Влияние никеля на организацию актиновых филаментов в клетках корня Arabidopsis thaliana
Изучено влияние одного из наиболее токсичных тяжелых металлов — никеля (Ni²⁺) —
 на прижизненную организацию актиновых филаментов (микрофиламентов) различных
 типов клеток корня Arabidоpsis thaliana (L.) c помощью лазерной сканирующей микроскопии. Для визуализации микрофиламентов исп...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Datum: | 2016 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2016
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99013 |
| 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: | Влияние никеля на организацию актиновых филаментов в клетках корня Arabidopsis thaliana / И.И. Горюнова, Ю.А. Красиленко, А.И. Емец, Я.Б. Блюм // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2016. — № 2. — С. 108-115. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860012733217374208 |
|---|---|
| author | Горюнова, И.И. Красиленко, Ю.А. Емец, А.И. Блюм, Я.Б. |
| author_facet | Горюнова, И.И. Красиленко, Ю.А. Емец, А.И. Блюм, Я.Б. |
| citation_txt | Влияние никеля на организацию актиновых филаментов в клетках корня Arabidopsis thaliana / И.И. Горюнова, Ю.А. Красиленко, А.И. Емец, Я.Б. Блюм // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2016. — № 2. — С. 108-115. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Изучено влияние одного из наиболее токсичных тяжелых металлов — никеля (Ni²⁺) —
на прижизненную организацию актиновых филаментов (микрофиламентов) различных
типов клеток корня Arabidоpsis thaliana (L.) c помощью лазерной сканирующей микроскопии. Для визуализации микрофиламентов использована линия арабидопсиса, экспрессирующая химерный ген gfp-fabd2. Установлено, что Ni²⁺ приводит к существенному ингибированию роста главного корня, а также нарушает его морфологию, вызывая
свеллинг эпидермальных клеток и индуцируя появление большого количества аномально
длинных корневых волосков. Впервые показано, что под действием Ni²⁺ нарушается организация и ориентация актиновых филаментов в клетках, что сопровождается морфологическими изменениями корня, как основного органа растений, первым подвергающегося интоксикации почвенными полютантами. Обнаружено, что наиболее чувствительными к его действию являются актиновые филаменты эпидермальных клеток всех
ростовых зон корня A. thaliana.
Вивчено вплив одного з найбiльш токсичних важких металiв — нiкелю (Ni²⁺) — на прижиттєву органiзацiю актинових фiламентiв (мiкрофiламентiв) рiзних типiв клiтин кореня Arabidоpsis thaliana (L.) за допомогою лазерної сканувальної мiкроскопiї. Для вiзуалiзацiї мiкрофiламентiв використана лiнiя арабiдопсису, яка експресує химерний ген gfpfabd2.
Встановлено, що Ni²⁺ призводить до сильного iнгiбування росту головного кореня,
а також порушує його морфологiю, викликаючи свелiнг епiдермальних клiтин i iндукуючи появу великої кiлькостi аномально довгих кореневих волоскiв. Вперше показано, що пiд
дiєю Ni²⁺ порушується органiзацiя i орiєнтацiя актинових фiламентiв у клiтинах, що супроводжується морфологiчними змiнами кореня, як основного органу рослин, який першим
пiддається iнтоксикацiї грунтовими полютантами. Виявлено, що найбiльш чутливими до
його дiї є актиновi фiламенти епiдермальних клiтин усiх ростових зон кореня A. thaliana.
The influence of one of the most toxic heavy metals — nickel (Ni²⁺) — on the organization of
actin filaments (microfilaments) of different types of Arabidopsis thaliana (L.) root cells is studied
in living cells by the laser scanning microscopy. To visualize microfilaments, the A. thaliana line
expressing chimeric gene gfp-fabd2 was used. Ni²⁺ leads to a significant inhibition of the growth of
the main root and disturbs its morphology, causing the swelling of epidermal cells and inducing a
large number of abnormally long root hairs. For the first time, it has been shown that Ni²⁺ disturbs
the organization of actin filaments in cells, leading to morphological changes of a root as the main
organ, being the first exposed to the intoxication by soil pollutants. It is found that the most sensitive
to its action are actin filaments of epidermal cells of all growth zones of A. thaliana root.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:42:40Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
2 • 2016
БIОХIМIЯ
УДК 581.17+576.311.348.7+546.95+632.95.02
http://dx.doi.org/10.15407/dopovidi2016.02.108
И.И. Горюнова, Ю. А. Красиленко,
член-корреспондент НАН Украины А.И. Емец,
академик НАН Украины Я.Б. Блюм
ГУ “Институт пищевой биотехнологии и геномики НАН Украины”, Киев
E-mail: yemets.alla@gmail.com
Влияние никеля на организацию актиновых
филаментов в клетках корня Arabidopsis thaliana
Изучено влияние одного из наиболее токсичных тяжелых металлов — никеля (Ni2+) —
на прижизненную организацию актиновых филаментов (микрофиламентов) различных
типов клеток корня Arabidоpsis thaliana (L.) c помощью лазерной сканирующей микро-
скопии. Для визуализации микрофиламентов использована линия арабидопсиса, экспрес-
сирующая химерный ген gfp-fabd2. Установлено, что Ni2+ приводит к существенно-
му ингибированию роста главного корня, а также нарушает его морфологию, вызывая
свеллинг эпидермальных клеток и индуцируя появление большого количества аномально
длинных корневых волосков. Впервые показано, что под действием Ni2+ нарушается ор-
ганизация и ориентация актиновых филаментов в клетках, что сопровождается мор-
фологическими изменениями корня, как основного органа растений, первым подвергаю-
щегося интоксикации почвенными полютантами. Обнаружено, что наиболее чувстви-
тельными к его действию являются актиновые филаменты эпидермальных клеток всех
ростовых зон корня A. thaliana.
