ВЛИЯНИЕ НИЗКИХ И ВЫСОКИХ ЗАКАЛИВАЮЩИХ И ПОВРЕЖДАЮЩИХ ТЕМПЕРАТУР НА УРОВЕНЬ ТРАНСКРИПТОВ ГЕНА BI-1 У ПШЕНИЦЫ

Людмила Владимировна Топчиева, Вера Викторовна Таланова, Александр Федорович Титов, Ирина Александровна Нилова, Наталья Сергеевна Репкина, Юлия Валерьевна Венжик, Lyudmila Topchieva, Vera Talanova, Alexandr Titov, Irina Nilova, Natalia Repkina, Yuliya Venzhik

Аннотация


Изучена динамика содержания транскриптов aнтиапоптотического гена BI-1 у растений озимой пшеницы (Triticium aestivum L.) сорта Московская 39 при воздействии низких (4 и –2 °С) и высоких (37 и 43 °С) закаливающих и повреждающих температур. Показано, что под влиянием низкой закаливающей температуры (4 °С) происходит постепенное повышение холодоустойчивости листьев проростков, сопровождающееся в начальный период накоплением транскриптов гена BI-1. При повреждающей температуре (–2 °С) холодоустойчивость клеток и уровень мРНК гена BI-1, напротив, снижаются. Воздействие высокой закаливающей температуры (37 °С) приводило к повышению теплоустойчивости проростков вплоть до окончания эксперимента (третьи сутки). Cодержание транскриптов гена BI-1 в листьях при этом значительно возрастало уже в начальный период теплового воздействия,
а в дальнейшем сохранялось практически неизменным. При действии на проростки высокой повреждающей температуры (43 °С) первоначально происходил быстрый рост их теплоустойчивости и многократное повышение содержания транскриптов гена BI-1 в листьях, которые затем сменялись резким снижением этих показателей.
На основании анализа холодо- и теплоустойчивости, а также уровня транскриптов гена BI-1 в клетках листьев пшеницы сделан вывод, что разные по интенсивности и характеру воздействия на растения (закаливающее и повреждающее) низкие и высокие температуры вызывают неодинаковые как в количественном, так и в качественном отношении изменения не только в их устойчивости, но и сопровождаются различными изменениями в экспрессии гена антиапоптотического белка BI-1.


Ключевые слова


Triticum aestivum L.; низкие и высокие температуры; устойчивость; экспрессия гена BI-1; программируемая клеточная смерть

Полный текст:

PDF

Литература


Александров В. Я. Цитофизиологические и цитоэкологические исследования устойчивости растительных клеток к действию высоких температур // Тр. Ботан. Ин-та АН СССР. 1963. Т. 4. С. 234–280.

Балагурова Н. И., Дроздов С. Н., Хилков Н. И. Метод определения устойчивости растительных тканей к промораживанию. Петрозаводск: Кар. ф-л АН СССР. 1982. 6 с.

Ванюшин Б. Ф. Апоптоз у растений // Успехи биологической химии. 2001. Т. 41. С. 3-38.

Корсукова А. В., Грабельных О. И., Любушкина И. В., Побежимова Т. П., Королева Н. А., Павловская Н. С., Федосеева И. В., Войников В. К. Роль активных форм кислорода и участие митохондрий в развитии программируемой клеточной гибели в колеоптилях озимой пшеницы // Известия Иркутского Государственного Университета. Серия «Биология. Экология». 2013. Т. 6, № 2. С.10-18.

Любушкина И. В., Грабельных О. И., Побежимова Т. П., Федосеева И. В., Степанов А. В., Федяева А. В., Павловская Н. С., Королева Н. А., Войников В. К. Развитие программируемой клеточной гибели в суспензионной культуре клеток озимой пшеницы Triticum aestivum (L.) при действии низкой положительной и отрицательной температур // Известия Иркутского Государственного Университета. Серия «Биология. Экология». 2010. Т. 3, № 4. С.10-18.

Baek D., Nam J., Koo Y. D., Kim D. H., Lee J., Jeong J. C., Kwak S. S., Chung W. S., Lim C. O., Bahk J. D., Hong J. C., Lee S. Y., Kawai-Yamada M., Uchimiya H., Yun D. J. Bax-induced cell death of Arabidopsis is mediated through reactive oxygen-dependent and independent processes // Plant Mol. Biol. 2004. V. 56. P. 15 – 27. doi: 10.1007/s11103-004-3096-4.

