Участь оксиду азоту в індукуванні теплостійкості проростків пшениці путресцином
Поліаміни є стресовими метаболітами рослин, задіяними у формуванні адаптивних реакцій. Останнім часом їх розглядають як сполуки, що залучаються в сигнальні процеси. Проте можлива роль оксиду азоту (NO) і його функціональної взаємодії з активними формами кисню (АФК) за умов реалізації стреспротектор...
Збережено в:
| Дата: | 2020 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2020
|
| Назва видання: | Доповіді НАН України |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/174276 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Участь оксиду азоту в індукуванні теплостійкості проростків пшениці путресцином / О.І. Кокорев, Ю.Є. Колупаєв, Ю.В. Карпець, А.І. Дяченко // Доповіді Національної академії наук України. — 2020. — № 12. — С. 85-92. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-174276 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1742762021-01-12T01:26:20Z Участь оксиду азоту в індукуванні теплостійкості проростків пшениці путресцином Кокорев, О.І. Колупаєв, Ю.Є. Карпець, Ю.В. Дяченко, А.І. Біологія Поліаміни є стресовими метаболітами рослин, задіяними у формуванні адаптивних реакцій. Останнім часом їх розглядають як сполуки, що залучаються в сигнальні процеси. Проте можлива роль оксиду азоту (NO) і його функціональної взаємодії з активними формами кисню (АФК) за умов реалізації стреспротекторних ефектів поліамінів вивчена дуже слабо. Досліджували участь NO як сигнального посередника в індукуванні теплостійкості проростків пшениці екзогенним діаміном путресцином. Інкубація коренів інтактних проростків на 1 мМ розчині путресцину спричиняла зростання активності діаміноксидази і транзиторне підвищення в них вмісту оксиду азоту та пероксиду водню з максимумами відповідно через 1 і 2 год від початку обробки. Збільшення вмісту NO усувалося дією аміногуанідину (інгібітор діаміноксидази і NO синтази), але не вольфрамату натрію (інгібітор нітратредуктази). Обробка проростків скавенджером пероксиду водню диметилтіосечовиною (ДМТС) зменшувала ефект підвищення вмісту NO в коренях, спричинюваний путресцином. Водночас скавенджер NO PTIO (2-phenyl-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide) практично повністю усував накопичення пероксиду водню в коренях, яке відбувалося під дією путресцину. Підвищення теплостійкості проростків, індуковане дією путресцину, повністю знімалося під впливом скавенджера NO PTIO, інгібітора діаміноксидази і NO-синтази аміногуанідину та антиоксиданту ДМТС. Зроблено висновок про функціональну взаємодію АФК і NO як сигнальних посередників, що забезпечують індукування захисних реакцій і розвиток теплостійкості рослин, оброблених путресцином. Polyamines are stress plant metabolites involved in the formation of adaptive responses. Recently, they have been considered as compounds that are involved in signaling processes. However, the possible role of nitric oxide (NO) and its functional interaction with reactive oxygen species (ROS) in the realization of stress-protective effects of polyamines has been very poorly studied. The participation of NO as a signaling mediator in the induction of the heat resistance of wheat seedlings by the exogenous diamine putrescine is studied. Incubation of intact seedling roots on a 1 mM putrescine solution caused an increase in the activity of diamine oxidase and a transient increase in the content of nitric oxide and hydrogen peroxide, respectively, with peaks at 1 and 2 hours from the start of the treatment. The increase in the NO content was eliminated by the action of aminoguanidine (an inhibitor of diamine oxidase and NO synthase), but not sodium tungstate (an inhibitor of nitrate reductase). Treatment of seedlings with a scavenger of hydrogen peroxide with dimethylthiourea (DMTU) reduced the effect of increasing the NO content in roots caused by putrescine. At the same time, scavenger NO PTIO (2-phenyl-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide) almost completely eliminated the accumulation of hydrogen peroxide in the roots, which occurred under the action of putrescine. The increase in the heat resistance of seedlings induced by the treatment with putrescine was completely eliminated under the influence of the NO PTIO scavenger, an inhibitor of diamine oxidase and NO synthase aminoguanidine, and the antioxidant DMTU. It is concluded about the functional interaction of ROS and NO as a signal intermediaries, providing the induction of protective responses and the development of plants of heat-resistance in the processing of putrescine. 2020 Article Участь оксиду азоту в індукуванні теплостійкості проростків пшениці путресцином / О.І. Кокорев, Ю.Є. Колупаєв, Ю.В. Карпець, А.І. Дяченко // Доповіді Національної академії наук України. — 2020. — № 12. — С. 85-92. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2020.12.085 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/174276 581.1 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Біологія Біологія |