Ключевые слова: клетки корня, цитоскелет, микрофиламенты, актин, тяжелые метал-
лы, никель, цитотоксичность.
Являясь ультрамикроэлементом, никель (Ni2+) выполняет ряд регуляторных функций в
клетках эукариот [1, 2]. Установлено, что в клетках животных этот металл является кофа-
ктором ферментов, участвующих в метаболизме азота, входит в состав уреазы, стабилизи-
рует структуру ДНК и РНК [1], а у растений — обеспечивает биологическую активность
глиоксалазы, редуктазы и уреазы, супероксиддисмутазы и гидрогеназы, принимая участие
в метаболизме водорода, метана и ряде других метаболических процессов [2].
© И.И. Горюнова, Ю. А. Красиленко, А. И. Емец, Я. Б. Блюм, 2016
108 ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2016, №2
Как и другие тяжелые металлы, Ni2+ при превышении его гранично допустимых вну-
триклеточных концентраций оказывает цитотоксическое воздействие. К примеру, показано,
что при избыточном поступлении Ni2+ в растительные клетки происходит изменение кле-
точной стенки, деградация плазмалеммы, мембран хлоропластов и митохондрий. Одновре-
менно происходит нарушение биосинтеза хлорофилла, сдвиг фитогормонального баланса,
усиленный синтез активных форм кислорода, полиаминов, фитохелатинов, металлотионеи-
нов и других стрессовых соединений белковой природы с последующей компартментализа-
цией Ni2+ в вакуолях [2].
Ni2+, как и многие фитотоксичные металлы, влияет на рост, дифференциацию и морфо-
генез растений [2], поэтому представляется актуальным изучение особенностей его влияния
на компоненты цитоскелета, а именно микротрубочки и актиновые филаменты (микрофи-
ламенты), ответственные за данные процессы [3]. На сегодня эффекты Ni2+ на цитоске-
лет растительной клетки изучены недостаточно. Показано, что Ni2+ в высоких концентра-
циях приводит к утолщению интерфазных микротрубочек в клетках растений [4], а также
вызывает нарушение нативной организации актиновых филаментов с последующей их ча-
стичной деполимеризацией в клетках зеленой водоросли Spirogyra decimina [5]. При этом
данные о влиянии Ni2+ на актиновые филаменты клеток высших растений отсутствуют.
Известно, что из-за загрязнения тяжелыми металлами почв, а также в силу физиологи-
ческих особенностей корней растений, в этих органах формируется наибольший градиент
концентрации тяжелых металлов, что влечет за собой стресс-индуцированный клеточный
ответ на интоксикацию. К тому же корни являются универсальной моделью для клето-
чно-биологических исследований, поскольку содержат как недифференцированные (мери-
стематические), так и дифференцированные клетки. Поэтому наша цель состояла в изу-
чении влияния Ni2+ на прижизненную организацию микрофиламентов, а также на рост
и дифференциацию клеток главных корней проростков Arabidopsis thaliana.
Для исследований были использованы корни четырехдневных проростков линии Arabi-
dopsis thaliana (L.) Heynh. (экотип Landsberg erecta (Ler.)), экспрессирующей химерный ген
gfp-fabd2, что позволяет прижизненно изучать динамику и организацию актиновых фила-
ментов посредством визуализации сигнала зеленого флуоресцентного белка (GFP), слитого
с FABD2 (С-концевая часть фимбрина, ответственного за связывание с актином) [6].
