ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ФОРМИРОВАНИЯ КЛЕТОЧНОГО ОТВЕТА РАСТЕНИЙ НА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СТРЕСС

Ирина Александровна Нилова

Аннотация


В обзоре обобщены литературные данные по формированию клеточного ответа растений на высокотемпературный стресс. Рассмотрены основные этапы ответной реакции растений: восприятие и передача стрессового сигнала, синтез белков теплового шока (БТШ). Разобраны некоторые, наиболее известные, способы восприятия теплового воздействия. При обсуждении этого процесса особое внимание уделяется ионам кальция и кальциевым каналам, показано возможное участие фитохрома B, БТШ70 и БТШ90. Также высказывается предположение о причастности вторичных стрессов (окислительного и ЭР - стресса) к процессу восприятия стресса в качестве начальных звеньев в цепи событий, связанных с восприятием и передачей теплового сигнала.  Показано, что ионы кальция и активные формы кислорода (АФК) не только являются компонентами системы восприятия высокотемпературного стресса, но и системы его передачи. В сигналинге высокотемпературного стресса отмечена роль кальций-связывающих белков, липидных сигнальных молекул и транскрипционных факторов (ТФ). В рассмотрении ТФ основное внимание отводится Hsf, MBF1, DREB и C2H2 ZF. При обсуждении вопроса синтеза стрессовых белков в ответ на действия высокой температуры подчеркнута роль белков БТШ.  Проанализирована роль в формировании ответа на высокотемпературный стресс всех основных групп БТШ: БТШ100, БТШ90, БТШ70, БТШ60, нмБТШ.  В заключении подчеркнуто, что имеющиеся на данный момент сведения позволяют обозначить процессы восприятия и передачи сигнала о неблагоприятном температурном воздействии как основополагающие при формировании защитных реакций растений, способствующих повышению их устойчивости и выживанию в условиях высокотемпературного стресса.


Ключевые слова


растения; высокотемпературный стресс; восприятие и передача стрессового сигнала; синтез стрессовых белков; БТШ

Полный текст:

PDF

Литература


Лутова Л. А., Ежова Т. А., Додуева И. Е., Осипова М. А. Генетика развития растений: для биологических специальностей университетов. СПб.: Изд-во Н-Л, 2010. 432 с.

Лось Д. А. Восприятие сигналов биологическими мембранами: сенсорные белки и экспрессия генов // Соросовский образовательный журнал. 2001. Т. 7, № 9. С. 14 – 22.

Рихванов Е. Г, Федосеева И. В., Пятрикас Д. В., Боровский Г. Б., Войников В. К. Механизм функционирования кальциевой сигнальной системы у растений при действии теплового стресса. Роль митохондрий в этом процессе // Физиология Растений. 2014. Т. 61, № 2. C. 155 – 169. DOI: 10.7868/S0015330314020134.

Колупаев Ю. Е., Карпец Ю. В. Активные формы кислорода при адаптации растений к стрессовым температурам // Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41, № 2. C. 95 – 104.

Шишова М. Ф., Танкелюн О. В., Емельянов В. В., Полевой В. В. Рецепция и трансдукция сигналов у растений. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2008. – 263 с.

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. 14 – 26.

Lin F., Qu Y., Zhang Q. Molecules regulating cytoskeletal organization in plant abiotic stress tolerance // Plant signaling and behavior. 2014. Vol. 9. DOI:10.4161/psb.28337

Qu A.-L., Ding Y.-F., Jiang Q., Zhu Ch. Molecular mechanisms of the plant heat stress response // Biochemical and biophysical research communications. 2013. P. 203 – 207.

Mittler R., Finka An., Goloubinoff P. How do plants feel the heat?// Trends in biochemical science. 2012. Vol.37, no.3. P. 118 – 125. DOI: 10.1016/j.tibs.2011.11.007.

Bahuguna R. N., Jagadish K .S. V. Temperature regulation of plant phenological development // Environmental and experimental botany. 2015. P. 83 – 90.

