Влияние окислительного стресса на липидный состав рафтовых структур вакуолярной мембраны

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Проводилось изучение влияния окислительного стресса на липидный состав рафтовых структур вакуолярных мембран, выделенных из корнеплодов столовой свеклы Beta vulgaris L. с целью выяснения роли этих мембранных структур в адаптационных механизмах растительной клетки. Анализировали возникающие в результате стресса изменения в качественном и количественном составе основных липидов, стеринов, жирных кислот и сравнивали с изменениями в липидах, роль которых в защите клеток от стресса достоверно установлена. Ранее в вакуолярной мембране было показано присутствие трех видов рафтовых структур. При окислительном стрессе в составе липидов этих структур происходили изменения. Наиболее существенные из них, способные повлиять на защитные механизмы растительной клетки, были выявлены в рафтовых микродоменах 4-й зоны сахарозного градиента (35% сахароза). Они состояли в увеличении содержания сфинголипидов, фосфатидилсерина, β-ситостерина, дигалактозилдиглицерида и снижении фосфатидной кислоты. Менее выраженные отличия были обнаружены в липидном составе у микродоменов 2-й зоны сахарозного градиента (15% сахароза): увеличивалось количество холестерина и сфинголипидов и снижалось содержание фосфатидной кислоты и моногалактозилдиглицерида. Среди изменений липидного состава, способных повлиять на защитные механизмы растительной клетки, у микродоменов 6-й зоны (60% сахароза) было отмечено увеличение содержания фосфатадилхолина, кампестерина и β-ситостерина. Комплекс выявленных изменений липидного состава у изучаемых рафтовых микродоменов вакуолярной мембраны может являться результатом стрессового ответа и участвовать в формировании адаптационных механизмов растительной клетки.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Н. В. Озолина