Приготовление питательных сред, проращивание семян, обработку 4-суточных пророс-
тков NiSO4 (“Sigma-Aldrich”, США) в концентрациях 5–20 мкМ в течение 6–72 ч и изу-
чение влияния Ni2+ на рост главного корня A. thaliana проводили как описано нами ра-
нее [7]. Окрашивание клеток корней пропидиум йодидом (1 мкг/мл) осуществляли в тече-
ние 10–20 мин с последующей трехкратной промывкой в фосфатном буфере (137 мкМ NaCl,
2,7 мкМ KCl, 10 мкМ Na2HPO4, 1,76 мкМ KH2PO4, pH 6,9). Морфологию главного корня
A. thaliana изучали при помощи микроскопа Axioskop 40 (“Carl Zeiss”, Германия) с исполь-
зованием объективов Plan-Neofluar 10× /0.30, 20× /0.5 и 40× /1.30 Oil DIC. Организацию
микрофиламентов клеток зоны деления, переходной зоны, зон элонгации и дифференциа-
ции после обработки Ni2+ в течение 1 ч изучали in vivo с помощью лазерного сканирующего
конфокального микроскопа LSM 5 PASCAL (“Carl Zeiss”, Германия), используя объективы
Plan Apochromat 40x/1.4 DIC и 60x/1.4 Oil DIC, аргоновый лазер с длиной волны 488 нм,
разделительный фильтр HFT 405/488, эмиссионный фильтр ВР 510–530. Индивидуальную
конфигурацию для каждого объекта определяли путем изменения параметров скорости ска-
нирования, точечной диафрагмы и детектора луча. С помощью программного обеспечения
версии 4SP2 LSM 510 METА получали трехмерные изображения организации актиновых
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2016, №2 109
Рис. 1. Влияние Ni2+ на рост главного корня A. thaliana (GFP-FABD2): 1 — контроль; 2 — 5 мкМ; 3 —
10 мкМ; 4 — 20 мкМ
филаментов на основе серии оптических срезов (Z-стеков) с интервалом 0,2–0,7 мкм. Ис-
следования повторяли 3–5 раз, изучая не менее 10 проростков для каждой из указанных
концентраций.
В результате проведенных исследований было установлено ингибирующее влияние Ni2+
на рост главного корня A. thaliana. В частности, 6-часовая обработка не оказывала суще-
ственного влияния на прирост корня, однако через 24 ч прирост корня уменьшался при-
мерно в 1,5 раза при обработке 5 мкМ NiS04, в 2,2 раза при использовании концентрации
10 мкМ и в 2,7 раза при использовании концентрации 20 мкМ (рис. 1). В свою очередь,
обработка Ni2+ в течение 48 и 72 ч приводила к ингибированию роста корня в 1,75 и 1,8 ра-
за (5 мкМ), в 2,25 и 2,7 раза (10 мкМ) и в 3,04 и 3,6 (20 мкМ) соответственно. Полученные
данные свидетельствуют о возможном влиянии Ni2+ на актиновые филаменты, которые
наряду с микротрубочками участвуют в митотическом делении меристематических кле-
ток, а также в росте корней путем растяжения [8]. Ранее уже было показано, что в ре-
зультате обработки NiSO4 (100 мкM) происходит замедление роста корней Allium cepa L.,
сопровождаемое ингибированием пролиферации клеток меристемы вследствие утолщения
кортикальных микротрубочек и фрагментации веретена деления [9]. Также показано, что
изменение роста длины корней связано в первую очередь с существенным ингибированием
митотического индекса (до 80% у чувствительного к никелю сорта кукурузы) и метаболи-
ческой активностью клеток меристемы, что является главным проявлением токсического
действия ионов данного металла на растения [10].
После 6 ч обработки морфология корней сохранялась практически нормальной, толь-
ко в единичных случаях наблюдали увеличение длины и количества корневых волосков,
а также свеллинг (разбухание) трихобластов и атрихобластов зоны дифференциации. Более
сильные морфологические нарушения фиксировали после 24-, 48- и 72-часовой обработки
никелем. В частности, в результате воздействия NiSO4 в концентрациях 5, 10 и 20 мкМ на-
блюдали потемнение клеток зоны деления, переходной зоны и зоны элонгации (рис. 2, б, в).
Окрашивание образцов с помощью пропидиум йодида, позволяющего детектировать преи-
мущественно мертвые клетки, подтвердило отмирание клеток в данных зонах исследуемых
корней. Одновременно обработка Ni2+ приводила к свеллингу эпидермальных клеток зоны
деления и переходной зоны (см. рис. 2, б ), трихобластов и атрихобластов зоны дифферен-
циации (см. рис. 2, г, д). Свеллинг эпидермальных клеток, а также загибание корневого
110 ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2016, №2
Рис. 2. Морфология главного корня проростков A. thaliana (GFP-FABD2), обработанных Ni2+ в течение
48 ч: а — контроль; б, г — 10 мкМ; в, д — 20 мкМ. Масштаб : а. . . в — 50 мкм; г, д — 20 мкм
Рис. 3. Организация микрофиламентов в меристематических клетках главного корня A. thaliana
(GFP-FABD2) после обработки проростков Ni2+ в течение 1 ч: а — контроль; б — 5 мкМ; в — 10 мкМ;
г — 20 мкМ. Масштаб : 20 мкм
апекса под действием NiSO4 в концентрациях 1–10 мкМ также были обнаружены нами ра-
нее на проростках Allium cepa [4]. Помимо этого, в результате действия Ni2+ наблюдали
интенсивное увеличение количества и длины корневых волосков (см. рис. 2, б ).
