Зміни рибонуклеазної активності опромінених УФ-В та рентгенівською радіацією сім’ядольних листків Linum usitatissimum у процесі старіння
Дослiджено змiни рибонуклеазної активностi в онтогенезi сiм’ядольних листкiв Linum usitatissimum, пiдданих дiї рiзних доз гострого рентгенiвського та УФ-В опромiнення. Встановлено залежнiсть пiдвищення рибонуклеазної активностi вiд доз опромiнення та стадiй онтогенезу сiм’ядольних листкiв. Розгля...
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2014
|
| Назва видання: | Доповіді НАН України |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88619 |
| 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: | Зміни рибонуклеазної активності опромінених УФ-В та рентгенівською радіацією сім’ядольних листків Linum usitatissimum у процесі старіння / А.М. Берестяна, Д.М. Гродзинський // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 12. — С. 142-151. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-88619 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-886192015-11-19T03:02:09Z Зміни рибонуклеазної активності опромінених УФ-В та рентгенівською радіацією сім’ядольних листків Linum usitatissimum у процесі старіння Берестяна, А.М. Гродзинський, Д.М. Біологія Дослiджено змiни рибонуклеазної активностi в онтогенезi сiм’ядольних листкiв Linum usitatissimum, пiдданих дiї рiзних доз гострого рентгенiвського та УФ-В опромiнення. Встановлено залежнiсть пiдвищення рибонуклеазної активностi вiд доз опромiнення та стадiй онтогенезу сiм’ядольних листкiв. Розглянуто гiпотетичнi механiзми радiацiйної iндукцiї старiння рослин. Исследовали изменения рибонуклеазной активности в онтогенезе семядольных листьев Linum usitatissimum, подвергнутых действию разных доз острого рентгеновского и УФ-В облучения. Установлена зависимость повышения рибонуклеазной активности от доз облучения и стадий онтогенеза семядольных листьев. Рассмотрены гипотетические механизмы радиационной индукции старения растений. We investigated changes of the ribonuclease activity in ontogenesis of cotyledon leaves Linum usitatissimum irradiated by different doses of acute X-ray and UV-B radiation. The dependence of the ribonuclease activity increase on the doses and the stages of ontogeny of cotyledon leaves is found. Some hypothetical mechanisms of radiation induction of senescence are considered. 2014 Article Зміни рибонуклеазної активності опромінених УФ-В та рентгенівською радіацією сім’ядольних листків Linum usitatissimum у процесі старіння / А.М. Берестяна, Д.М. Гродзинський // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 12. — С. 142-151. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. 1025-6415 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88619 577.152.9:577.346:577.24 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 Берестяна, А.М. Гродзинський, Д.М. Зміни рибонуклеазної активності опромінених УФ-В та рентгенівською радіацією сім’ядольних листків Linum usitatissimum у процесі старіння Доповіді НАН України |
| description |
Дослiджено змiни рибонуклеазної активностi в онтогенезi сiм’ядольних листкiв Linum
usitatissimum, пiдданих дiї рiзних доз гострого рентгенiвського та УФ-В опромiнення.
