ЭКСПРЕССИЯ ГЕНА ГЛУТАТИОНСИНТЕТАЗЫ GS3 В КОРНЯХ И ЛИСТЬЯХ ПРОРОСТКОВ ПШЕНИЦЫ ПРИ ДЕЙСТВИИ КАДМИЯ
Аннотация
Изучено влияние кадмия (100 мкМ) на экспрессию гена глутатионсинтетазы (GS3) в корнях и листьях проростков пшеницы. Показано, что уже через 1 ч от начала действия кадмия наблюдается его поступление в корни проростков и накопление в них транскриптов гена GS3. В листьях содержание мРНК GS3 также увеличивалось достаточно быстро – через 30 мин от начала опыта, хотя накопление кадмия зафиксировано только через 1 сут. Повышенный уровень транскриптов сохранялся и в корнях, и листьях до конца эксперимента (7 сут). Анализ содержания малонового диальдегида (МДА) не выявил его накопления в корнях, а в листьях отмечено некоторое увеличение его содержания только при продолжительном действии (3 – 7 сут) металла на проростки. Также не обнаружено влияния кадмия на выход электролитов из клеток листа. На основании полученных результатов сделан вывод о том, что кадмий в концентрации 100 мкМ не оказывает повреждающего действия на проростки пшеницы, а усиление образования транскриптов гена GS3, кодирующего глутатионсинтетазу, является частью адаптивного ответа растений пшеницы на действие кадмия.
Ключевые слова
Полный текст:
PDFЛитература
Гришенкова Н. Н., Лукаткин А. С. Определение устойчивости растительных тканей к абиотическим стрессам с использованием кондуктометрического метода // Поволжский экологический журнал. 2005. № 1. С. 3–11.
Маевская С.Н., Николаева М. К. Реакция антиоксидантной и осмопроткторной систем проростков пшеницы на засуху и регидратацию // Физиология растений. 2013. Т. 60, № 3. С. 351–359.
Серегин И. В. Фитохелатины и их роль в детоксикации кадмия у высших растений // Успехи биол. химии. 2001. С. 283–300.
Титов А. Ф., Таланова В. В., Казнина Н. М., Лайдинен Г. Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам. Петрозаводск: Карельский НЦ РАН, 2007. 170 с.
Титов А. Ф., Казнина Н. М., Таланова В. В. Тяжелые метыллы и растения. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2014. 194 с.
Anjum N. A., Ahmad I., Mohmood I., Pacheco M., Duarte A. C., Pereira E., Umar S., Ahmad A., Khan N. A., Iqbal M., Prasad M. N. V. Nodulation of glutathione and its related enzymes in plants responses to toxic metals and metalloids – A review // Environ. Exp. Bot. 2012. Vol. 75. P. 307–324.
Carcía-Giménez J. L., Markovic J., Dasí F., Queval G., Schnaubelt D., Foyer C. H., Pallardó F. V. Nuclear glutathione // Biochem. Biophys. Acta. 2013. Vol. 1830. P. 3304–3316.
Cho S-C., Chao Y-Y., Kao C.H. Calcium deficiency increases Cd toxicity and Ca is required for heat-shock induced Cd tolerance in rice seedlings // J. Plant Physiol. 2012. Vol. 169. P. 892–898.
Clemens S., Aarts M.G.M., Thomine S., Verbruggen N. Plant science: the key to preventing slow cadmium poisoning // Trends in Plant Science. 2013. Vol. 18, N 2. P. 92–99.
Estrella-Gomez N. E., Sauri-Duch E., Zapata-Perez O., Santamaria J. M. Glutathione plays a role in protecting leaves of Sedium minima from Pb2+ damage associated with changes in the expression of SmGS genes and increased activity of GS // Environ. Exp. Bot. 2012. Vol. 75. P. 188–194.
Gallego S. M., Pena L. B., Barcia R. A., Azpilicueta C. E., Iannone M. F., Rosales E. P., Zawoznik M. S., Groppa M. D., Benavides M. P. Unravelling cadmium toxicity and tolerance in plants: Insight into regulatory mechanisms // Environ. Exp. Bot. 2012. Vol 83. P. 33–46.
Gill S. S., Hasanuzzaman M., Nahar K., Macovei A., Tuteja N. Importance of nitric oxide in cadmium stress tolerance in crop plants // Plant Physiol. Biochem. Vol. 63. P. 254–261.
Jozefczak M., Kaunen E., Schat H., Bliek M., Hernandez L.E., Carleer R., Remans T., Bohler S., Vangronsveld J., Cuypers A. Differential responses of Arabidopsis leaves and roots to cadmium: Glutathione-related chelating capacity vs antioxidant capacity// Plant Physiol. Biochem. 2014. Vol. 83. P. 1–9.
Khairy M., El-Safty S. A., Shenashen M. A. Environmental remediation and monitoring of cadmium // Trends Analyt. Chem. 2014. Vol. 62. P. 56–68.