| spellingShingle |
Біологія Біологія Кокорев, О.І. Колупаєв, Ю.Є. Карпець, Ю.В. Дяченко, А.І. Участь оксиду азоту в індукуванні теплостійкості проростків пшениці путресцином Доповіді НАН України |
| description |
Поліаміни є стресовими метаболітами рослин, задіяними у формуванні адаптивних реакцій. Останнім часом їх розглядають як сполуки, що залучаються в сигнальні процеси. Проте можлива роль оксиду азоту
(NO) і його функціональної взаємодії з активними формами кисню (АФК) за умов реалізації стреспротекторних ефектів поліамінів вивчена дуже слабо. Досліджували участь NO як сигнального посередника в
індукуванні теплостійкості проростків пшениці екзогенним діаміном путресцином. Інкубація коренів
інтактних проростків на 1 мМ розчині путресцину спричиняла зростання активності діаміноксидази і
транзиторне підвищення в них вмісту оксиду азоту та пероксиду водню з максимумами відповідно через
1 і 2 год від початку обробки. Збільшення вмісту NO усувалося дією аміногуанідину (інгібітор діаміноксидази і NO синтази), але не вольфрамату натрію (інгібітор нітратредуктази). Обробка проростків скавенджером пероксиду водню диметилтіосечовиною (ДМТС) зменшувала ефект підвищення вмісту NO в
коренях, спричинюваний путресцином. Водночас скавенджер NO PTIO (2-phenyl-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide) практично повністю усував накопичення пероксиду водню в коренях, яке відбувалося
під дією путресцину. Підвищення теплостійкості проростків, індуковане дією путресцину, повністю знімалося під впливом скавенджера NO PTIO, інгібітора діаміноксидази і NO-синтази аміногуанідину та антиоксиданту ДМТС. Зроблено висновок про функціональну взаємодію АФК і NO як сигнальних посередників, що забезпечують індукування захисних реакцій і розвиток теплостійкості рослин, оброблених путресцином. |
| format |
Article |
| author |
Кокорев, О.І. Колупаєв, Ю.Є. Карпець, Ю.В. Дяченко, А.І. |
| author_facet |
Кокорев, О.І. Колупаєв, Ю.Є. Карпець, Ю.В. Дяченко, А.І. |
| author_sort |
Кокорев, О.І. |
| title |
Участь оксиду азоту в індукуванні теплостійкості проростків пшениці путресцином |
| title_short |
Участь оксиду азоту в індукуванні теплостійкості проростків пшениці путресцином |
| title_full |
Участь оксиду азоту в індукуванні теплостійкості проростків пшениці путресцином |
| title_fullStr |
Участь оксиду азоту в індукуванні теплостійкості проростків пшениці путресцином |
| title_full_unstemmed |
Участь оксиду азоту в індукуванні теплостійкості проростків пшениці путресцином |
| title_sort |
участь оксиду азоту в індукуванні теплостійкості проростків пшениці путресцином |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2020 |
| topic_facet |
Біологія |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/174276 |
| citation_txt |
Участь оксиду азоту в індукуванні теплостійкості проростків пшениці путресцином / О.І. Кокорев, Ю.Є. Колупаєв, Ю.В. Карпець, А.І. Дяченко // Доповіді Національної академії наук України. — 2020. — № 12. — С. 85-92. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT kokorevoí učastʹoksiduazotuvíndukuvanníteplostíjkostíprorostkívpšenicíputrescinom AT kolupaêvûê učastʹoksiduazotuvíndukuvanníteplostíjkostíprorostkívpšenicíputrescinom AT karpecʹûv učastʹoksiduazotuvíndukuvanníteplostíjkostíprorostkívpšenicíputrescinom AT dâčenkoaí učastʹoksiduazotuvíndukuvanníteplostíjkostíprorostkívpšenicíputrescinom |
| first_indexed |
2025-07-15T11:12:59Z |
| last_indexed |
2025-07-15T11:12:59Z |
| _version_ |
1837711208256372736 |
| fulltext |
85
ОПОВІДІ
НАЦІОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМІЇ НАУК
УКРАЇНИ
ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 12: 85—92
Ц и т у в а н н я: Кокорев О.І. , Колупаєв Ю.Є., Карпець Ю.В., Дяченко А.І. Участь оксиду азоту в інду ку-
ванні теплостійкості проростків пшениці путресцином. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 12. С. 85—92.
https://doi.org/10.15407/dopovidi2020.12.085
Поліаміни являють собою аліфатичні азотовмісні сполуки з регулярним просторовим роз-
ташуванням позитивних зарядів. Вони виявлені у рослин, тварин і мікроорганізмів. У рос-
лин поліаміни розглядаються як поліфункціональні стресові метаболіти, за несприятли-
вих умов їх кількість у клітинах може зростати на порядки [1].