Поскольку описанные изменения роста и морфологии корней могут происходить вслед-
ствие нарушения организации цитоскелета, следующим этапом нашего исследования было
изучение влияния Ni2+ на пространственную организацию и ориентацию актиновых фи-
ламентов в разных типах живых клеток корней A. thaliana. Актиновые филаменты в ин-
терфазных меристематических клетках необработанных корней A. thaliana (GFP-FABD2)
представляют собой тонкую и высокодинамическую сетчатую структуру (рис. 3, а), в эпи-
дермальных клетках переходной зоны (рис. 4, а), эпидермальных клетках и клетках кор-
текса зон растяжения и дифференциации — удлиненные закрученные толстые тяжи, тогда
как в корневых волосках они характеризуются продольной ориентацией [6].
При обработке Ni2+ с использованием всех вышеуказанных концентраций наблюдали
повышенную неупорядоченность микрофиламентов, а также их разрушение в эпидермаль-
ных клетках зоны деления. Существенных изменений в организации актиновых филамен-
тов в клетках меристемы при обработке проростков 5 мкМ Ni2+ обнаружено не было (см.
рис. 3, б ), в то время как воздействие Ni2+ в концентрациях 10 и 20 мкМ вызывало фор-
мирование более утолщенных пучков микрофиламентов, расположенных вокруг ядра в ви-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2016, №2 111
Рис. 4. Организация актиновых филаментов в эпидермальных клетках переходной зоны главного корня
A. thaliana (GFP-FABD2) после обработки проростков Ni2+ в течение 1 ч: а — контроль; б — 5 мкМ; в —
10 мкМ; г — 20 мкМ. Масштаб : 20 мкм
де сетчатой структуры, в отдельных клетках наблюдали их частичную деполимеризацию
(см. рис. 3, в, г), что было одной из причин ингибирования роста корней.
В эпидермальных клетках зоны деления и переходной зоны (см. рис. 4, б ) в результате
действия 5 мкМ Ni2+ формировалась сеть менее упорядоченных тяжей микрофиламентов,
в то время как при обработке 10–20 мкМ наблюдали помимо нарушения нативной орга-
низации актиновых филаментов их частичную деполимеризацию (см. рис. 4, в, г). В эпи-
дермальных клетках зоны элонгации уже при обработке 5 мкМ наблюдали реориентацию
микрофиламентов, а при бо́льших концентрациях (10–20 мкМ) — их частичное разруше-
ние. В клетках кортекса Ni2+ в концентрации 5 мкМ не вызывал видимых изменений, тогда
как после обработки в концентрации 10–20 мкМ формировались более утолщенные пучки
микрофиламентов. В трихобластах и атрихобластах, а также в корневых волосках под дей-
ствием Ni2+ во всех указанных концентрациях также отмечались нарушения организации
актиновых филаментов.
Неоднородность влияния Ni2+ на разные типы клеток корней можно объяснить различи-
ями градиентов концентраций, возникающих в клетках после обработки корней. Наиболее
подверженными влиянию Ni2+ оказались эпидермальные клетки зоны деления, переходной
зоны, зон элонгации и дифференциации, а также меристематические клетки, в меньшей
мере — клетки кортекса, что проявлялось в изменении морфологии главного корня, а так-
же ингибировании его ростовых процессов. В целом результаты морфологического анализа
корня свидетельствуют о том, что никель проявляет ризотоксичность уже в концентрации
5 мкМ. При этом гранично допустимая концентрация никеля в почве определяется как
4 мг/кг (68,1 мкМ) [11], что выше зафиксированной нами фитотоксической концентрации
в 13,6 раза.