Saidi Y., Finka An., Muriset M., Bromberg Z., Weiss Y. G., Maathuis F. J. M., Goloubinoff P. The heat response in moss plants is regulated by specific calcium-permeable channels in the plasma membrane // The Plant Cell. 2009. Vol. 21. P. 2829 – 2843. DOI:10.1105/tpc.108.065318.

Usman M. G., Rafii M. Y., Ismail M. R. Malek M. A., Latif M. Ab., Oladosu Yu. Heat shock proteins: functions and response against heat stress in plants // IJSTR. 2014. V. 3. ISSUE 11. P. 204 – 218. DOI:

Falcone D. L., Ogas J. P., Somerville Ch. R. Regulation of membrane fatty acid composition by temperature in mutants of Arabidopsis with alterations in membrane lipid composition // BMC Plant Biology. 2004. DOI: 10.1186/1471-2229-4-17.

Reddy A. S. N., Ali G. S., Celesnik H., Day I. S. Coping with stresses: role of calcium – and calcium/calmodulin-regulated gene expression // The Plant Cell. 2011. Vol. 32. P. 2010 – 2032. DOI:10.1105/tpc.111.084988.

Mori I. C., Schroeder J. I. Reaction oxygene species activation of plant Ca2+ channels. A signaling mechanism in polar growth, hormone transduction, stress signaling, and hypothetically mechanotransduction // Plant Physiology. 2004. Vol. 135. P. 702 – 708. DOI:10.1104/pp.104.042069

Legris M., Klose C., Burgie E. S., Costigliolo C., Neme M., Hiltbrunner A., Wigge Ph. A., Schafer E., Vierstra R. D., Casal J. Phytochrome B integrates light and temperature signals in Arabidopsis // Science. 2016. P. DOI:10.1126/science.aaf5656.

Hasanuzzaman M., Nahar K., Alam Md. M., Roychowdhury R., Fujita M. Physiological, biochemical, and molecular mechanisms of heat stress tolerance in plants // Int. J. Mol. Sci. 2013. Vol. 4, no 5. P. 9643 – 9684. DOI: 10.3390/ijms14059643.

Wu H.-Ch., Jinn T.-L. Oscillation regulation of Ca2+/calmodulin and heat-stress related genes in response to heat stress in rice (Oryza sativa L.) // Plant signaling and behavior. 2012. Vol.7, no 9. P. DOI:10.4161/psb.21124.

Sharma P., Jha A. B., Dubey R. SH., Pessarakli M. Reactive oxygen species, oxidative damage, and antioxidative defense mechanism in plants under stressful condition // J. of botany. 2012. P. DOI: 10.1155/2012/217037

Chou T.-Sh., Chao Y.-Y., Kao Ch. H. Involvement of hydrogen peroxide in heat shock- and cadmium-induced expression of ascorbate peroxidase and glutathione reductase in leaves of rice seedlings // Journal of plant physiology. 2012. P. 478 – 486. DOI: 10.1016/j.jplph.2011.11.012.

Williams B., Verchot J., Dickman M. When supply does not meet demand-ER stress and plant programmed cell deth // Frontiers in Plant Science. Plant Cell Biology. 2014. Vol.5. P. DOI:10.3389/fpls.00211.

Kadota Y., Shirasu K. The HSP90 complex of plants // Biochimica et Biophysica Acta. 2012. P. 689 – 697. DOI:10.1016/j.bbamer.2011.09.016

Yamada K., Fukao Y., Hayashi M., Fukazawa M., Suzuki I., Nishimura M. Cytosolic HSP90 regulates the heat shock response that is responsible for heat acclimation in Arabidopsis thaliana // The journal of biological chemistry. 2007. Vol. 282, no. 52. P. 37794 – 37804. DOI:10.1074/jbc.M707168200.

Montero-Barrientos M., Hermosa R., Cardoza R. E., Gutierrez S. Transgenic expression of the Trihoderma harzianum hsp70 gene increases Arabidopsis resistance to heat and other abiotic stresses // J. of plant physiology. 2010. P. 659 – 665. DOI: 10.1016/j.jplph.2009.11.012




DOI: http://dx.doi.org/10.17076/eb572

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© Труды КарНЦ РАН, 2014-2016