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

Author for correspondence.
Email: ozol@sifibr.irk.ru
Russian Federation, Иркутск

И. С. Капустина

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

Email: ozol@sifibr.irk.ru
Russian Federation, Иркутск

В. В. Гурина

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

Email: ozol@sifibr.irk.ru
Russian Federation, Иркутск

Е. В. Спиридонова

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

Email: ozol@sifibr.irk.ru
Russian Federation, Иркутск

В. Н. Нурминский

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

Email: ozol@sifibr.irk.ru
Russian Federation, Иркутск

References

  1. Меньшикова Е.Е., Зенков Н.А. Антиоксиданты и ингибиторы радикальных процессов // Успехи современной биологии. 1993. Т. 113. № 4. С. 442.
  2. Okazaki Y., Saito K. Roles of lipids as signaling molecules and mitigators during stress response in plants // Plant J. 2014. V. 79. P. 584. https://doi.org/10.1111/tpj.12556
  3. Gronnier J., Gerbeau-Pessot P., Germain V., Mongrand S., Simon-Plas F. Divide and rule: plant plasma membrane organization // Trends Plant Sci. 2018. V. 23. P. 899. https://doi.org/10.1016/jtplants.2018.07.007
  4. Cassim A.M., Gouguet P., Gronnier J., Laurent N., Germain V., Grison M., Boutté Y., Gerbeau-Pissot P., Simon-Plas F., Mongrand S. Plant lipids: key players of plasma membrane organization and function // Prog. Lipid Res. 2019. V. 73. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.plipres.2018.11.002
  5. Peskan T., Westermann M., Oelmüller R. Identification of low-density Triton X-100 insoluble plasma membrane microdomains in higher plants // Eur. J. Biochem. 2000. V. 267. P. 6989. https://doi.org/10.1046/j.1432-1327.2000.01776.x
  6. Lingwood D., Simons K. Lipid rafts as a membrane-organizing principle // Sci. 2010. V. 327. P. 46. https://doi.org/10.1126/science.1174621
  7. Pike L.J. Growth factor receptors, lipid rafts and caveolae: an evolving story // Biochim. Biophys. Acta. 2005. V. 1746. P. 260. https://doi.org/10.106/jbbamcr.200.05.005
  8. Ozolina N.V., Nesterkina I.S., Kolesnikova E.V., Salyaev R.K., Nurminsky V.N., Rakevich A.L., Martynovich E.F., Chernyshov M.Yu. Tonoplast of Beta vulgaris L. contains detergent-resistant membrane microdomains // Planta. 2013. V. 237. P. 859. https://doi.org/10.1007/s00425-012-1800-1
  9. Ozolina N.V., Nesterkina I.S., Gurina V.V., Nurminsky V.N. Non-detergent isolation of membrane structures from beet plasmalemma and tonoplast having lipid composition characteristic of rafts // J. Membr. Biol. 2020. V. 253. P. 479. https://doi.org/10.1007/s00232-020-00137-y
  10. Narayanan S., Tamura P.J., Roth M.R., Vara Prasad P.V., Welti R. Wheat leaf lipid composition during heat stress: I. High day and night temperatures result in major lipid alterations // Plant Cell Environ. 2015. V. 39. P. 787. https://doi.org/10.1111/pce.12649
  11. Ozolina N.V., Gurina V.V., Nesterkina I.S., Nurminsky V.N. Variations in the content of tonoplast lipids under abiotic stress // Planta. 2020. V. 251. P. 107. https://doi.org/10.1007/s00425-020-03399-x
  12. Саляев Р.К., Кузеванов В.Я., Хаптагаев С.Б., Копытчук В.Н. Выделение и очистка вакуолей и вакуолярных мембран из клеток растений // Физиология растений. 1981. Т. 28. С. 1295. https://elibrary.ru/item.asp?id=26264616
  13. Никулина Г.Н. Обзор методов количественного определения фосфора по образованию молибденовой сини. Ленинград: Наука, 1965. 45 с.
  14. Bradford M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Anal. Biochem. 1976. V. 72. P. 248. https://doi.org/10.1006/abio.1976.9999
  15. Ozolina N.V., Kapustina I.S., Gurina V.V., Nurminsky V.N. Role of tonoplast microdomains in plant cell protection against osmotic stress // Planta. 2022. V. 255. P. 65. https://doi.org/10.1007/s00425-021-03800-3
  16. Ristic Z., Ashworth E.N. Changes in leaf ultrastructure and carbohydrates in Arabidopsis thaliana L. (Heyn) cv. Columbia during rapid cold acclimation // Protoplasma. 1993. V. 172. P. 111. https://doi.org/10.1007/BF01379368
  17. Владимиров Ю.А., Арчаков А.И., Франк Г.М. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. Москва: Наука, 1972. 252 с.
  18. Нурминский В.Н., Корзун А.М., Розинов С.В., Саляев Р.К. Компьютерная цейтраферная видеосъемка фракции изолированных вакуолей // Биомедицинская химия. 2004. Т. 50. С. 180.
  19. Folch J., Lees M., Sloan Stanley G.H. A simple method for the isolation and purification of total lipides from animal tissues // J. Biol. Chem. 1957. V. 226. P. 497. http://doi.org/10.1016/S0021-9258(18)64849-5
  20. Christie W.W. Equivalent chain lengths of methyl ester derivatives of fatty acids on gas chromatography // J. Chromatogr. A. 1988. V. 447. P. 305. https://lipidlibrary.aocs.org/lipid-analysis/selected-topics-in-the-analysis-of-lipids/preparation-of-ester-derivatives-of-fatty-acids-for-chromatographic-analysis
