КИНЕТИКА ПРОРАСТАНИЯ СЕМЯН КАК ИНФОРМАТИВНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ ДЛЯ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ АБК-МУТАНТНЫХ ЛИНИЙ Arabidopsis thaliana)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проведен анализ динамики прорастания семян модельного растения Arabidopsis thaliana после воздействия γ-излучения в дозах 50, 100 и 150 Гр. Объектами исследования выбраны линии: abi3-8 с мутацией в гене ABI3 и со сниженной чувствительностью к природной форме абсцизовой кислоты и генотип aba3-1 с мутацией в гене ABA3 и пониженным уровнем эндогенной абсцизовой кислоты. В качестве контроля использован дикий тип Col-8. Для изучения влияния γ-излучения на различные аспекты прорастания семян (всхожесть, время и скорость прорастания, синхронность прорастания партии семян) проведена оценка кинетики прорастания при помощи пакета Germinationmetrics для среды программирования R. Контрольные и облученные семена (источник излучения – 60Co) выращивали на питательной среде Мурасиге–Скуга половинной концентрации в контролируемых условиях. Прорастание оценивали в течение первых 6 сут после переноса в фитотрон по разрыву эндосперма и появлению корешка. Всего проведены три независимых эксперимента с тремя биологическими повторностями в каждом. Отмечено более выраженное влияние γ-излучения в дозе 150 Гр на все исследуемые генотипы. Кластеризация всхожести показала, что распределение процента прорастания семян по дням больше зависит от генотипа, чем от дозы воздействия. Лучшие показатели всхожести, скорости и временного интервала между прорастанием 10 и 90% семян отмечены у необлученных семян линии abi3-8. Полученные результаты и сравнительный анализ с ранее опубликованными данными позволяют утверждать, что оценка кинетики прорастания при помощи пакета Germinationmetrics для R – наглядный и достаточно информативный инструмент для изучения влияния ионизирующего излучения и иных абиотических факторов на различные аспекты прорастания семян.