Обнаруженные ростовые и морфологические нарушения, вызванные Ni2+, могут быть
непосредственно связаны с изменениями или разрушениями ориентации и организации
актиновых филаментов в клетках корней A. thaliana. В частности, нарушение исходной
организации микрофиламентов было зафиксировано уже через 1 ч после обработки NiS04
в концентрации 5 мкМ в эпидермальных клетках зоны деления, в переходной зоне, зон
элонгации и дифференциации. При этом актиновые филаменты оставались интактными
в клетках меристемы и кортекса, изменения в их организации происходили только после
обработки Ni2+ в концентрации 10 мкМ. Наличие быстрого ответа микрофиламентов на
Ni-индуцированный стресс позволило нам предположить, что ионы никеля начинают дей-
ствовать на сетку F-актина еще до попадания их в цитоплазму. Существует гипотеза о на-
112 ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2016, №2
личии взаимосвязи “клеточная стенка–плазмалемма–микротрубочки”, которая показывает,
что микротрубочки способны реагировать на внешние сигналы с помощью белков-рецепто-
ров, размещенных в плазмалемме и связанных с плюс-концами микротрубочек [12]. Поэто-
му, возможно, попадание никеля в клеточную стенку, а потом в плазмалемму сопровождае-
тся изменением организации микротрубочек, что инициирует изменения микрофиламентов
посредством передачи сигналов от микротрубочек к актиновым филаментам.
С другой стороны, известно о непосредственной ассоцииации с плазмалеммой актиновых
филаментов через актинсвязывающие белки, что свидетельствует о роли микрофиламен-
тов в формировании многочисленных клеточных контактов, функционировании каналов,
а также стабилизации структуры плазмалеммы [12]. В пользу этого свидетельствуют полу-
ченные нами данные о наличии свеллинга эпидермальных клеток зоны деления, переходной
зоны и зоны дифференциации (трихобластов, атрихобластов) и предшествующее ему нару-
шение организиции микрофиламентов. После попадания Ni2+ в цитоплазму повреждения
актиновых филаментов могут происходить посредством:
присоединения Ni2+ непосредственно к G-актину, что вызывает формирование более ко-
ротких микрофиламентов с большим количеством свободных концов, а также более высо-
кой скоростью деполимеризации [13];
нарушения внутриклеточного кальциевого градиента и замещения Ca2+ в клетках акти-
вации деполимеризации актина, подобно другим тяжелым металлам, путем замещения
Ca2+ в гельзолине и активации одного или нескольких актиндеполимеризирующих бел-
ков [13, 14];
присоединения, подобно другим тяжелым металлам, к свободным SH-группам [15].
Таким образом, нами впервые установлена корреляционная взаимосвязь между ингиби-
рованием роста главного корня, изменениями морфологии проростков A. thaliana и реор-
ганизацией микрофиламентов в их клетках. Наиболее чувствительными к действию Ni2+
оказались актиновые филаменты в эпидермальных клетках зоны деления, переходной зо-
ны и зоны элонгации, а также в трихобластах и атрихобластах зоны дифференциации и
в меньшей мере — в клетках меристемы и кортекса зоны растяжения. Дальнейшие иссле-
дования более тонких механизмов фитотоксического воздействия Ni2+ на цитоскелет ра-
стительных клеток и, в частности, актиновые филаменты позволят разрабатывать новые
эффективные стратегии защиты растений от повреждающего влияния металлов-поллю-
тантов почв.
Исследования выполнены в рамках тематики ГУ “Институт пищевой биотехнологии и гено-
мики НАН Украины” “Изучение молекулярно-генетических и клеточных механизмов устойчиво-
сти растений к абиотическим и биотическим факторам для улучшения их адаптивных свойств
к неблагоприятным условиям окружающей среды”(2012–2016 гг.)
Цитированная литература
1. Anke M., Groppel B., Kronemann H., Grün M. Nickel – an essential element // IARC Sci. Publ. – 1984. –
53. – P. 339–365.
2. Chen C., Huang D., Liu J. Functions and toxicity of nickel in plants: Recent advances and future pros-
pects // Clean. – 2009. – 37, Iss. 4–5. – P. 304–313.
3. Volkmann D., Baluska F. Actin cytoskeleton in plants: from transport networks to signaling networks //
Microsc. Res. Tech. – 1999. – 47, No 2. – P. 135–154.
4. Довгалюк А.И., Калиняк Т.Б., Блюм Я.Б. Специфические эффекты ионов токсических металлов
на микротрубочки меристематических клеток корней лука (Allium cepa L.) // Доп. НАН України. –
2002. – № 1. – С. 162–168.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2016, №2 113
5. Přibyl P., Cepák V., Zachleder V. Cytoskeletal alterations in interphase cells of the green alga Spirogyra
decimina in response to heavy metals exposure: II. The effect of aluminium, nickel and copper // Toxicol.
in Vitro. – 2008. – 22. – P. 1160–1168.
6. Voigt B., Timmers A.C. J., Samaj J., Muller J., Baluska F., Menzel D. GFP-FABD2 fusion construct
allows in vivo visualization of the dynamic actin cytoskeleton in all cells of Arabidopsis seedlings // Eur.