https://doi.org/10.15407/dopovidi2020.12.085
УДК 581.1
О.І. Кокорев1, Ю.Є. Колупаєв1,
Ю.В. Карпець1, А.І. Дяченко2
1 Харківський національний аграрний університет ім. В.В. Докучаєва
2 Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України, Київ
E-mail: plant_biology@ukr.net
Участь оксиду азоту в індукуванні
теплостійкості проростків пшениці путресцином
Представлено членом-кореспондентом НАН України О.П. Дмитрієвим
Поліаміни є стресовими метаболітами рослин, задіяними у формуванні адаптивних реакцій. Останнім ча-
сом їх розглядають як сполуки, що залучаються в сигнальні процеси. Проте можлива роль оксиду азоту
(NO) і його функціональної взаємодії з активними формами кисню (АФК) за умов реалізації стреспро-
текторних ефектів поліамінів вивчена дуже слабо. Досліджували участь NO як сигнального посередника в
індукуванні теплостійкості проростків пшениці екзогенним діаміном путресцином. Інкубація коренів
інтактних проростків на 1 мМ розчині путресцину спричиняла зростання активності діаміноксидази і
транзиторне підвищення в них вмісту оксиду азоту та пероксиду водню з максимумами відповідно через
1 і 2 год від початку обробки. Збільшення вмісту NO усувалося дією аміногуанідину (інгібітор діамінокси-
дази і NO синтази), але не вольфрамату натрію (інгібітор нітратредуктази). Обробка проростків ска-
венджером пероксиду водню диметилтіосечовиною (ДМТС) зменшувала ефект підвищення вмісту NO в
коренях, спричинюваний путресцином. Водночас скавенджер NO PTIO (2-phenyl-4,4,5,5-tetramethylimida-
zoline-1-oxyl-3-oxide) практично повністю усував накопичення пероксиду водню в коренях, яке відбувалося
під дією путресцину. Підвищення теплостійкості проростків, індуковане дією путресцину, повністю зні-
малося під впливом скавенджера NO PTIO, інгібітора діаміноксидази і NO-синтази аміногуанідину та анти-
оксиданту ДМТС. Зроблено висновок про функціональну взаємодію АФК і NO як сигнальних посередників, що
забезпечують індукування захисних реакцій і розвиток теплостійкості рослин, оброблених путресцином.
Ключові слова: поліаміни, путресцин, монооксид азоту (NO), пероксид водню, сигнальні посередники, тепло-
стійкість, Triticum aestivum.
БІОЛОГІЯ
86 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2020. № 12
О.І. Кокорев, Ю.Є. Колупаєв, Ю.В. Карпець, А.І. Дяченко
Екзогенні поліаміни, в тому числі діамін путресцин, мають здатність підвищувати стій-
кість рослин до абіотичних стресорів різної природи [1], зокрема до гіпертермії [2]. Нако-
пичені відомості і щодо впливу екзогенних поліамінів на стійкість рослин до інших стре-
сорів. Так, показано, що додавання путресцину в середовище культивування клітин кар-
топлі підвищувало їх виживаність у присутності агента осмотичного стресу ПЕГ 8000 [3].
Обробка проростків конюшини сперміном перед впливом ПЕГ 6000 сприяла збереженню
пулу фотосинтетичних пігментів та росту рослин [4].
Поряд з прямим протекторним впливом на біомакромолекули і антиоксидантною
дією [5] поліаміни можуть залучатися в процеси клітинного сигналінгу. Це зумовлено на-
самперед тим, що під час окиснення поліамінів ді- і поліаміноксидазами утворюється пе-
роксид водню (H2O2) [1], який є достатньо стабільною активною формою кисню (АФК),
завдяки чому має чималий сигнальний потенціал і розглядається як самостійний посеред-
ник [6]. Поряд з утворенням H2O2 внаслідок підвищення вмісту поліамінів у рослинних
клітинах зазвичай також зростає вміст оксиду азоту (NO) [7], що перебуває у центрі бага-
тьох адаптивних і патологічних процесів [6].
Проте механізми посилення генерації NO рослинами під дією поліамінів з’ясовані не
повністю. Припускають, що NO може утворюватися в процесі деградації поліамінів з учас-
тю ді- і поліаміноксидаз. Так, у коренях рослин арабідопсису, нокаутних за Cu-амінокси да-
зою 1, у відповідь на обробку путресцином, утворювалася менша кількість NO, ніж у рослин
дикого типу [8]. Однак у сім’ядолях і листках таких відмінностей не виявлено. Водно час
повідомляється також про здатність поліамінів модулювати активність нітратредуктази [1].
Проте індуковане поліамінами утворення NO спостерігалося у мутантів арабідопсису, де-
фектних за генами нітратредуктаз (nia1/nia2) [9]. Це свідчить про те, що відновлювальний
шлях утворення NO під дією поліамінів, принаймні у рослин арабідопсису, не є основним.
Оксид азоту і АФК як сигнальні посередники перебувають у тісній функціональній
взає модії. Існує припущення, що H2O2 бере участь в утворенні NO, спричинюваному дією
на рослини екзогенного путресцину [7]. Проте в цілому характер взаємодії NO і АФК як
сигнальних посередників і значення такої взаємодії для формування адаптивних реакцій
росли залишаються не дослідженими.
Раніше ми показали значення H2O2 як посередника в індукуванні теплостійкості про-
ростків пшениці путресцином [10]. Метою цієї роботи стало з’ясування ролі NO та його
можливої функціональної взаємодії з H2O2 у реалізації стрес-протекторної дії путресцину
на проростки пшениці при гіпертермії.
