Влияние Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus на уровень эндогенного пероксида водорода и активность пероксидазы в трансгенных растениях картофеля (Solanum tuberosum L.), экспрессируюущих ген gox

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Возрастание уровня пероксида водорода (H2O2) в растительных тканях способствует повышению устойчивости к разнообразным биотическим и абиотическим стрессорам. Одним из основных ферментов, участвующих в регуляции уровня H2O2 у растений, является пероксидаза. Цель данной работы заключалась в исследовании уровня эндогенного H2O2, активности пероксидазы и ее изоферментного спектра в корнях картофеля in vitro сорта Скарб и его трансгенных линий, экспрессирующих ген глюкозооксидазы (gox) из Penicillium funiculosum в нормальных условиях и при взаимодействии с фитопатогеном Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus. Показано, что уровень H2O2 трансгенных линий, несущих модифицированный ген gox, был существенно выше в сравнении с исходным сортом и еще более возрастал при воздействии фитопатогена. В нормальных условиях роста выявлены различия в спектре изоформ пероксидазы в трансгенных линиях и исходном сорте Скарб. При контакте с фитопатогеном существенно изменялся спектр изоформ в исходном сорте Скарб и в трансгенных линиях в сравнении с сортом Скарб. Полученные данные доказывают, что продукт экспрессии гена gox формирует высокий уровень H2O2 в результате окисления глюкозы. Высокий уровень H2O2 в трансгенных линиях, вероятно, инактивирует пероксидазу. Показано, что заражение растений фитопатогеном Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus приводит к увеличению активности пероксидазы и изменению изоферментного состава как в контроле, так и в трансгенных линиях.

Об авторах

Н. В. Филинова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Email: filinova_nv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0328-6716

А. А. Ищенко

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Email: aspt25@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0003-4963-3917

Т. В. Копытина

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Email: kopytina@sifibr.irk.ru
ORCID iD: 0000-0002-3788-0895

Л. Е. Макарова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Email: makarova@sifibr.irk.ru
ORCID iD: 0000-0002-4582-8245

