Предполагаемые молекулярные аспекты функционирования дегидрогеназы полуальдегида янтарной кислоты в листьях пшеницы (Triticum aestivum L.) при солевом стрессе

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Установлено повышение активности фермента в листьях мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) при солевом стрессе, что связано с поддержанием скорости функционирования цикла трикарбоновых кислот за счет притока дополнительных субстратов. Увеличение активности дегидрогеназы полуальдегида янтарной кислоты (ПЯКДГ) в листьях пшеницы при солевом стрессе, вызванном хлоридом натрия (NaCl), достигает максимального значения на 6 ч и составляет 12.2 E/г сырой массы. Активация исследуемого фермента обеспечивает поддержание необходимого уровня АТФ за счет дополнительного поступления дыхательного субстрата в ЦТК при действии стрессового фактора. Установлена генетическая детерминация ПЯКДГ. На основании мРНК гомеологичных генов SSADH разработаны специфические праймеры для оценки уровня их транскриптов. Показано изменение содержания транскриптов генов фермента ПЯКДГ в листьях пшеницы при действии солевого стресса. Сравнительный анализ изменения активности ПЯКДГ и экспрессии исследуемых генов в листьях пшеницы в условиях солевого стресса свидетельствует о регуляции данного энзима за счет изменения их транскрипционной активности. Базовый вклад в изменение содержания транскриптов ПЯКДГ вносит ген SSADH А-субгенома. Выявлено наличие специфического сайта связывания солезависимого транскрипционного фактора WRKY в составе промотора гена SSADHA. Увеличение содержания транскриптов WRKY может обеспечивать регуляцию экспрессии гена SSADHA при адаптации растений к стрессовому воздействию при взаимодействии со специфическим сайтом связывания, расположенном в области инициации транскрипции его промотора.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. Н. Федорин

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Воронежский государственный университет”

Автор, ответственный за переписку.
Email: bc366@bio.vsu.ru
Россия, Воронеж

А. С. Бородин

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Воронежский государственный университет”

Email: bc366@bio.vsu.ru
Россия, Воронеж

А. Т. Епринцев

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Воронежский государственный университет”

Email: bc366@bio.vsu.ru
Россия, Воронеж

Список литературы

  1. Долгополова Н.В., Скрипин В.А., Шершнева О.М., Алябьева Ю.В. Значение озимой и яровой пшеницы в производстве продуктов питания // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2009. Т. 5. №. 5. С. 52.
  2. Glover N.M., Redestig H., Dessimoz C. Homoeologs: what are they and how do we infer them? // Trends Plant Sci. 2016. V. 21. P. 609. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2016.02.005
  3. Levy A.A., Feldman M. Evolution and origin of bread wheat // Plant Cell. 2022. V. 34. P. 2549. https://doi.org/10.1093/plcell/koac130
  4. Tavakkoli E., Fatehi F., Coventry S., Rengasamy P., McDonald G.K. Additive effects of Na+ and Cl– ions on barley growth under salinity stress // J. Exp. Bot. 2011. V. 62. P. 2189. https://doi.org/10.1093/jxb/erq422
  5. Yang Y., Guo Y. Unraveling salt stress signaling in plants // J. I. Plant Biol. 2018. V. 60. P. 796. https://doi.org/10.1111/jipb.12689
  6. Che-Othman M.H., Jacoby R.P., Millar A.H., Taylor N.L. Wheat mitochondrial respiration shifts from the tricarboxylic acid cycle to the GABA shunt under salt stress // New Phytol. 2020. V. 225. P. 1166. https://doi.org/10.1111/nph.15713
  7. Yuan D., Wu X., Gong B., Huo R., Zhao L., Li J., Lü G., Gao H. GABA metabolism, transport and their roles and mechanisms in the regulation of abiotic stress (hypoxia, salt, drought) resistance in plants // Metabolites. 2023. V. 13. P. 347. https://doi.org/10.3390/metabo13030347
  8. Wu X., Jia Q., Ji S., Gong B., Li J., Lü G., Gao H. Gamma-aminobutyric acid (GABA) alleviates salt damage in tomato by modulating Na+ uptake, the GAD gene, amino acid synthesis and reactive oxygen species metabolism // BMC Plant Biol. 2020. V. 20: 465. https://doi.org/10.1186/s12870-020-02669-w
  9. Fedorin D.N., Eprintsev A.T., Florez Caro O.J., Igamberdiev A.U. Effect of salt stress on the activity, expression, and promoter methylation of succinate dehydrogenase and succinic semialdehyde dehydrogenase in maize (Zea mays L.) leaves // Plants. 2022. V. 12. P. 68. https://doi.org/10.3390/plants12010068
  10. Ramirez-Gonzalez R.H., Borrill P., Lang D., Harrington S.A., Brinton J., Venturini L., Davey M., Jacobs J., van Ex F., Pasha A., Khedikar Y., Robinson S.J., Cory A.T., Florio T., Concia L. The transcriptional landscape of polyploid wheat // Science. 2018. V. 361. P. Eaar6089. https://doi.org/10.1126/science.aar6089
  11. Banerjee A., Roychoudhury A. WRKY proteins: signaling and regulation of expression during abiotic stress responses // Sci. World J. 2015. V. 2015. Article ID 807560 https://doi.org/10.1155/2015/807560.
  12. AbdElgawad H., Zinta G., Hegab M.M., Pandey R., Asard H., Abuelsoud W. High salinity induces different oxidative stress and antioxidant responses in maize seedlings organs // Front. Plant Sci. 2016. V. 7: 276. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00276
  13. Землянухин А.А. Большой практикум по физиологии растений. Воронеж: Изд-во Воронежского университета. 1996. 184 с.
  14. Huang X.Q., Brule-Babel A. Development of genome-specific primers for homoeologous genes in allopolyploid species: the waxy and starch synthase II genes in allohexaploid wheat (Triticum aestivum L.) as examples // BMC Res. Notes. 2010. V. 3. P. 140. https://doi.org/10.1186/1756-0500-3-140
  15. Vennapusa A.R., Somayanda I.M., Doherty C.J., Jagadish S.K. A universal method for high-quality RNA extraction from plant tissues rich in starch, proteins and fiber // Sci. Rep. 2020. V. 10. P. 16887. https://doi.org/10.1038/s41598-020-73958-5
  16. Nicot N., Hausman J.F., Hoffmann L., Evers D. Housekeeping gene selection for real-time RT-PCR normalization in potato during biotic and abiotic stress // J. Exp. Bot. 2005. V. 56. P. 2907. https://doi.org/10.1093/jxb/eri285
  17. Livak K.J., Schmittgen T.D. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2–ΔΔCt method // Methods. 2001. V. 25. P. 402. https://doi.org/10.1006/meth.2001.1262
  18. Лакин Г.Ф. Биометрия. Москва: Высшая школа, 1990. 351 с.
  19. Wei K., Chen J., Chen Y., Wu L., Xie D. Molecular phylogenetic and expression analysis of the complete WRKY transcription factor family in maize // DNA Res. 2012. V. 19. P. 153. https://doi.org/10.1093/dnares/dsr048
  20. Silva Monteiro de Almeida D., Oliveira Jordão do Amaral D., Del-Bem L-E., Bronze dos Santos E., Raner José Santana S., Karina Peres G., Michel V., Fabienne M. Genome-wide identification and characterization of cacao WRKY transcription factors and analysis of their expression in response to witches’ broom disease // PLoS One. 2017. V. 12: e0187346. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0187346
  21. Che-Othman M.H., Millar A.H., Taylor N.L. Connecting salt stress signalling pathways with salinity-induced changes in mitochondrial metabolic processes in C3 plants // Plant Cell Environ. 2017. V. 40. P. 2875. https://doi.org/10.1111/pce.13034
  22. Coleman S.T., Fang T.K., Rovinsky S.A., Turano F.J., Moye-Rowley W.S. Expression of a glutamate decarboxylase homologue is required for normal oxidative stress tolerance in Saccharomyces cerevisiae // J. Biol. Chem. 2001. V. 276. P. 244. https://doi.org/10.1074/jbc.M007103200
  23. Zhou S., Zheng W.-J., Liu B.-H., Zheng J.-C., Dong F.-S., Liu Z.-F., Wen Z.-Y., Yang F., Wang H.-B., Xu Z.-S., Zhao H., Liu Y.-W. Characterizing the role of TaWRKY13 in salt tolerance // Int. J. Mol. Sci. 2019. V. 20. P. 5712. https://doi.org/10.3390/ijms20225712
  24. Qin Y., Tian Y., Liu X. A wheat salinity-induced WRKY transcription factor TaWRKY93 confers multiple abiotic stress tolerance in Arabidopsis thaliana // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2015. V. 464. P. 428. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2015.06.128
  25. Muhovski I.H.Y., Zizkova E., Dobrev P.I., Gharbi E., Franco-Zorrilla J.M., Lopez-Vidriero I., Solano R., Clippe A., Errachid A., Motyka V., Lutts S. The Solanum lycopersicum WRKY3 transcription factor SlWRKY3 is involved in salt stress tolerance in tomato // Front. Plant Sci. 2017. V. 8. P. 1343. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01343
  26. Kovalchuk N., Jia W., Eini O., Morran S., Pyvovarenko T., Fletcher S., Bazanova N., Harris J., Beck-Oldach K., Shavrukov Y., Langridge P., Lopato S. Optimization ofTaDREB3 gene expression in transgenic barley using cold-inducible promoters // Plant Biotechnol. J. 2013. V. 11. P. 659. https://doi.org/10.1111/pbi.12056
  27. Whitfield T.W., Wang J., Collins P.J., Partridge E.C., Aldred S.F., Trinklein N.D., Myers R.M., Weng Z.. Functional analysis of transcription factor binding sites in human promoters // Genome Biol. 2012. V. 13: R50. https://doi.org/10.1186/gb-2012-13-9-r50
  28. Shahmuradov I.A., Umarov R.Kh., Solovyev V.V. TSSPlant: a new tool for prediction of plant Pol II promoters // Nucleic Acids Res. 2017. V. 45: e65. https://doi.org/10.1093/nar/gkw1353