Матеріали і методи. Об’єктом дослідження були етіольовані проростки м’якої озимої
пшениці (Triticum aestivum L.) сорту Досконала. Зернівки знезаражували протягом 30 хв у
6 % розчині H2O2 і пророщували при температурі 20—22 °С на очищеній водопровідній воді.
На третю добу пророщування насіння в середовище додавали путресцин у концентрації
1 мМ і витримували проростки на його розчині протягом однієї доби, проростки контро-
льного варіанта продовжували інкубувати на очищеній водопровідній воді. Концентра-
ція путресцину, що максимально підвищувала теплостійкість проростків, була встановле-
на нами раніше [10].
В окремих варіантах досліду проростки протягом 26 год обробляли скавенджером
NO PTIO (2-phenyl-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide, 2 мМ), інгібітором діа-
87ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 12
Участь оксиду азоту в індукуванні теплостійкості проростків пшениці путресцином
міноксидази аміногуанідином (1 мМ), ін-
гібітором нітратредуктази вольфраматом
натрію (2 мМ) або антиоксидантом диме-
тилтіосечовиною (ДМТС, 0,15 мМ). У ва-
ріантах з вивчення комбінованої дії пут-
ресцину і вказаних скавенджерів сигналь-
них посередників або інгібіторів їх синтезу
ці агенти вносили в середовище інкубації проростків за 2 год до додавання в нього пут-
ресцину. Кон цен трації цих сполук вибирали в попередніх дослідах.
Для біохімічних аналізів використовували корені проростків, оскільки вони більш
чутливі до впливів екзогенних сполук і гіпертермії [10]. Активність діаміноксидази ви з-
начали за кількістю піроліну, утворюваного у реакції ферментативного окиснення путрес-
цину [11]. Кількість піроліну аналізували за реакцією із сумішшю нінгідрину та гідрин дан-
тину, розчинених у суміші льодяної оцтової та фосфорної кислот [11]. Вміст NO у ко ренях
проростків аналізували з використанням реактиву Грісса [12]. Кількість H2O2 визначали
феритіоціанатним методом [13].
Для визначення теплостійкості проростків їх прогрівали у водяному ультратермостаті
за температури 45,0 ± 0,1 °С протягом 10 хв. Після цього проростки усіх варіантів пере-
но сили на очищену воду. Через 3 доби оцінювали виживаність проростків [12].
Досліди проводили у 3—4-разовому повторенні, на рисунках наведені середні величини
та їх похибки.
Результати досліджень та їх обговорення. За умов інкубації проростків на середови-
щі з путресином у них зростала активність діаміноксидази, причому істотний ефект спос-
терігався вже за 0,5 год від початку обробки (рис. 1). Підвищений рівень активності фер-
менту з деякими флуктуаціями відзначався і в наступні години спостережень, дещо зни-
жуючись до 24 год. Дія путресцину також спричиняла транзиторне підвищення у коренях
проростків вмісту NO та H2O2 (див. рис. 1). Часова динаміка зміни кількості цих посе-
редників у клітинах коренів була подібною. Найбільше за величиною зростання вмісту
NO відзначалося через 1 год від початку дії путресцину, а найбільша кількість H2O2 у ко-
ренях фіксувалася через 2 год інкубації. Таким чином, зростання вмісту NO дещо випе-
реджало збільшення кількості H2O2 в коренях. Однак вміст обох сполук через 1—2 год від
початку впливу путресцину був істотно вищим від контролю. Водночас до 24 год експери-
менту кількість NO і H2O2 у коренях, що інкубувалися на середовищі з додаванням пут-
ресцину, слабо відрізнялася від контролю (див. рис. 1).
Обробка коренів проростків аміногуанідином, що інгібує діаміноксидазу і NO-син-
тазу, спричиняла зменшення вмісту в них NO (рис. 2). При цьому вона повністю усувала
ефект підвищення вмісту NO в коренях, спричинюваний дією путресцину. Водночас під
впливом інігібітора нітратредуктази вольфрамату натрію вміст NO майже не змінювався.
Рис. 1. Динаміка вмісту оксиду азоту (1), перок-
сиду водню (2) та активності діаміноксидази (3)
у коренях проростків пшениці під впливом 1 мМ
путресцину (% до контролю)
88 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2020. № 12
О.І. Кокорев, Ю.Є. Колупаєв, Ю.В. Карпець, А.І. Дяченко
У варіанті з поєднанням обробки коренів вольфраматом натрію і путресцином вплив ос-
таннього на вміст NO в коренях зменшувався незначною мірою (див. рис. 2). Ці дані вказу-
ють на те, що зростання вмісту NO під впливом путресцину не пов’язано з дією нітра т-
редуктази, але залежить від активності діаміноксидази. Примітно, що динаміка вмісту NO і
активності діаміноксидази у варіанті з обробкою проростків путресцином була подібною
(див. рис. 1).