J. Cell Biol. – 2005. – 84 – P. 595–608.
7. Горюнова И.И., Красиленко Ю.А., Заславский В.А., Емец А.И. Влияние кадмия на организацию
актиновых филаментов в клетках корней Arabidopsis thalianа // Доп. НАН України. – 2014. – № 9. –
С. 127–134.
8. Rahman A., Bannigan A., Sulaman W., Pechter P., Blancaflor E.B., Baskin T. I. Auxin, actin and growth
of the Arabidopsis thaliana primary root // Plant J. – 2007. – 50. – P. 514–528.
9. Dovgalyuk A., Kalynyak T., Blume Ya.B. Heavy metals have a different action from aluminium in disrup-
ting microtubules in Allium cepa L. meristematic cells // Cell Biol. Int. – 2003. – 27. – P. 193–195.
10. L’Huillier L., d’Auzac J., Durand M., Michaud-Ferrière N. Nickel effects on two maize (Zea mays) cultivars:
growth, structure, Ni concentration, and localization // Can. J. Bot. – 1996. – 74. – P. 1547–1554.
11. Ильин В.Б. О нормировании тяжелых металлов в почве // Почвоведение. – 1986. – № 9. – С. 90–98.
12. Miller D., Harble W., Gottwald J., Ellard-Ivey M., Demura T., Lomax T., Carpita N. Connections: the hard
wiring of the plant cells for perception, signaling, and response // Plant Cell. – 1997. – 9. – P. 2105–2117.
13. DalleDonne I., Milzani A., Ciapparelli C., Comazzi C., Gioria M.R., Colombo R. The assembly of Ni2+
actin: some peculiarities // Biochim. Biophys. Acta. – 1999. – 1426. – P. 32–42.
14. Apostolova M.D., Christova T., Templeton D.M. Involvement of gelsolin in cadmium-induced disruption
of the mesangial cell cytoskeleton // Toxicol. Sci. – 2006. – 89, No 2. – P. 465–474.
15. Li W., Zhao Y. Z., Chou I. N. Alteration in protein sulfhydryls and cellular glutation in culturied cells
exposed to cadmium and nickel ions // Toxicology. – 1993. – 77. – P. 65–79.
References
1. Anke M., Groppel B., Kronemann H., Grün M. IARC Sci. Publ, 1984, 53: 339–365.
2. Chen C., Huang D., Liu J. Clean, 2009, 37, Iss. 4–5: 304–313.
3. Volkmann D., Baluska F. Microsc. Res. Tech., 1999, 47, No 2: 135–154.
4. Dovgaluk A. I., Kalinyak T.B., Blume Ya.B. Dop. NAN Ukraine, 2002, No 1: 162–168 (in Russian).
5. Přibyl P., Cepák V., Zachleder V. Toxicol. in Vitro, 2008, 22: 1160–1168.
6. Voigt B., Timmers A.C. J., Samaj J., Muller J., Baluska F., Menzel D. Eur. J. Cell Biol., 2005, 84:
595–608.
7. Horiunova I. I., Krasylenko Yu.A., Zaslavsky V.A., Yemets A. I Dop. NAN Ukraine, 2014, No 9: 127–134
(in Russian).
8. Rahman A., Bannigan A., Sulaman W., Pechter P., Blancaflor E.B., Baskin T. I. Plant J., 2007, 50:
514–528.
9. Dovgalyuk A., Kalynyak T., Blume Ya.B. Cell Biol. Int., 2003, 27: 193–195.
10. L’Huillier L., d’Auzac J., Durand M., Michaud-Ferrière N. Can. J. Bot., 1996, 74: 1547–1554.
11. Ilyin V.B. Pochvovedenie, 1986, No 9: 90–98 (in Russian).
12. Miller D., Harble W., Gottwald J., Ellard-Ivey M., Demura T., Lomax T., Carpita N. Plant Cell, 1997, 9:
2105–2117.
13. DalleDonne I., Milzani A., Ciapparelli C., Comazzi C., Gioria M.R., Colombo R. Biochim. Biophys. Acta,
1999, 1426: 32-42.
14. Apostolova M.D., Christova T., Templeton D.M. J. Toxicol. Sci., 2006, 89, No 2: 465–474.
15. Li W., Zhao Y. Z., Chou I. N. Toxicology, 1993, 77: 65–79.
Поступило в редакцию 04.07.2015
114 ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2016, №2
I. I. Горюнова, Ю.А. Красиленко,
член-кореспондент НАН України А. I. Ємець,
академiк НАН України Я.Б. Блюм
ДУ “Iнститут харчової бiотехнологiї та геномiки НАН України”, Київ
E-mail: yemets.alla@gmail.com
Вплив нiкелю на органiзацiю актинових фiламентiв у клiтинах
коренiв Arabidopsis thaliana
Вивчено вплив одного з найбiльш токсичних важких металiв — нiкелю (Ni2+) — на при-
життєву органiзацiю актинових фiламентiв (мiкрофiламентiв) рiзних типiв клiтин ко-
реня Arabidоpsis thaliana (L.) за допомогою лазерної сканувальної мiкроскопiї. Для вiзуа-
лiзацiї мiкрофiламентiв використана лiнiя арабiдопсису, яка експресує химерний ген gfp-
fabd2. Встановлено, що Ni2+ призводить до сильного iнгiбування росту головного кореня,
а також порушує його морфологiю, викликаючи свелiнг епiдермальних клiтин i iндукую-
чи появу великої кiлькостi аномально довгих кореневих волоскiв. Вперше показано, що пiд
дiєю Ni2+ порушується органiзацiя i орiєнтацiя актинових фiламентiв у клiтинах, що су-
проводжується морфологiчними змiнами кореня, як основного органу рослин, який першим
пiддається iнтоксикацiї грунтовими полютантами. Виявлено, що найбiльш чутливими до
його дiї є актиновi фiламенти епiдермальних клiтин усiх ростових зон кореня A. thaliana.
Ключовi слова: клiтини кореня, цитоскелет, мiкрофiламенти, актин, важкi метали, нiкель,
цитотоксичнiсть.
I. I. Horiunova, Yu.A. Krasylenko,
Corresponding Member of the NAS of Ukraine A. I. Yemets,
Academician of the NAS of Ukraine Ya.B. Blume
Institute of Food Biotechnology and Genomics of the NAS of Ukraine, Kiev
E-mail: yemets.alla@gmail.com
Effect of nickel on the organization of actin filaments in Arabidopsis
thaliana primary root cells
The influence of one of the most toxic heavy metals — nickel (Ni2+) — on the organization of
actin filaments (microfilaments) of different types of Arabidopsis thaliana (L.) root cells is studied
in living cells by the laser scanning microscopy. To visualize microfilaments, the A. thaliana line
expressing chimeric gene gfp-fabd2 was used. Ni2+ leads to a significant inhibition of the growth of
the main root and disturbs its morphology, causing the swelling of epidermal cells and inducing a
large number of abnormally long root hairs. For the first time, it has been shown that Ni2+ disturbs
the organization of actin filaments in cells, leading to morphological changes of a root as the main
organ, being the first exposed to the intoxication by soil pollutants. It is found that the most sensitive
to its action are actin filaments of epidermal cells of all growth zones of A. thaliana root.
Keywords: root cells, cytoskeleton, microfilaments, actin, heavy metals, nickel, cytotoxicity.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2016, №2 115
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99013 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:42:40Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Горюнова, И.И. Красиленко, Ю.А. Емец, А.И. Блюм, Я.Б. 2016-04-20T13:40:22Z 2016-04-20T13:40:22Z 2016 Влияние никеля на организацию актиновых филаментов в клетках корня Arabidopsis thaliana / И.И. Горюнова, Ю.А. Красиленко, А.И. Емец, Я.Б. Блюм // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2016. — № 2. — С. 108-115. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99013 581.17+576.311.348.7+546.95+632.95.02 Изучено влияние одного из наиболее токсичных тяжелых металлов — никеля (Ni²⁺) —
 на прижизненную организацию актиновых филаментов (микрофиламентов) различных
 типов клеток корня Arabidоpsis thaliana (L.) c помощью лазерной сканирующей микроскопии. Для визуализации микрофиламентов использована линия арабидопсиса, экспрессирующая химерный ген gfp-fabd2. Установлено, что Ni²⁺ приводит к существенному ингибированию роста главного корня, а также нарушает его морфологию, вызывая
 свеллинг эпидермальных клеток и индуцируя появление большого количества аномально
 длинных корневых волосков. Впервые показано, что под действием Ni²⁺ нарушается организация и ориентация актиновых филаментов в клетках, что сопровождается морфологическими изменениями корня, как основного органа растений, первым подвергающегося интоксикации почвенными полютантами. Обнаружено, что наиболее чувствительными к его действию являются актиновые филаменты эпидермальных клеток всех
 ростовых зон корня A. thaliana. Вивчено вплив одного з найбiльш токсичних важких металiв — нiкелю (Ni²⁺) — на прижиттєву органiзацiю актинових фiламентiв (мiкрофiламентiв) рiзних типiв клiтин кореня Arabidоpsis thaliana (L.) за допомогою лазерної сканувальної мiкроскопiї. Для вiзуалiзацiї мiкрофiламентiв використана лiнiя арабiдопсису, яка експресує химерний ген gfpfabd2.