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Активность дегидрогеназы полуальдегида янтарной кислоты в листьях пшеницы при засолении. Ось абсцисс – время инкубации в 150 мМ растворе NaCl; К – контрольный образец. За ферментативную единицу (Е) принимали количество фермента, катализирующего превращение 1 мкмоль янтарного полуальдегида за 1 мин при 25°С.

Скачать (58KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Относительный уровень транскриптов генов SSADHA, SSADHB и SSADHD в листьях пшеницы, выращенной гидропонным методом с интенсивностью света 90 мкмоль квантов/(м2 с), при температуре окружающей среды 25°С без инкубации в 150 мМ растворе NaCl.

Скачать (59KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Относительный уровень транскриптов генов SSADHA (белые столбцы), SSADHB (серые столбцы) и SSADHD (черные столбцы) в листьях пшеницы в стрессовых условиях. Ось абсцисс – время инкубации в 150 мМ растворе NaCl; К – контрольный образец.

Скачать (77KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Доля генов SSADH А-субгеномов (черные столбцы), B-субгеномов (серые столбцы) и D-субгеномов (белые столбцы) в общем уровне содержания транскриптов дегидрогеназы полуальдегида янтарной кислоты в листьях пшеницы в стрессовых условиях.

Скачать (67KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Относительный уровень транскриптов гена транскрипционного фактора WRKY3 в листьях пшеницы в стрессовых условиях. Ось абсцисс – время инкубации в 150 мМ растворе NaCl; К – контрольный образец.

Скачать (67KB)
Метаданные
7. Дополнительные материалы
Скачать (15KB)
Метаданные
8. Дополнительные материалы
Скачать (15KB)
Метаданные

Примечание

1 Дополнительные материалы размещены в электронном виде по DOI статьи: 10.31857/S0015330324010088


© Российская академия наук, 2024