Скавенджер пероксиду водню ДМТС сам по собі майже не впливав на вміст NO в ко-
ренях проростків, але частково усував ефект його підвищення, індукований дією путрес-
цину (див. рис. 2).
У випадку обробки проростків PTIO вміст пероксиду водню в коренях майже не змі-
нювався (рис. 3). Водночас у присутності PTIO не відбувалося підвищення вмісту H2O2 у
коренях, спричинюваного дією путресцину.
Під впливом обробки путресцином зростала теплостійкість проростків пшениці
(рис. 4). Інкубація на середовищі з PTIO дещо знижувала виживаність проростків після
ушкоджувального прогріву. При цьому захисний ефект путресцину в присутності PTIO не
проявлявся. Інгібітори ферментів синтезу NO самі по собі істотно не впливали на тепло-
стійкість проростків. Водночас аміногуанідин (інгібітор діаміноксидази і NO-синтази) усу-
вав позитивний вплив путресцину на теплостійкість проростків, а вольфрамат натрію (ін-
гібітор нітратредуктази) спричиняв лише тенденцію до зменшення прояву протекторних
ефектів діаміну (див. рис. 4). Скавенджер пероксиду водню ДМТС сам по собі майже не
впливав на теплостійкість проростків пшениці, хоча майже повністю усував ефект інду-
кування терморезистентності у разі обробки проростків путресцином (див. рис. 4).
Рис. 2. Вплив путресцину, ДМТС та інгі біторів синтезу NO на його вміст (нмоль/г сирої речовини) у
коренях проростків пшениці. 1 — контроль; 2 — путресцин (1 мМ); 3 — аміногуанідин (1 мМ); 4 — путрес-
цин (1 мМ) + аміногуанідин (1 мМ); 5 — вольф рамат натрію (2 мМ); 6 — путресцин (1 мМ) + вольфрамат
натрію (2 мМ); 7 — ДМТС (0,15 мМ); 8 — путресцин (1 мМ) + ДМТС (0,15 мМ). Вміст NO визначали че-
рез 1 год від початку інкубації проростків на середовищі з путресцином та/або через 3 год від початку об-
робки іншими сполуками
Рис. 3. Вплив путресцину та скавенджера NO PTIO на вміст пероксиду водню (нмоль/г сирої речовини)
у коренях проростків пшениці. 1 — контроль; 2 — путресцин (1 мМ); 3 — PTIO (0,1 мМ); 4 — путресцин
(1 мМ) + PTIO (0,1 мМ). Вміст пероксиду водню визначали через 2 год від початку інкубації проростків
на середовищі з путресцином та/або через 4 год від початку обробки PTIO
89ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 12
Участь оксиду азоту в індукуванні теплостійкості проростків пшениці путресцином
Отже, згідно з одержаними результатами, розвиток теплостійкості проростків пшени-
ці, спричинюваний дією путресцину, залежить від утворення як NO, так і H2O2. При цьому
NO у разі обробки коренів проростків путресцином утворюється переважно окиснюваль-
ним шляхом, а не за рахунок відновлення нітратів/нітритів. Про це свідчить неістотний
вплив інгібітора нітратредуктази вольфрамату натрію на вміст NO в коренях проростків,
оброблених путресцином (див. рис. 2). Водночас усунення зростання вмісту NO дією амі-
ногуанідину вказує на роль саме окиснювального шляху утворення NO в реалізації фізіо-
логічних ефектів путресцину. Найбільш імовірним може бути збільшення вмісту NO в клі-
тинах коренів за рахунок перетворення екзогенного путресцину. Проте механізм синтезу
NO під дією ді- і поліаміноксидаз залишається невідомим.
Цілком імовірно, що утворення NO за умов дії на корені проростків путресцину відбу-
вається за участі H2O2. На це вказує часткове зняття спричинюваного путресцином ефекту
збільшення вмісту NO обробкою проростків антиоксидантом ДМТС (див. рис. 2). У роботі
B. Yang і співавт. [7] висловлюється припущення, що H2O2 бере участь у вивільненні NO,
індукованому поліамінами, як джерело кисню. Однак прямих експериментальних підтвер-
джень така гіпотеза поки що не має. Проте в роботі Z. Li і співавт. [14] показано, що накопи-
чення H2O2 в проростках конюшини, викликане дією сперміну, не усувалося антагоністом
NO гемоглобіном. З іншого боку, підвищення вмісту NO у цьому об’єкті частково нівелю-
валося скавенджером H2O2 ДМТМ, через що автори вважають, що H2O2 як посередник у
сигнальному шляху, індукованому сперміном, розташований вище, ніж NO.
Водночас отримані нами результати свідчать про роль NO в утворенні H2O2 за умов об-
робки проростків путресцином. Зростання вмісту H2O2, що відбувалося під впливом пу-
тресцину, усувалося скавенджером NO PTIO (див. рис. 3). Не виключено, що така функ-
ціональна взаємодія NO і H2O2 може залежати від природи поліамінів і видових особли-
востей рослин.