 Встановлено, що Ni²⁺ призводить до сильного iнгiбування росту головного кореня,
 а також порушує його морфологiю, викликаючи свелiнг епiдермальних клiтин i iндукуючи появу великої кiлькостi аномально довгих кореневих волоскiв. Вперше показано, що пiд
 дiєю Ni²⁺ порушується органiзацiя i орiєнтацiя актинових фiламентiв у клiтинах, що супроводжується морфологiчними змiнами кореня, як основного органу рослин, який першим
 пiддається iнтоксикацiї грунтовими полютантами. Виявлено, що найбiльш чутливими до
 його дiї є актиновi фiламенти епiдермальних клiтин усiх ростових зон кореня A. thaliana. The influence of one of the most toxic heavy metals — nickel (Ni²⁺) — on the organization of
 actin filaments (microfilaments) of different types of Arabidopsis thaliana (L.) root cells is studied
 in living cells by the laser scanning microscopy. To visualize microfilaments, the A. thaliana line
 expressing chimeric gene gfp-fabd2 was used. Ni²⁺ leads to a significant inhibition of the growth of
 the main root and disturbs its morphology, causing the swelling of epidermal cells and inducing a
 large number of abnormally long root hairs. For the first time, it has been shown that Ni²⁺ disturbs
 the organization of actin filaments in cells, leading to morphological changes of a root as the main
 organ, being the first exposed to the intoxication by soil pollutants. It is found that the most sensitive
 to its action are actin filaments of epidermal cells of all growth zones of A. thaliana root. Исследования выполнены в рамках тематики ГУ “Институт пищевой биотехнологии и геномики НАН Украины” “Изучение молекулярно-генетических и клеточных механизмов устойчивости растений к абиотическим и биотическим факторам для улучшения их адаптивных свойств к неблагоприятным условиям окружающей среды”(2012–2016 гг.). ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Біохімія Влияние никеля на организацию актиновых филаментов в клетках корня Arabidopsis thaliana Вплив нiкелю на органiзацiю актинових фiламентiв у клiтинах коренiв Arabidopsis thaliana Effect of nickel on the organization of actin filaments in Arabidopsis thaliana primary root cells Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние никеля на организацию актиновых филаментов в клетках корня Arabidopsis thaliana Горюнова, И.И. Красиленко, Ю.А. Емец, А.И. Блюм, Я.Б. Біохімія |
| title | Влияние никеля на организацию актиновых филаментов в клетках корня Arabidopsis thaliana |
| title_alt | Вплив нiкелю на органiзацiю актинових фiламентiв у клiтинах коренiв Arabidopsis thaliana Effect of nickel on the organization of actin filaments in Arabidopsis thaliana primary root cells |
| title_full | Влияние никеля на организацию актиновых филаментов в клетках корня Arabidopsis thaliana |
| title_fullStr | Влияние никеля на организацию актиновых филаментов в клетках корня Arabidopsis thaliana |
| title_full_unstemmed | Влияние никеля на организацию актиновых филаментов в клетках корня Arabidopsis thaliana |
| title_short | Влияние никеля на организацию актиновых филаментов в клетках корня Arabidopsis thaliana |
| title_sort | влияние никеля на организацию актиновых филаментов в клетках корня arabidopsis thaliana |
| topic | Біохімія |
| topic_facet | Біохімія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99013 |
| work_keys_str_mv | AT gorûnovaii vliânienikelânaorganizaciûaktinovyhfilamentovvkletkahkornâarabidopsisthaliana AT krasilenkoûa vliânienikelânaorganizaciûaktinovyhfilamentovvkletkahkornâarabidopsisthaliana AT emecai vliânienikelânaorganizaciûaktinovyhfilamentovvkletkahkornâarabidopsisthaliana AT blûmâb vliânienikelânaorganizaciûaktinovyhfilamentovvkletkahkornâarabidopsisthaliana AT gorûnovaii vplivnikelûnaorganizaciûaktinovihfilamentivuklitinahkorenivarabidopsisthaliana AT krasilenkoûa vplivnikelûnaorganizaciûaktinovihfilamentivuklitinahkorenivarabidopsisthaliana AT emecai vplivnikelûnaorganizaciûaktinovihfilamentivuklitinahkorenivarabidopsisthaliana AT blûmâb vplivnikelûnaorganizaciûaktinovihfilamentivuklitinahkorenivarabidopsisthaliana AT gorûnovaii effectofnickelontheorganizationofactinfilamentsinarabidopsisthalianaprimaryrootcells AT krasilenkoûa effectofnickelontheorganizationofactinfilamentsinarabidopsisthalianaprimaryrootcells AT emecai effectofnickelontheorganizationofactinfilamentsinarabidopsisthalianaprimaryrootcells AT blûmâb effectofnickelontheorganizationofactinfilamentsinarabidopsisthalianaprimaryrootcells |