Об авторах

Е. В. Бондаренко

Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии

Автор, ответственный за переписку.
Email: bev_1408@mail.ru
Россия, Обнинск

Д. Д. Бабина

Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии

Email: bev_1408@mail.ru
Россия, Обнинск

М. Ю. Подобед

Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии

Email: bev_1408@mail.ru
Россия, Обнинск

А. С. Миценык

Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии

Email: bev_1408@mail.ru
Россия, Обнинск

П. Ю. Волкова

Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии

Email: bev_1408@mail.ru
Россия, Обнинск

Список литературы

  1. Verma V., Ravindran P., Kumar P. Plant hormone-mediated regulation of stress responses // BMC Plant Biol. 2016. V. 16. Art. 86. https://doi.org/10.1186/s12870-016-0771-y
  2. Finkelstein R., Reeves W., Ariizumi T. et al. Molecular aspects of seed dormancy // Ann. Rev. Plant Biol. 2008. V. 59. № 1. P. 387–415. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.59.032607.092740
  3. Nambara E., Nambara E., McCourt P. et al. A regulatory role for the ABI3 gene in the establishment of embryo maturation in Arabidopsis thaliana // Development. 1995. V. 121. № 3. P. 629–636. https://doi.org/10.1242/dev.121.3.629
  4. Lopez-Molina L., Mongrand S., McLachlin D.T. et al. ABI5 acts downstream of ABI3 to execute an ABA-dependent growth arrest during germination // Plant J. 2002. V. 32. № 3. P. 317–328. https://doi.org/10.1046/j.1365-313x.2002.01430.x
  5. Watanabe S., Sato M., Sawada Y. et al. Arabidopsis molybdenum cofactor sulfurase ABA3 contributes to anthocyanin accumulation and oxidative stress tolerance in ABA-dependent and independent ways // Sci. Rep. 2018. V. 8. P. 16592. https://doi.org/10.1038/s41598-018-34862-1
  6. Eckert M., Kaldenhoff R. Light-induced stomatal movement of selected Arabidopsis thaliana mutants // J. Experim. Bot. 2000. V. 51. № 49. P. 1435–1442. https://doi.org/10.1093/jexbot/51.349.1435
  7. Xiong L., Ishitani M., Lee H. et al. The Arabidopsis LOS5/ABA3 Locus Encodes a Molybdenum Cofactor Sulfurase and Modulates Cold Stress- and Osmotic Stress-Responsive Gene Expression // Plant Cell. 2001. V. 13. № 9. P. 2063–2083. https://doi.org/10.2307/3871428
  8. Llorente F., Oliveros J.C., Martinez-Zapater J.M. et al. A freezing-sensitive mutant of Arabidopsis, frs1, is a new aba3 allele // Planta. 2000. V. 211. № 5. P. 648–55. https://doi.org/10.1007/s004250000340
  9. Barrero J.M., Piqueras P., Gonzalez-Guzmán M. et al. A mutational analysis of the ABA1 gene of Arabidopsis thaliana highlights the involvement of ABA in vegetative development // J. Exp. Bot. 2005. V. 56. № 418. P. 2071–2083. https://doi.org/10.1093/jxb/eri206
  10. Nakashima K., Yamaguchi-Shinozaki K. ABA signaling in stress-response and seed development // Plant Cell Rep. 2013. V. 32. № 7. P. 959–970. https://doi.org/10.1007/s00299-013-1418-1
  11. Duarte G.T., Volkova P., Geras’kin S. The response profile to chronic radiation exposure based on the trans-criptome analysis of Scots pine from Chernobyl affec-ted zone // Environ. Pollut. 2019. V. 250. P. 618–626. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.04.064
  12. Cutler S.R., Rodriguez P.L., Finkelstein R.R. et al. Abscisic acid: emergence of a core signaling network // Ann. Rev. Plant Biol. 2010. V. 61. № 1. P. 651–679. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-042809-112122
  13. Bitarishvili S.V., Volkova P.Y. & Geras’kin S.A. γ-Irradiation of Barley Seeds and Its Effect on the Phytohormonal Status of Seedlings // Russ. J. Plant Physiol. 2018. V. 65. P. 446–454. https://doi.org/10.1134/S1021443718020024
  14. Aravind J., Vimala D.S., Radhamani J. et al. Germinationmetrics: Seed Germination Indices and Curve Fitting. R package version 0.1.3. 2019. Available at: https://github.com/aravind-j/germinationmetricshttps://cran.r-project.org/package=germinationmetrics. Accessed May 25, 2021.
  15. R Core Team, 2021. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. Available at: https://www.R-project.org/. Accessed May 25, 2021.
  16. Nambara E., Suzuki M., Abrams S. et al. A screen for genes that function in abscisic acid signalling in Arabidopsis thaliana // Genetics. 2002. V. 161. № 3. P. 1247–1255. https://doi.org/10.1093/genetics/161.3.1247
  17. Leon-Kloosterziel K.M., Gil M.A., Ruijs G.J. et al. Isolation and characterization of abscisic acid-deficient Arabidopsis mutants at two new loci // Plant J. 1996. V. 10. № 4. P. 655–661. https://doi.org/10.1046/j.1365-313X.1996.10040655.x
  18. El-Kassaby Y.A., Moss I., Kolotelo D. et al. Seed germination: Mathematical representation and parameters extraction // Forest Sci. 2008. V. 54. P. 220–227. https://doi.org/10.1093/forestscience/54.2.220
  19. ГОСТ 12038-84. Межгосударственный стандарт. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести (с Изменениями N 1, 2). [GOST 12038-84. Agricultural seeds. Methods for determination of germination (In Russ.]
  20. ГОСТ 20290-74. Семена сельскохозяйственных культур. Определение посевных качеств семян. Термины и определения. [GOST 20290-74. Seeds of crops. Determination of seed sowing quality. Terms and definitions (In Russ.)]
  21. Czabator F.J. Germination value: An index combining speed and completeness of pine seed germination // Forest Sci. 1962. V. 8. P. 386–396.
  22. Thomson A., El-Kassaby Y. Interpretation of seed-germination parameters // New Forests. 1993. V. 7. P. 123–132. https://doi.org/10.1007/BF00034195
  23. Nambara E., Naito S., McCourt P. A mutant of Arabidopsis which is defective in seed development and sto-rage protein accumulation is a new abi3 allele // Plant J. 1992. V. 2. № 4. P. 435–441. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.1992.00435.x
  24. Park J., Lee N., Kim W. et al. ABI3 and PIL5 collaboratively activate the expression of SOMNUS by directly binding to its promoter in imbibed Arabidopsis seeds // Plant Cell. 2011. V. 23. № 4. P. 1404–1415. https://doi.org/10.1105/tpc.110.080721
  25. Babina D., Podobed M., Bondarenko E. et al. Seed Gamma Irradiation of Arabidopsis thaliana ABA-Mutant Lines Alters Germination and Does Not Inhibit the Photosynthetic Efficiency of Juvenile Plants // Dose-Response. 2020. P. 1–13. https://doi.org/10.1177/1559325820979249
  26. Chan Z. Expression profiling of ABA pathway trans-cripts indicates crosstalk between abiotic and biotic stress responses in Arabidopsis // Genomics. 2012. V. 100. P. 110–115. https://doi.org/10.1016/j.ygeno.2012.06.004
  27. Plessis A., Cournol R., Effroy D. et al. New ABA-hypersensitive Arabidopsis mutants are affected in loci mediating responses to water deficit and Dickeya dadantii infection // PLoS One. 2011. V. 6. № 5. P. e20243. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0020243
  28. Schwartz S.H., Leon-Kloosterziel K.M., Koornneef M. et al. Biochemical characterization of the aba2 and aba3 mutants in Arabidopsis thaliana // Plant Physiol. 1997. V. 114. P. 161–166.
  29. Kader M. A comparison of seed germination calculation formulae and the associated interpretation of resulting data // J. & Proc. Royal Society of New South Wales. 2005. V. 138. P. 65–75.
  30. Talská R., Machalová J., Smýkal P., Hron K. A compa-rison of seed germination coefficients using functional regression // Appl Plant Sci. 2020. V. 8. № 8. P. e11366. https://doi.org/10.1002/aps3.11366
  31. Szklarczyk D., Gable A.L., Lyon D. et al. STRING v11: protein-protein association networks with increased coverage, supporting functional discovery in genome-wide experimental datasets // Nucl. Acids Res. 2019. V. 8. № 47 (D1). P. D607–D613. https://doi.org/10.1093/nar/gky1131

Дополнительные файлы


© Е.В. Бондаренко, Д.Д. Бабина, М.Ю. Подобед, А.С. Миценык, П.Ю. Волкова, 2023