Balk J., Leaver C. J., McCabe P. F. Translocation of cytochrome c from the mitochondria to the cytosol occurs during heat-induced programmed cell death in cucumber plants // FEBS Lett. 1999. V. 463. P. 151-154. doi: 10.1016/S0014-5793(99)01611-7.

Chae H. J., Ke N., Kim H. R., Chen S., Godzik A., Dickman M., Reed J. C. Evolutionarily conserved cytoprotection provided by BAX Inhibitor-1 homologes from animals, plants, and yeast // Gene. 2003. V. 323. P. 101–113. doi: 10.1016/j.gene.2003.09.011.

Chen X. H., Yu H., Deng H. J., Chen J. X., Mi H. B., Mao L. C. Cucumber BAX inhibitor-1, a conserved cell death suppressor and a negative programmed cell death regulator under cold stress // Biol. Plant. 2013. V. 47. P. 684–690. doi: 10.1007/s10535-013-0347-8.

Foyouzi-Youssefi R., Arnoudeau S., Borner C., Kelley W.L., Tschopp J., Lew D. P., Demaurex N., Krause K. H. Bcl-2 decreases the free Ca2+ concentration within the endoplasmic reticulum // PNAS. 2000. V. 97. P. 5723–5728. doi: 10.1073/pnas.97.11.5723.

Ihara-Ohori Y., Nagano M., Muto S., Uchimiya H., Kawai-Yamada M. Cell death suppressor Arabidopsis Bax inhibitor-1 is associated with calmodulin binding and ion homeostasis // Plant Physiol. 2007. V. 143. P. 650–660. doi: 10.1104/pp.106.090878.

Isbat M., Zeba N., Kim S. R., Hong C. B. A BAX Inhibitor-1 gene in Capsicum annum is induced under various abiotic stresses and endows multi-tolerance in transgenic tobacco // J. Plant. Physiol. 2009. V. 166. P. 1685–1693. doi: 10.1016/j.jplph.2009.04.017.

Kawai M., Pan L., Reed J. C., Uchimiya H. Evolutionally conserved plant homologue of the Bax Inhibitor-1 (BI-1) gene capable of suppressing Bax-induced cell death in yeast // FFEBS Letters. 1999. V. 464. P. 143–147. doi: 10.1016/S0014-5793(99)01695-6.

Kawai-Yamada M., Ohori Y., Uchimiya H. Dissection of Arabidopsis Bax inhibitor-1 suppressing Bax-, hydrogen peroxide-, and salicylic acid-induced cell death // Plant. Cell. 2004. V. 16. P. 21–32. doi: 10.1105/tpc.014613.

Lisbona F., Rojas-Rivera D., Thielen P., Zamorano S., Todd D., Martinon F., Glavic A., Kress C., Lin J.H., Walter P., Reed J. C., Climcher L. H., Helz C. BAX Inhibitor-1 is a negative regulator of the ER stress sensor IRE1α // Mol. Cell. 2009. V. 33. P. 679–691. doi: 10.1016/j.molcel.2009.02.017.

Liu J. X., Howell S. H. Endoplasmic reticulum protein quality control and its relationship to environmental stress responses in plants // Plant Cell. 2010. V. 22. P. 2930–2942. doi: 10.1105/tpc.110.078154.

Matsumura H., Nirasawa S., Kiba A., Urasaki N., Saitoh H., Ito M., Kawai-Yamada M., Uchimiya H., Terauchi R. Overexpression of Bax-inhibitor suppresses the fungal elicitor-induced cell death in rice (Oryza sativa L.) cells // Plant J. 2003. V. 33. P. 425–434.

Miller G., Shulaev V., Mittler R. Reactive oxygen signaling and abiotic stress // Physiol. Plant. 2008. V. 133. P. 481–489. doi: 10.1111/j.1399-3054.2008.01090.x.

Nagano M., Ihara-Ohori Y., Imai H., Inada N., Fujimoto M., Tsutsumi N., Uchimiya H., Kawai-Yamada M. Functional association of cell death suppressor, Arabidopsis Bax inhibitor-1, with fatty acid 2-hydroxylation through cytochrome b5 // Plant J. 2009. V. 58. P. 122–134. doi:10.1111/j.1365-313X.2008.03765.x.

Wang X., Tang C., Huang X., Li F., Chen X., Zhang G., Sun Y., Han D., Kang Z. Wheat BAX Inhibitor-1 contributes to wheat resistance to Puccinia striiformis // J. Exp. Biol. 2012. V. 63. P. 4571–4584. doi: 10.1093/jxb/ers140.