Найімовірніше ключовою ланкою в посиленні утворення як H2O2, так і NO під дією на
проростки пшениці діаміну путресцину є активація ним діаміноксидази. Раніше нами було
показано зняття ефекту путресциніндукованого накопичення H2O2 інгібітором діамін-
о ксидази аміногуанідином [10]. H2O2 є безпосереднім продуктом окиснювальної деградації
путресцину діаміноксидазою [11]. Пов’язаним з активністю діаміноксидази може бути і
утворення NO, але через відсутність уявлень про механізми цього процесу дотепер діамін-
Рис. 4. Виживаність проростків пшениці
після ушкоджувального прогріву (10 хв
за температури 45°С). 1 — контроль; 2 —
путресцин (1 мМ); 3 — PTIO (0,1 мМ);
4 — путресцин (1 мМ) + PTIO (0,1 мМ);
5 — аміногуанідин (1 мМ); 6 — путресцин
(1 мМ) + аміногуанідин (1 мМ); 7 — воль-
фрамат натрію (2 мМ); 8 — путресцин
(1 мМ) + вольфрамат натрію (2 мМ); 9 —
ДМТС (0,15 мМ); 10 — путресцин (1 мМ) +
+ ДМТС (0,15 мМ)
90 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2020. № 12
О.І. Кокорев, Ю.Є. Колупаєв, Ю.В. Карпець, А.І. Дяченко
о ксидаза розглядається лише як гіпотетичний генератор NO [15]. Вивчення внеску цього
ферменту в синтез NO ускладнюється тим, що діаміноксидаза і фермент, подібний до
NO-синтази тварин, пригнічуються одними й тими ж інігібіторами — аміногуанідином і
L-NAME. Водночас відсутні й молекулярно-генетичні докази наявності у вищих рослин
ферменту, подібного до NO-синтази тварин [15]. Таким чином, питання про конкретні
ферменти утворення NO окиснювальним шляхом у вищих рослин дотепер залишається від-
критим.
Проте отримані нами результати вказують на участь NO, утворюваного окиснюваль-
ним шляхом, у процесах індукування теплостійкості проростків пшениці путресцином. При
цьому NO перебуває у функціональній взаємодії з H2O2 і утворення цих посередників є вза-
ємозалежним. Не виключено, що у випадку дії путресцину утворення NO і H2O2 може
бу ти результатом роботи однієї каталітичної системи — діаміноксидази, хоча з’ясування
механізму генерації нею NO потребує спеціальних досліджень.
Загалом результати дослідження свідчать про те, що індукування путресцином захис-
них реакцій, які зумовлюють розвиток теплостійкості проростків пшениці, залежить від ак-
тивності діаміноксидази і накопичення H2O2 та NO.
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Pal M., Szalai G., Janda T. Speculation: Polyamines are important in abiotic stress signaling. Plant Sci. 2015.
237. P. 16—23. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2015.05.003
2. Asthir B., Kumar R., Bains N.S. Why and how putrescine modulates thermotolerance in wheat? Indian J.
Biochem. Biophys. 2018. 55, № 6. P. 404—412. http://nopr.niscair.res.in/handle/123456789/45454
3. Scaramagli S., Biondi S., Leone A., Grillo S., Torrigiani P. Acclimation to low water potential in potato
cell suspension cultures leads to changes in putrescine metabolism. Plant Physiol. Biochem. 2000. 38, № 4.
P. 345—351. https://doi.org/10.1016/S0981-9428(00)00750-6
4. Li Z., Zhang Y., Zhang,X., Peng Y., Merewitz E., Ma X., Linkai H., Yanhong Y. The alterations of endoge-
nous polyamines and phytohormones induced by exogenous application of spermidine regulate antioxidant
metabolism, metallothionein and relevant genes conferring drought tolerance in white clover. Environ. Exp.
Bot. 2016. 124. P. 22—38. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2015.12.004
5. Kuznetsov Vl.V., Radyukina N.L., Shevyakova N.I. Polyamines and stress: Biological role, metabolism, and
regulation. Russ. J. Plant Physiol. 2006. 53, № 5. P. 583—604. https://doi.org/10.1134/S1021443706050025
6. Kolupaev Yu.E., Karpets Yu.V., Dmitriev A.P. Signal mediators in plants in response to abiotic stress: cal-
cium, reactive oxygen and nitrogen species. Cytol. Genet. 2015. 49, № 5. P. 338—348. https://doi.org/10.3103/
S0095452715050047
7. Yang B., Wu J., Gao F., Wang J., Su G. Polyamine-induced nitric oxide generation and its potential require-
ment for peroxide in suspension cells of soybean cotyledon node callus. Plant Physiol. Biochem. 2014. 79.