  21. Zhou Y., Pan X., Qu H., Underhill S.J. Low temperature alters plasma membrane lipid composition and ATPase activity of pineapple fruit during blackheart development // J. Bioenerg. Biomembr. 2014. V. 46. P. 59. https://doi.org/10.1007/s10863-013-9538-4
  22. Болдырев А.А. Биологические мембраны и транспорт ионов. Москва: МГУ, 1985. 208 с.
  23. Валитова Ю.Н., Сулкарнаева Ф.Г., Минибаева Ф.В. Растительные стерины: многообразие, биосинтез, физиологические функции // Биохимия. 2016. Т. 81. С. 1050. https://doi.org/ 10.1134/S0006297916080046
  24. Shuler I., Milon A., Nakatani Y., Ourisson G., Albrecht A.M., Benveniste P., Hartman M.A. Differential effects of plant sterols on water permeability and on acyl chain phosphatidylcholine bilayers // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1991. V. 88. P. 6926. https://doi.org/10.1073/pnas.88.16.6926
  25. Wang T., Hicks K.B., Moreau R. Antioxidant activity of photosterols, oryzanol, and other phytosterols conjugates // J. Am. Oil Chem. Soc. 2002. V. 79. P. 1201. https://doi.org/10.1007/s11746-002-0628-x
  26. Hartmann M.A. Plant sterols and the membrane environment // Trends Plant Sci. 1998. V. 3. P. 170. https://doi.org/10.1016/S1360-1385(98)01233-3
  27. Wegener A., Gimbel W., Werner T., Hani J., Ernst D., Sandermann H. Molecular cloning of ozone-inducible protein from Pinus sylvestris L. with high sequence similarity to vertebrate 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA-syntas // Biochim. Biophys. Acta. 1997. V. 1350. P. 247.
  28. Геннис Р. Биомембраны: молекулярная структура и функции. Москва: Мир, 1997. 624 с.
  29. Wu J.L., Seliskar D.M., Gallagher J.L. The response of plasma membrane lipid composition in callus of the halophyte Spartina patens (Poaceae) to salinity stress // Am. J. Bot. 2005. V. 92. P. 852. https://doi.org/10.3732/ajb.92.5.852
  30. Макаренко С.П., Коненкина Т.А., Саляев Р.К. Химический состав и структура вакуолярных мембран // Биологические мембраны. 1992. Т. 9. С. 290.
  31. Zhou Y., Pan X., Qu H., Underhill S.J. Low temperature alters plasma membrane lipid composition and ATPase activity of pineapple fruit during blackheart development // J. Bioenerg. Biomembr. 2014. V. 46. P. 59. https://doi.org/10.1007/s10863-013-9538-4
  32. Arisz S.A., van Wijk R., Roels W., Zhu J.K., Haring M.A., Munnik T. Rapid phosphatidic acid accumulation in response to low temperature stress in Arabidopsis is generated through diacylglycerol kinase // Front. Plant Sci. V. 4. https://doi.org/10.3389/tpls.2013.00001
  33. McLeoughlin F., Arzis S.A., Dekker H.L., Kramer G., de Koster C.G., Haring M.A., Munnik T., Testerink C. Identification of novel candidate phosphatidic acid-binding proteins involved in the salt-stress response of Arabidopsis thaliana roots // Biochem. J. 2013. V. 450. P. 573. https://doi.org/10.1042/BJ20121639
  34. Welti R., Li W., Li M., Sang Y., Biesiada H., Zhou H.E., Rajashekar C.B., Williams T.D., Wang X. Profiling membrane lipids in plant stress responses. Role of phospholipase D alpha in freezing-induced lipid changes in Arabidopsis // J. Biol. Chem. 2002. V. 277. P. 3199. https://doi.org/10.1074/jbc.M205375200
  35. Шишова М.Ф., Емельянов В.В. Изменение протеома и липидома мембран растительной клетки в ходе развития // Физиология растений. 2021. Т. 68. С. 800. https://doi.org/10.31857/S001533032105016X
  36. Su K., Bremer D.J., Jeannotte R., Welti R., Yang C. Membrane lipid composition and heat tolerance in cool-season turgrasses, including a hybrid bluegrass // J. Am. Soc. Hortic. Sci. 2009. V. 134. P. 511. https://doi.org/10.21273/JASHS.134.5.511
  37. Жигачева И.В., Бурлакова Е.Б., Мишарина Т.А., Теренина М.Б., Крикунова Н.И., Генерозова И.П., Шугаев А.Г., Фаттахов С.Г. Жирнокислотный состав липидов мембран и энергетика митохондрий проростков гороха в условиях дефицита воды // Физиология растений. 2013. Т. 60. С. 205. https//doi.org/ 10.1134/S1607672911020104
  38. Los D.A., Mironov K.S., Allakhverdiev S.I. Regulatory role of membrane fluidity in gene expression and physiological functions // Photosynth. Res. 2013. V. 116. P. 489. https://doi.org/10.1007/s11120-013-9823-4
  39. Badea C., Basu S.K. The effect of low temperature on metabolism of membrane lipids in plants and associated gene expression // Plant OMICS. 2009. V. 2. P. 78. https://www.pomics.com/Saikat_2_2_2009_78_84.pdf
  40. Дёмин И.Н., Нарайкина Н.В., Цыдендамбаев В.Д., Мошков И.Е., Трунова Т.И. Введение гена desA 12-ацил-липидной десатуразы цианобактерий повышают устойчивость растений картофеля к окислительному стрессу, вызванному гипотермией // Физиология растений. 2008. Т. 55. С. 710.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences