптилях Triticum aestivum L. // Укр. ботан. журн. — 2007. — 64, № 2. — С. 270—278. 3. Сахабутдинова А.Р., Фатхутдинова Д.Р., Шакирова Ф.М. Влияние салициловой кисло- ты на активность антиоксидантных ферментов у пшеницы в условиях засоления // Прикл. биохимия и микробиология. — 2004. — 40, № 5. — С. 579—583. 4. Трошина Н.Б., Яруллина Л.Г., Валуев А.Ш., Максимов И.В. Индукция салициловой кис- лотой устойчивости пшеницы к Septoria nodorum Berk. // Изв. РАН. Сер. биологичес- кая. — 2007. — № 5. — С. 545—550. 5. Часов А.В., Гордон Л.Х., Колесников О.П., Минибаева Ф.В. Пероксидаза клеточной по- верхности — генератор супероксид-аниона в корневых клетках пшеницы при раневом стрессе // Цитология. — 2002. — 44, № 7. — С. 691—696. 6. Часов А.В., Колесников О.П., Минибаева Ф.В., Гордон Л.Х. Моненсин и циклогексимид не ингибируют высвобождение пероксидазы и продукцию супероксид-иона в корнях пшеницы при раневом стрессе // Вісн. Харків. аграр. ун-ту. Сер. Біологія. — 2005. — Вип. 2(7). — С. 29—34. 7. Шорнинг Б.Ю., Смирнова Е.Г., Ягужинский Л.С., Ванюшин Б.Ф. Необходимость образо- вания супероксида для развития этиолированных проростков пшеницы // Биохимия. — 2000. — 65, № 12. — С. 1612—1618. 8. Bakardjieva N.T., Izvorska N.D., Hristova N. Influence of Ca2+ on the activity and release of peroxidase from tobacco callus tissues // Докл. Бълг. АН. — 1987. — 40, N 8. — P. 84—88. 9. Chen Z., Silva H., Klessing D.F. Active oxygen species in the induction of plant systemic acquired resistance by salicylic acid // Science. — 1993. — 262, N 12. — P. 1883—1886. 10. Geetha H.M., Shetty H.S. Expression of oxidative burst in cultured cells of pearl millet culti- vars against Sclerospora graminicola inoculation and elicitor treatment // Plant Sci. — 2002. — 163. — P. 653—660. 11. Grant M., Brown I., Adams S. et al. The RPM1 plant disease resistance gene facilitates a rapid and sustained increase in cytosolic calcium that is necessary for the oxidative burst and hyper- sensitive cell death // Plant J. — 2000. — 23, N 4. — P. 441—450. 12. Horvath E., Janda T., Szalai G., Paldi E. In vitro salicylic acid inhibition of catalase activity in maize: differences between the isozуmes and a possible role in the induction of chilling tole- rance // Plant Sci. — 2002. — 163. — P. 1129—1135. 13. Kawano T. Roles of the reactive oxygen sрecies-generating peroxidase reaction in plant defense and growth induction // Plant Cell Rep. — 2003. — 21, N 9. — P. 829—837. 14. Kawano T., Muto S. Mechanism of peroxidase actions for salicylic acid induced generation of active oxygen species and an increase in cytosolic calcium in tobacco cell suspension culture // J. Exp. Bot. — 2000. — 51, N 345. — P. 685—693. 15. McLusky S.R., Bennett M.H., Beale M.H. et al. Cell wall alteration and localized accumula- tion of feruloyl-3ђ-methoxytyramine in onion epidermis at sites of attempted penetration by Botrytis are associated with actin polarization, peroxidase activity and suppression of flavonoid biosynthesis // Plant J. — 1999. — 17, N 5. — P. 523—534. 16. Mori I., Pinontoan R., Kawano T., Muto S. Involvement of superoxide generation in salicylic acid- induced stomatal closure in Vicia faba // Plant Cell Physiol. — 2001. — 42. — P. 1383—1388. 17. Neill S.T., Desikan R., Clarke A. et al. Hydrogen peroxide and nitric oxide as signalling mo- lecules in plants // J. Exp. Bot. — 2002. — 53, N 372. — P. 1237—1247. 216 Ю.Е. КОЛУПАЕВ, Ю.В. КАРПЕЦ, Т.О. ЯСТРЕБ, Л.И. МУСАТЕНКО Физиология и биохимия культ. растений. 2010. Т. 42. № 3 18. Ogasawara Y., Hiraoka G., Yamagoe S. Functional characterization of the plant NADPH oxi- dase by heterologous expression // Plant Cell Physiol. — 2005. — 46. — P. 106. 