P. 41—47. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2014.02.025
8. Wimalasekera R., Villar C., Beguma T., Scherer G.F.E. COPPER AMINE OXIDASE1 (CuAO1) of Ara bi-
dopsis thaliana contributes to abscisic acid- and polyamine-induced nitric oxide biosynthesis and abscisic
acid signal transduction. Mol. Plant. 2011. 4, № 4. P. 663—678. https://doi.org/10.1093/mp/ssr023
9. Wimalasekera R., Tebartz F., Scherer G.F.E. Polyamines, polyamine oxidases and nitric oxide in develop-
ment, abiotic and biotic stresses. Plant Sci. 2011. 181, № 5. P. 593—603. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.
2011.04.002
10. Kolupaev Yu.E., Kokorev A.I., Yastreb T.O., Horielova E.I. Hydrogen peroxide as a signal mediator at in-
ducing heat resistance in wheat seedlings by putrescine. Ukr. Biochem. J. 2019. 91, № 6. P. 103—111. https://
doi.org/10.15407/ubj91.06.103
11. Naik B.I., Goswami R.G., Srivastava S.K. A rapid and sensitive calorimetric assay of amine oxidase. Anal.
Biochem. 1981. 111, № 1. P. 146—148. https://doi.org/10.1016/0003-2697(81)90242-6
91ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 12
Участь оксиду азоту в індукуванні теплостійкості проростків пшениці путресцином
12. Karpets Yu.V., Kolupaev Yu.E., Vayner A.A. Functional interaction between nitric oxide and hydrogen
peroxide during formation of wheat seedling induced heat resistance. Russ. J. Plant Physiol. 2015. 62, № 1.
P. 65—70. https://doi.org/10.1134/S1021443714060090
13. Sagisaka S. The occurrence of peroxide in a perennial plant, Populus gelrica. Plant Physiol. 1976. 57, № 2.
P. 308—309. https://doi.org/10.1104/pp.57.2.308
14. Li Z., Zhu Y., He X., Yong B., Peng Y., Zhang X., Ma X., Yan Y., Huang L., Nie G. The hydrogen sulfide, a
downstream signaling molecule of hydrogen peroxide and nitric oxide, involves spermidine-regulated
transcription factors and antioxidant defense in white clover in response to dehydration. Environ. Exp. Bot.
2019. 161. P. 255—264. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2018.06.036
15. Kolbert Z., Barroso J.B., Brouquisse R., Corpas F.J., Gupta K.J., Lindermayr C., Loake G.J., Palma J.M.,
Petřivalský M., Wendehenne D., Hancock J.T. A forty year journey: The generation and roles of NO in
plants. Nitric Oxide. 2019. 93. P. 53—70. https://doi.org/10.1016/j.niox.2019.09.006
Надійшло до редакції 26.10.2020
REFERENCES
1. Pal, M., Szalai, G. & Janda, T. (2015). Speculation: Polyamines are important in abiotic stress signaling. Plant
Sci., 237, pp. 16-23. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2015.05.003
2. Asthir, B., Kumar, R. & Bains, N.S. (2018). Why and how putrescine modulates thermotolerance in wheat?
Indian J. Biochem. Biophys., 55, No. 6, pp. 404-412. http://nopr.niscair.res.in/handle/123456789/45454
3. Scaramagli, S., Biondi, S., Leone, A., Grillo, S. & Torrigiani, P. (2000). Acclimation to low water potential in
potato cell suspension cultures leads to changes in putrescine metabolism. Plant Physiol. Biochem., 38,
No. 4, pp. 345-351. https://doi.org/10.1016/S0981-9428(00)00750-6
4. Li, Z., Zhang, Y., Zhang, X., Peng, Y., Merewitz, E., Ma, X., Linkai, H. & Yanhong, Y. (2016). The alterations
of endogenous polyamines and phytohormones induced by exogenous application of spermidine regulate
antioxidant metabolism, metallothionein and relevant genes conferring drought tolerance in white clover.
Environ. Exp. Bot., 124, pp. 22-38. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2015.12.004
5. Kuznetsov, Vl. V., Radyukina, N. L. & Shevyakova, N. I. (2006). Polyamines and stress: Biological role,
metabolism, and regulation. Russ. J. Plant Physiol., 53, No. 5, pp. 583-604. https://doi.org/10.1134/
S1021443706050025
6. Kolupaev, Yu. E., Karpets, Yu. V. & Dmitriev, A. P. (2015). Signal mediators in plants in response to abiotic
stress: calcium, reactive oxygen and nitrogen species. Cytol. Genet., 49, No. 5, pp. 338-348. https://doi.
org/10.3103/S0095452715050047
7. Yang, B., Wu, J., Gao, F., Wang, J. & Su, G. (2014). Polyamine-induced nitric oxide generation and its po ten-
tial requirement for peroxide in suspension cells of soybean cotyledon node callus. Plant Physiol. Biochem.,
79, pp. 41-47. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2014.02.025
8. Wimalasekera, R., Villar, C., Beguma, T. & Scherer, G.F.E. (2011). COPPER AMINE OXIDASE1 (CuAO1)
of Arabidopsis thaliana contributes to abscisic acid- and polyamine-induced nitric oxide biosynthesis and
abscisic acid signal transduction. Mol. Plant., 4, No. 4, pp. 663-678. https://doi.org/10.1093/mp/ssr023
9. Wimalasekera, R., Tebartz, F. & Scherer, G.F.E. (2011). Polyamines, polyamine oxidases and nitric oxide in
development, abiotic and biotic stresses. Plant Sci., 181, No. 5, pp. 593-603. https://doi.org/10.1016/j.