Liu W-J., Wood B. A., Raab A., McGrath S. P., Zhao F-J., Feldmann J. Complexation of arsenite with phytochelatins reduces arsenite efflux and translocation from roots to shoots in Arabidopsis // J. Plant Physiol. 2010. Vol. 152. P. 2211–2221.
Lu S. C. Glutathione synthesis // Biochem. Biophys. Acta. 2013. Vol. 1830. P. 3143–3153.
Lux A., Martinka M., Vaculik M., White P. J. Root responses to cadmium in the rhizosphere: a review // J. Exp. Bot. 2011. Vol. 62, N 1. P. 21–37.
Mannara A. Plants and Heavy metals. Ed. A. Furini. , The Netherlands. Springer, 2012. P. 27–53.
Noctor G., Mhamdi A., Chaouch S., Han Y., Neukermans J., Marquez-Garcia B., Queval G.,Foyer C. H. Glutathione in plants: an integrated overview // Plant Cell Environ. 2012. Vol. 35. P. 454–484.
Pivato M., Fabrega-Prats M., Masi A. Low-molecular-weight thiols in plants: Functional and analytical imlications // Arc. Biochem. Biophys. 2014. Vol. 560. P. 83–99.
Preuss A.L., Cameron J.C., Berg R.H., Jez J.M. Immunolocalization of glutathione biosynthesis enzymes in Arabidopsis thaliana // Plant Physiol. Biochem. 2014. Vol. 75. P. 9–13.
Sebastian A., Prasad M. N. V. Vertisol prevent cadmium accumulation in rice: Analysis by ecophysiological toxicity markers // Chemosphere. 2014. Vol. 108. P. 85–92.
Sharma S.S., Dietz K-J. The significance of amino acids and amino acid-derived molecules in plant responses and adaptation to heavy metal stress // J. Exp. Bot. 2006. Vol. 57, N 4. P. 711–726.
Skipsey M., Davis B. G., Edwards R. Diversification in substrate usage by glutathione synthetases from soya bean (Glycine max), wheat (Triticum aestivum) and maize (Zea mays) // Biochem. J. 2005. Vol. 391. P. 567–574.
Stewart R. R. C., Bewley J. D. Lipid peroxidation associated with accelerated aging of soybean axes // Plan Physiol. 1980. Vol. 65. P. 245–248.
Tiryakioglu M., Eker S., Ozkutlu F., Husted S., Cakmak I. Antioxidant defense system and cadmium uptake in barlay genotypes differing in cadmium tolerance // J. Trace Elem. Med. Biol. 2006. Vol. 20. P. 181–189.
Verkleij J.A.C., Golan-Goldhirsh A., Antosiewisz D.M., Schwitzguebel J-P., Schröder P. Dualities in plant tolerance to polulutants and their uptake and translocation to the upper plant parts // Environ. Exp. Bot. 2009. Vol. 67. P. 10–22.
Xue D., Jiang H., Deng X., Zhang X., Wang H., Xu X., Hu J., Zend D., Guo L., Qian Q. Comparative proteomic analysis provides new insights into cadmium accumulation in rice grain under cadmium stress // J. Hazar. Mater. 2014. Vol. 280. P. 269–278.
Zhu Y. L., Pilon-Smits E. A.H., Jouanin L., Terry N. Overexpression of glutathione synthetase in indian mustard enhances cadmium accumulation and tolerance // Plant Physiol. 1999. Vol. 119. P. 73–79.
REFERENCES in ENGLISH
Grishenkova N. N., Lukatkin A. S. Opredelenie ustojchivosti rastitel'nyh tkanej k abioticheskim stressam s ispol'zovaniem konduktometricheskogo metoda // Povolzhskij jekologicheskij zhurnal. 2005. № 1. S. 3–11.
Maevskaja S.N., Nikolaeva M. K. Reakcija antioksidantnoj i osmoprotktornoj sistem prorostkov pshenicy na zasuhu i regidrataciju // Fiziologija rastenij. 2013. T. 60, № 3. S. 351–359.
Titov A. F., Talanova V. V., Kaznina N. M., Lajdinen G. F. Ustojchivost' rastenij k tjazhelym metallam. Petrozavodsk: Karel'skij NC RAN, 2007. 170 s.
Titov A. F., Kaznina N. M., Talanova V. V. Tjazhelye metylly i rastenija. Petrozavodsk: Karel'skij nauchnyj centr RAN, 2014. 194 s.
Carcía-Giménez J. L., Markovic J., Dasí F., Queval G., Schnaubelt D.,
Foyer C. H., Pallardó F. V. Nuclear glutathione // Biochem. Biophys. Acta. 2013. Vol. 1830. P. 3304–3316.
Cho S-C., Chao Y-Y., Kao C.H. Calcium deficiency increases Cd toxicity and Ca is required for heat-shock induced Cd tolerance in rice seedlings // J. Plant Physiol. 2012. Vol. 169. P. 892–898.