19. Rao M.V., Paliyaht G., Ormrod D.P. et al. Influence of salicylic acid on H2O2 production, oxida- tive stress, and H2O2-metabolizing enzymes // Plant Physiol. — 1997. — 115. — P. 137—149. 20. Ridge I., Osborne D.J. Hydroxyproline and peroxidases in cell wall of Pisum sativum: regula- tion by ethylene // J. Exp. Bot. — 1970. — 45. — P. 843—856. 21. Sagisaka S. The occurrence of peroxide in a perennial plant, Populus gelrica // Plant Physiol. — 1976. — 57. — P. 308—309. 22. Wang L.-J., Li S.-H. Salicylic acid-induced heat or cold tolerance in relation to Ca2+ homeostasis and antioxidant systems in young grape plants // Plant Sci. — 2006. — 170. — P. 685—694. 23. Wang L.-J., Li S.-H. Thermotolerance and related antioxidant enzyme activities induced by heat acclimation and salicylic acid in grape (Vitis vinifera L.) leaves // Plant Grow. Regul. — 2006. — 48. — P. 137—144. 24. Wendehenne D., Durner J., Chen Z., Klessing D.E. Benzothiadiazole, an inducer of plant defenses, inhibits catalase and ascorbate peroxidase // Phytochemistry. — 1998. — 47. — P. 651—657. Получено 20.05.2009 УЧАСТЬ ПЕРОКСИДАЗИ I СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗИ В ПОСИЛЕННI ГЕНЕРУВАННЯ АКТИВНИХ ФОРМ КИСНЮ КОЛЕОПТИЛЯМИ ПШЕНИЦI ЗА ДIЇ САЛIЦИЛОВОЇ КИСЛОТИ Ю.Є. Колупаєв,1 Ю.В. Карпець,1 Т.О. Ястреб,1 Л.I. Мусатенко2 1Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва 2Iнститут ботаніки ім. М.Г. Холодного Національної академії наук України, Київ Вивчали вплив екзогенної саліцилової кислоти (СК — 10 мкМ) на інтенсивність генеруван- ня активних форм кисню відрізками колеоптилів пшениці і залежність ефектів СК від функціонування системи біосинтезу білка, стану кальцієвих каналів. Обробка СК спричиню- вала збільшення активності пероксидази і супероксиддисмутази (СОД), підвищення вмісту пероксидів, посилення генерування супероксидних радикал-аніонів. Зміни активності дос- ліджуваних ферментів значною мірою нівелювались попередньою обробкою колеоптилів інгібітором біосинтезу білка циклогексимідом і блокатором кальцієвих каналів верапамілом. PARTICIPATION OF PEROXIDASE AND SUPEROXIDE DISMUTASE IN THE INCREASE OF REACTIVE OXYGEN SPECIES PRODUCTION BY WHEAT COLEOPTILES AT THE ACTION OF SALICYLIC ACID Yu.Ye. Kolupaev,1 Yu.V. Karpets,1 T.O. Yastreb,1 L.I. Musatenko2 1V.V. Dokuchayev Kharkiv National Agrarian University p/o «Communist-1», Kharkiv, 62483, Ukraine 2M.G. Kholodny Institute of Botany, National Academy of Sciences of Ukraine 2 Tereshchenkivska St., Kyiv, 01601, Ukraine The influence of exogenous salicylic acid (SA — 10 мM) on intensity of reactive oxygen species gen- eration in segments of wheat coleoptiles and dependence of SA effects on the functioning of protein biosynthesis system and calcium channels status have been studied. The treatment of segments with SA caused the increase of peroxidase and superoxide dismutase (SOD) activity, rise of peroxides level and intensifying of superoxide anion-radical generation in them. Changes in the activity of studied enzymes substantially were decreased by preliminary treatment of coleoptiles with the cycloheximide (inhibitor of protein biosynthesis) and verapamil (calcium channels blocker). Key words: Triticum aestivum L., salicylic acid, superoxide dismutase, peroxidase, reactive oxygen species, calcium. 217 УЧАСТИЕ ПЕРОКСИДАЗЫ И СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗЫ Физиология и биохимия культ. растений. 2010. Т. 42. № 3

Участие пероксидазы и супероксиддисмутазы в усилении генерации активных форм кислорода колеоптилями пшеницы при действии салициловой кислоты

Institution

Similar Items