Watanabe N., Lam E. Arabidopsis BAX Inhibitor-1 functions as an attenuator of biotic and abiotic type of cell death // Plant J. 2006. V. 45. P. 884–894.

Watanabe N., Lam E. Bax inhibitor-1 modulates endoplasmic reticulum-mtdiated programmed cell death in Arabidopsis // J. Biol. Chem. 2008. V. 283. P. 3200-3210.

Watanabe N., Lam E. Bax inhibitor-1, a conserved cell death suppressor, is a key molecular switch downstream from a variety of biotic and abiotic stress Signals in Plants // Int. J. Mol. Sci. 2009. V. 10. P. 3149–3167. doi: 10.3390/ijms10073149.

Zhao Y., Chen J., Tao X., Zheng X., Mao L. The possible role of BAX and BI-1 genes in chilling-induced cell death in cucumber fruit // Acta Physiol. Plant. 2014. V. 36. P. 1345–1351. doi: 10.1007./s11738-014-1513-0.

REFERENCES in ENGLISH

Aleksandrov V. Ja. Citofiziologicheskie i citojekologicheskie issledovanija ustojchivosti rastitel’nyh kletok k dejstviju vysokih temperature [Cytophysiological and cytoecological study of plant cells tolerance to high temperatures]. Tr. Botan. in-ta AN SSSR [Proc. Botan. Inst. Acad. Sci. USSR]. 1963. Vol. 4. P. 234–280.

Balagurova N. I., Drozdov S. N., Hilkov N. I. Metod opredelenija ustojchivosti rastitel’nyh tkanej k promorazhivaniju [Method for determination of the resistance of plant tissues to freezing]. Petrozavodsk: Kar. filial AN SSSR. 1982. 6 p.

Ljubushkina I. V., Grabel’nyh O. I., Pobezhimova T. P., Fedoseeva I. V., Stepanov A. V., Fedjaeva A. V., Pavlovskaja N. S., Koroleva N. A., Vojnikov V. K. Razvitie programmiruemoj kletochnoj gibeli v suspenzionnoj

kul’ture kletok ozimoj pshenicy Triticum aestivum (L.) pri

dejstvii nizkoj polozhitel’noj i otricatel’noj temperature

[The programmed cell death in suspension cell culture

of winter wheat Triticum aestivum (L.) under low and

subzero temperature]. Izvestija Irkutskogo gosudarstvennogo Universiteta. Serija Biologija. Jekologija [ The Bulletin of Irkutsk State University. Ser. Biology. Ecology]. 2010. Vol. 3, No 4. P. 10–18.

Vanjushin B. F. Apoptoz u rastenij [Apoptosis in plants]. Uspehi biologicheskoj himii [Biochemistry. Spec. Iss. Biological Chem. Rev.]. 2001. Vol. 41. P. 3–38.

Baek D., Nam J., Koo Y. D., Kim D. H., Lee J., Jeong J. C., Kwak S. S., Chung W. S., Lim C. O., Bahk J. D., Hong J. C., Lee S. Y., Kawai-Yamada M., Uchimiya H., Yun D. J. Bax-induced cell death of Arabidopsis is mediated through reactive oxygen-dependent and independent processes // Plant Mol. Biol. 2004. V. 56. P. 15 – 27. doi: 10.1007/s11103-004-3096-4.

Balk J., Leaver C. J., McCabe P. F. Translocation of cytochrome c from the mitochondria to the cytosol occurs during heat-induced programmed cell death in cucumber plants // FEBS Lett. 1999. V. 463. P. 151-154. doi: 10.1016/S0014-5793(99)01611-7.

Chae H. J., Ke N., Kim H. R., Chen S., Godzik A., Dickman M., Reed J. C. Evolutionarily conserved cytoprotection provided by BAX Inhibitor-1 homologes from animals, plants, and yeast // Gene. 2003. V. 323. P. 101–113. doi: 10.1016/j.gene.2003.09.011.

Chen X. H., Yu H., Deng H. J., Chen J. X., Mi H. B., Mao L. C. Cucumber BAX inhibitor-1, a conserved cell death suppressor and a negative programmed cell death regulator under cold stress // Biol. Plant. 2013. V. 47. P. 684–690. doi: 10.1007/s10535-013-0347-8.

Foyouzi-Youssefi R., Arnoudeau S., Borner C., Kelley W.L., Tschopp J., Lew D. P., Demaurex N., Krause K. H. Bcl-2 decreases the free Ca2+ concentration within the endoplasmic reticulum // PNAS. 2000. V. 97. P. 5723–5728. doi: 10.1073/pnas.97.11.5723.