Список литературы

  1. Савчин Д.В., Панюш А.С., Картель Н.А., Генетическая трансформация растений векторными конструкциями с геном GOX Penicillium funiculosum // Молекулярная и прикладная генетика. 2011. Т. 12. С. 49–55. EDN: ZYHRUD.
  2. Савчин Д.В., Вересова Т.Н., Межнина О.А., Панюш А.С., Вячеслвова А.О., Голденкова-Павлова И.В. Оптимизация кодонового состава грибного гена gox Penicillium funiculosum для эффективной экспрессии в растениях Solanum tuberosum // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наук. 2015. N 1. С. 50–55. EDN: TKSWKP.
  3. Wu G., Shortt B.J., Lawrence E.B., Levine E.B., Fitzsimmons K.C., Shah D.M. Disease resistance conferred by expression of a gene encoding H2O2-generating glucose oxidase in transgenic potato plants // The Plant Cell. 1995. Vol. 7, no. 9. P. 1357–1368. doi: 10.1105/tpc.7.9.1357.
  4. Jaspers P., Kangasjarvi J. Reactive oxygen species in abiotic stress signaling // Physiologia Plantarum. 2010. Vol. 138, no. 4. P. 405–413. doi: 10.1111/j.1399-3054.2009.01321.x.
  5. Киргизова И.В., Гаджимурадов А.М., Омаров Р.Т. Особенности накопления антиоксидантных ферментов у картофеля в условиях биотического и абиотического стресса // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8. N 4. С. 42–54. doi: 10.21285/2227-2925-2018-8-4-42-54. EDN: YTDWDJ.
  6. Граскова И.А., Боровский Г.Б., Владимирова С.В., Романенко А.С., Войников В.К. Изоферментные спектры пероксидаз картофеля при патогенезе кольцевой гнили // Доклады Академии наук. 2002. Т. 384. N 6. С. 844–847. EDN: LCYKXD.
  7. Рогожин В.В., Верхотуров В.В. Стационарная кинетика совместного окисления гидрохинонов и о-дианизидина перекисью водорода в присутствии пероксидазы хрена // Биохимия. 1999. Т. 64. N 2. С. 219–224.
  8. Акимова Г.П., Верхотуров В.В, Соколова М.Г. Влияние Azotobacter на активность пероксидазы и содержание перекиси водорода в корнях проростков гороха, инокулированных Rhizobium // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2017. Т. 7. N 4. С. 126–131. doi: 10.21285/2227-2925-2017-7-4-126-131. EDN: YMQFSN.
  9. Акимова Г.П., Соколова М.Г., Нечаева Л.В., Лузова Г.Б., Сидорова К.К. Роль пероксидазы во взаимодействиях растений гороха с Rhizobium // Агрохимия. 2002. N 12. С. 37–41.
  10. Bradford M.M. A rapid and sensitive method for quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Analytical Biochemistry. 1976. Vol. 72. P. 248–254. doi: 10.1016/0003-2697(76)90527-3.
  11. Попов В.Н., Антипина А.В., Астахова Н.В. Изме нения ультраструктуры хлоропластов растений табака в процессе защиты от окислительного стресса при гипотермии // Физиология растений. 2016. Т. 63. N 3. С. 319–326. doi: 10.7868/S0015330316030118. EDN: VTQCER.
  12. Побежимова Т.П., Колесниченко А.В., Грабельных О.И. Методы изучения митохондрий растений. Полярография и электрофорез / отв. ред. Р.К. Саляев. М.: Изд-во ООО «НПК «ПРОМЭКОБЕЗОПАСНОСТЬ»», 2004. 98 с.
  13. Лойда З., Госсрау Р., Шиблер Т. Гистохимия ферментов: лабораторные методы / пер. с англ.; под ред. Н.Т. Райхлина. М.: Мир, 1982. 272 с.
  14. Еникеев А.Г., Копытина Т.В., Семенова Л.А., Натяганова А.В., Гаманец Л.В., Волкова О.Д. Агробактериальная трансформация как комплексный биотический стрессирующий фактор // Журнал стресс-физиологии и биохимии. 2008. Т. 4. N 1. С. 11–19. EDN: IUINPP.
  15. Креславский В.Д., Лось Д.А., Аллахвердиев С.И., Кузнецов В.В. Сигнальная роль активных форм кислорода при стрессе у растений // Физиология растений. 2012. Т. 59. N 2. С. 163–178. EDN: OWEOSH.
  16. Chen Z., Silva H., Klessig D.F. Active oxygen species in the induction of plant systemic acquired resistance by salicylic acid // Science. 1993. Vol. 262, no. 5141. P. 1883–1886. doi: 10.1126/science.8266079.
  17. Pei Z.-M., Murata Y., Benning G., Thomine S., Klusener B., Allen G.J., et al. Calcium channels activated by hydrogen peroxide mediate abscisic acid signalling in guard cells // Nature. 2000. Vol. 406, no. 6797. P. 731–734. doi: 10.1038/35021067.
  18. Galvez-Valdivieso G., Mullineaux P.M. The role of reactive oxygen species in signalling from chloroplasts to the nucleus // Physiologia Plantarum. 2010. Vol. 138, no. 4. P. 430–439. doi: 10.1111/j.1399-3054.2009.01331.x.
  19. Pandey S., Fartyal D., Agarwal A., Shukla T., James D., Kaul T., et al. Abiotic stress tolerance in plants: myriad roles of ascorbate peroxidase // Frontiers in Plant Science. 2017. Vol. 8. P. 581. doi: 10.3389/fpls.2017.00581.
  20. Андреева В.А. Фермент пероксидаза: участие в защитном механизме растений / отв. ред. Ю.Н. Журавлев. М.: Наука, 1988. 128 с.
  21. Campo S., Manrique S., García-Martínez J., San Segundo B. Production of cecropin A in transgenic rice plants has an impact on host gene expression // Plant Biotechnology Journal. 2008. Vol. 6, no. 6. P. 585–608. doi: 10.1111/j.1467-7652.2008.00339.x.
  22. Arnao M.B., Acosta M., del Rio J.A., García-Cánovas F. Inactivation of peroxidase by hydrogen peroxide and its protection by a reductant agent // Biochimica et Biophysica Acta. 1990. Vol. 1038, no. 1. P. 85–89. doi: 10.1016/0167-4838(90)90014-7.
  23. Valderrama B., Ayala M., Vazquez-Duhalt R. Suicide inactivation of peroxidases review and the challenge of engineering more robust enzymes // Chemistry & Biology. 2002. Vol. 9, no. 5. P. 555–565. doi: 10.1016/s1074-5521(02)00149-7.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).