Clemens S., Aarts M.G.M., Thomine S., Verbruggen N. Plant science: the key to preventing slow cadmium poisoning // Trends in Plant Science. 2013. Vol. 18, N 2. P. 92–99.
Estrella-Gomez N. E., Sauri-Duch E., Zapata-Perez O., Santamaria J. M. Glutathione plays a role in protecting leaves of Sedium minima from Pb2+ damage associated with changes in the expression of SmGS genes and increased activity of GS // Environ. Exp. Bot. 2012. Vol. 75. P. 188–194.
Gill S. S., Hasanuzzaman M., Nahar K., Macovei A., Tuteja N. Importance of nitric oxide in cadmium stress tolerance in crop plants // Plant Physiol. Biochem. Vol. 63. P. 254–261.
Jozefczak M., Kaunen E., Schat H., Bliek M., Hernandez L.E., Carleer R., Remans T., Bohler S., Vangronsveld J., Cuypers A. Differential responses of Arabidopsis leaves and roots to cadmium: Glutathione-related chelating capacity vs antioxidant capacity// Plant Physiol. Biochem. 2014. Vol. 83. P. 1–9.
Khairy M., El-Safty S. A., Shenashen M. A. Environmental remediation and monitoring of cadmium // Trends Analyt. Chem. 2014. Vol. 62. P. 56–68.
Liu W-J., Wood B. A., Raab A., McGrath S. P., Zhao F-J., Feldmann J. Complexation of arsenite with phytochelatins reduces arsenite efflux and translocation from roots to shoots in Arabidopsis // J. Plant Physiol. 2010. Vol. 152. P. 2211–2221.
Lu S. C. Glutathione synthesis // Biochem. Biophys. Acta. 2013. Vol. 1830. P. 3143–3153.
Lux A., Martinka M., Vaculik M., White P. J. Root responses to cadmium in the rhizosphere: a review // J. Exp. Bot. 2011. Vol. 62, N 1. P. 21–37.
Mannara A. Plants and Heavy metals. Ed. A. Furini. , The Netherlands. Springer, 2012. P. 27–53.
Noctor G., Mhamdi A., Chaouch S., Han Y., Neukermans J., Marquez-Garcia B., Queval G.,Foyer C. H. Glutathione in plants: an integrated overview // Plant Cell Environ. 2012. Vol. 35. P. 454–484.
Pivato M., Fabrega-Prats M., Masi A. Low-molecular-weight thiols in plants: Functional and analytical imlications // Arc. Biochem. Biophys. 2014. Vol. 560. P. 83–99.
Preuss A.L., Cameron J.C., Berg R.H., Jez J.M. Immunolocalization of glutathione biosynthesis enzymes in Arabidopsis thaliana // Plant Physiol. Biochem. 2014. Vol. 75. P. 9–13.
Sebastian A., Prasad M. N. V. Vertisol prevent cadmium accumulation in rice: Analysis by ecophysiological toxicity markers // Chemosphere. 2014. Vol. 108. P. 85–92.
Sharma S.S., Dietz K-J. The significance of amino acids and amino acid-derived molecules in plant responses and adaptation to heavy metal stress // J. Exp. Bot. 2006. Vol. 57, N 4. P. 711–726.
Skipsey M., Davis B. G., Edwards R. Diversification in substrate usage by glutathione synthetases from soya bean (Glycine max), wheat (Triticum aestivum) and maize (Zea mays) // Biochem. J. 2005. Vol. 391. P. 567–574.
Stewart R. R. C., Bewley J. D. Lipid peroxidation associated with accelerated aging of soybean axes // Plan Physiol. 1980. Vol. 65. P. 245–248.
Tiryakioglu M., Eker S., Ozkutlu F., Husted S., Cakmak I. Antioxidant defense system and cadmium uptake in barlay genotypes differing in cadmium tolerance // J. Trace Elem. Med. Biol. 2006. Vol. 20. P. 181–189.
Verkleij J.A.C., Golan-Goldhirsh A., Antosiewisz D.M., Schwitzguebel J-P., Schröder P. Dualities in plant tolerance to polulutants and their uptake and translocation to the upper plant parts // Environ. Exp. Bot. 2009. Vol. 67. P. 10–22.
Xue D., Jiang H., Deng X., Zhang X., Wang H., Xu X., Hu J., Zend D., Guo L., Qian Q. Comparative proteomic analysis provides new insights into cadmium accumulation in rice grain under cadmium stress // J. Hazar. Mater. 2014. Vol. 280. P. 269–278.
Zhu Y. L., Pilon-Smits E. A.H., Jouanin L., Terry N. Overexpression of glutathione synthetase in indian mustard enhances cadmium accumulation and tolerance // Plant Physiol. 1999. Vol. 119. P. 73–79.
DOI: http://dx.doi.org/10.17076/eb229
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.
© Труды КарНЦ РАН, 2014-2019