Ihara-Ohori Y., Nagano M., Muto S., Uchimiya H., Kawai-Yamada M. Cell death suppressor Arabidopsis Bax inhibitor-1 is associated with calmodulin binding and ion homeostasis // Plant Physiol. 2007. V. 143. P. 650–660. doi: 10.1104/pp.106.090878.

Isbat M., Zeba N., Kim S. R., Hong C. B. A BAX Inhibitor-1 gene in Capsicum annum is induced under various abiotic stresses and endows multi-tolerance in transgenic tobacco // J. Plant. Physiol. 2009. V. 166. P. 1685–1693. doi: 10.1016/j.jplph.2009.04.017.

Kawai M., Pan L., Reed J. C., Uchimiya H. Evolutionally conserved plant homologue of the Bax Inhibitor-1 (BI-1) gene capable of suppressing Bax-induced cell death in yeast // FFEBS Letters. 1999. V. 464. P. 143–147. doi: 10.1016/S0014-5793(99)01695-6.

Kawai-Yamada M., Ohori Y., Uchimiya H. Dissection of Arabidopsis Bax inhibitor-1 suppressing Bax-, hydrogen peroxide-, and salicylic acid-induced cell death // Plant. Cell. 2004. V. 16. P. 21–32. doi: 10.1105/tpc.014613.

Lisbona F., Rojas-Rivera D., Thielen P., Zamorano S., Todd D., Martinon F., Glavic A., Kress C., Lin J.H., Walter P., Reed J. C., Climcher L. H., Helz C. BAX Inhibitor-1 is a negative regulator of the ER stress sensor IRE1α // Mol. Cell. 2009. V. 33. P. 679–691. doi: 10.1016/j.molcel.2009.02.017.

Liu J. X., Howell S. H. Endoplasmic reticulum protein quality control and its relationship to environmental stress responses in plants // Plant Cell. 2010. V. 22. P. 2930–2942. doi: 10.1105/tpc.110.078154.

Matsumura H., Nirasawa S., Kiba A., Urasaki N., Saitoh H., Ito M., Kawai-Yamada M., Uchimiya H., Terauchi R. Overexpression of Bax-inhibitor suppresses the fungal elicitor-induced cell death in rice (Oryza sativa L.) cells // Plant J. 2003. V. 33. P. 425–434.

Miller G., Shulaev V., Mittler R. Reactive oxygen signaling and abiotic stress // Physiol. Plant. 2008. V. 133. P. 481–489. doi: 10.1111/j.1399-3054.2008.01090.x.

Nagano M., Ihara-Ohori Y., Imai H., Inada N., Fujimoto M., Tsutsumi N., Uchimiya H., Kawai-Yamada M. Functional association of cell death suppressor, Arabidopsis Bax inhibitor-1, with fatty acid 2-hydroxylation through cytochrome b5 // Plant J. 2009. V. 58. P. 122–134. doi:10.1111/j.1365-313X.2008.03765.x.

Wang X., Tang C., Huang X., Li F., Chen X., Zhang G., Sun Y., Han D., Kang Z. Wheat BAX Inhibitor-1 contributes to wheat resistance to Puccinia striiformis // J. Exp. Biol. 2012. V. 63. P. 4571–4584. doi: 10.1093/jxb/ers140.

Watanabe N., Lam E. Arabidopsis BAX Inhibitor-1 functions as an attenuator of biotic and abiotic type of cell death // Plant J. 2006. V. 45. P. 884–894.

Watanabe N., Lam E. Bax inhibitor-1 modulates endoplasmic reticulum-mtdiated programmed cell death in Arabidopsis // J. Biol. Chem. 2008. V. 283. P. 3200-3210.

Watanabe N., Lam E. Bax inhibitor-1, a conserved cell death suppressor, is a key molecular switch downstream from a variety of biotic and abiotic stress Signals in Plants // Int. J. Mol. Sci. 2009. V. 10. P. 3149–3167. doi: 10.3390/ijms10073149.

Zhao Y., Chen J., Tao X., Zheng X., Mao L. The possible role of BAX and BI-1 genes in chilling-induced cell death in cucumber fruit // Acta Physiol. Plant. 2014. V. 36. P. 1345–1351. doi: 10.1007./s11738-014-1513-0.




DOI: http://dx.doi.org/10.17076/eb236

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© Труды КарНЦ РАН, 2014-2019