plantsci.2011.04.002
10. Kolupaev, Yu.E., Kokorev, A.I., Yastreb, T.O. & Horielova, E.I. (2019). Hydrogen peroxide as a signal media-
tor at inducing heat resistance in wheat seedlings by putrescine. Ukr. Biochem. J., 91, No. 6, pp. 103-111.
https://doi.org/10.15407/ubj91.06.103
11. Naik, B.I., Goswami, R.G. & Srivastava, S.K. (1981). A rapid and sensitive calorimetric assay of amine oxidase.
Anal. Biochem., 111, No. 1, pp. 146-148. https://doi.org/10.1016/0003-2697(81)90242-6
12. Karpets, Yu.V., Kolupaev, Yu.E. & Vayner, A.A. (2015). Functional interaction between nitric oxide and
hydrogen peroxide during formation of wheat seedling induced heat resistance. Russ. J. Plant Physiol., 62,
No. 1, pp. 65-70. https://doi.org/10.1134/S1021443714060090
13. Sagisaka, S. (1976). The occurrence of peroxide in a perennial plant, Populus gelrica. Plant Physiol., 57,
No. 2, pp. 308-309. https://doi.org/10.1104/pp.57.2.308
92 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2020. № 12
О.І. Кокорев, Ю.Є. Колупаєв, Ю.В. Карпець, А.І. Дяченко
14. Li, Z., Zhu, Y., He, X., Yong, B., Peng, Y., Zhang, X., Ma, X., Yan, Y., Huang, L. & Nie, G. (2019).The hydro-
gen sulfide, a downstream signaling molecule of hydrogen peroxide and nitric oxide, involves spermidi ne-
regulated transcription factors and antioxidant defense in white clover in response to dehydration. Envi ron.
Exp. Bot., 161, pp. 255-264. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2018.06.036
15. Kolbert, Z., Barroso, J.B., Brouquisse, R., Corpas, F.J., Gupta, K.J., Lindermayr, C., Loake, G.J., Palma, J.M.,
Petřivalský, M., Wendehenne, D. & Hancock, J.T. (2019). A forty year journey: The generation and roles of
NO in plants. Nitric Oxide, 93, pp. 53-70. https://doi.org/10.1016/j.niox.2019.09.006
Received 26.10.2020
A.I. Kokorev 1, Yu.E. Kolupaev 1,
Yu.V. Karpets 1, A.I. Dyachenko 2
1 V.V. Dokuchaev Kharkiv National Agrarian University
2 Institute of Cell Biology and Genetic Engineering of the NAS of Ukraine, Kyiv
E-mail: plant_biology@ukr.net
PARTICIPATION OF NITRIC OXIDE IN THE INDUCTION
OF HEAT RESISTANCE OF WHEAT SEEDLINGS BY PUTRESCINE
Polyamines are stress plant metabolites involved in the formation of adaptive responses. Recently, they have
been considered as compounds that are involved in signaling processes. However, the possible role of nitric oxide
(NO) and its functional interaction with reactive oxygen species (ROS) in the realization of stress-protective
effects of polyamines has been very poorly studied. The participation of NO as a signaling mediator in the in-
duction of the heat resistance of wheat seedlings by the exogenous diamine putrescine is studied. Incubation of
intact seedling roots on a 1 mM putrescine solution caused an increase in the activity of diamine oxidase and a
transient increase in the content of nitric oxide and hydrogen peroxide, respectively, with peaks at 1 and 2 hours
from the start of the treatment. The increase in the NO content was eliminated by the action of aminoguani-
dine (an inhibitor of diamine oxidase and NO synthase), but not sodium tungstate (an inhibitor of nitrate re-
ductase). Treatment of seedlings with a scavenger of hydrogen peroxide with dimethylthiourea (DMTU) re-
duced the effect of increasing the NO content in roots caused by putrescine. At the same time, scavenger NO
PTIO (2-phenyl-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide) almost completely eliminated the accumula-
tion of hydrogen peroxide in the roots, which occurred under the action of putrescine. The increase in the heat
resistance of seedlings induced by the treatment with putrescine was completely eliminated under the influence
of the NO PTIO scavenger, an inhibitor of diamine oxidase and NO synthase aminoguanidine, and the anti-
oxidant DMTU. It is concluded about the functional interaction of ROS and NO as a signal intermediaries,
providing the induction of protective responses and the development of plants of heat-resistance in the proces-
sing of putrescine.
Keywords: polyamines, putrescine, nitric oxide (NO), hydrogen peroxide, signaling mediators, heat resistance,
Triticum aestivum.
|