Встановлено залежнiсть пiдвищення рибонуклеазної активностi вiд доз опромiнення
та стадiй онтогенезу сiм’ядольних листкiв. Розглянуто гiпотетичнi механiзми радiацiйної iндукцiї старiння рослин. |
| format |
Article |
| author |
Берестяна, А.М. Гродзинський, Д.М. |
| author_facet |
Берестяна, А.М. Гродзинський, Д.М. |
| author_sort |
Берестяна, А.М. |
| title |
Зміни рибонуклеазної активності опромінених УФ-В та рентгенівською радіацією сім’ядольних листків Linum usitatissimum у процесі старіння |
| title_short |
Зміни рибонуклеазної активності опромінених УФ-В та рентгенівською радіацією сім’ядольних листків Linum usitatissimum у процесі старіння |
| title_full |
Зміни рибонуклеазної активності опромінених УФ-В та рентгенівською радіацією сім’ядольних листків Linum usitatissimum у процесі старіння |
| title_fullStr |
Зміни рибонуклеазної активності опромінених УФ-В та рентгенівською радіацією сім’ядольних листків Linum usitatissimum у процесі старіння |
| title_full_unstemmed |
Зміни рибонуклеазної активності опромінених УФ-В та рентгенівською радіацією сім’ядольних листків Linum usitatissimum у процесі старіння |
| title_sort |
зміни рибонуклеазної активності опромінених уф-в та рентгенівською радіацією сім’ядольних листків linum usitatissimum у процесі старіння |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2014 |
| topic_facet |
Біологія |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88619 |
| citation_txt |
Зміни рибонуклеазної активності опромінених УФ-В та рентгенівською радіацією сім’ядольних листків Linum usitatissimum у процесі старіння / А.М. Берестяна, Д.М. Гродзинський // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 12. — С. 142-151. — Бібліогр.: 15 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT berestânaam zmíniribonukleaznoíaktivnostíopromínenihufvtarentgenívsʹkoûradíacíêûsímâdolʹnihlistkívlinumusitatissimumuprocesístarínnâ AT grodzinsʹkijdm zmíniribonukleaznoíaktivnostíopromínenihufvtarentgenívsʹkoûradíacíêûsímâdolʹnihlistkívlinumusitatissimumuprocesístarínnâ |
| first_indexed |
2025-07-06T16:25:09Z |
| last_indexed |
2025-07-06T16:25:09Z |
| _version_ |
1836915474861916160 |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
12 • 2014
БIОЛОГIЯ
УДК 577.152.9:577.346:577.24
А.М. Берестяна, академiк НАН України Д.М. Гродзинський
Змiни рибонуклеазної активностi опромiнених УФ-В
та рентгенiвською радiацiєю сiм’ядольних листкiв
Linum usitatissimum у процесi старiння
Дослiджено змiни рибонуклеазної активностi в онтогенезi сiм’ядольних листкiв Linum
usitatissimum, пiдданих дiї рiзних доз гострого рентгенiвського та УФ-В опромiнення.
Встановлено залежнiсть пiдвищення рибонуклеазної активностi вiд доз опромiнення
та стадiй онтогенезу сiм’ядольних листкiв. Розглянуто гiпотетичнi механiзми радiа-
цiйної iндукцiї старiння рослин.
РНКази являють собою ферменти фосфодiестерази, якi гiдролiзують фосфодiефiрний зв’я-
зок у молекулi РНК, що необхiдно на багатьох стадiях бiохiмiчних перетворень генетичного
матерiалу. РНКази чутливi до рiзних змiн факторiв зовнiшнього середовища, в якому знахо-
диться рослина, i вiдiграють важливу роль у пiдтримцi клiтинного гомеостазу та стресовiй
вiдповiдi. Iндукцiя експресiї генiв РНКаз у вегетативних частинах рослин виявлена при
нестачi поживних речовин, при ураженнi патогенами, у вiдповiдь на рановi пошкодження
тканин та пiд час старiння [1, 2].
Роль РНКаз у процесi старiння ще не з’ясована повнiстю. У контекстi старiння iзольо-
ваних листкiв є достатньо даних, але данi щодо активностi РНКази в старiючих iнтактних
листках часто суперечливi. Вiдомо, що iндукцiя РНКаз як один з компонентiв системної
вiдповiдi при старiннi забезпечує рециркуляцiю азотистих основ та неорганiчного фосфа-
ту з вiдмираючих частин рослини. За допомогою гiдролiзу РНК вiдбувається вивiльнен-
ня монофосфатiв, якi транспортуються у верхнi частини рослини. Пiдвищення РНКазної
активностi протягом старiння не пов’язане зi зняттям iнгiбування ферменту або розривом
гiпотетичних лiзосом. Iмовiрно, дана реакцiя є частиною механiзму старiння, обумовленого
детермiнiстичними процесами в геномi [1, 3].
При старiннi листя Arabidopsis спостерiгається збiльшення експресiї гена RNS1. У нор-
мi цей ген експресується в квiтках рослини [3]. У Licopersicon еsculentum аналогiчний ген
LE, що кодує РНКази, не експресується в листках дорослих рослин у нормальних умо-
вах, а активується на пiзнiй стадiї старiння. Причому максимальний рiвень експресiї гена
© А.М. Берестяна, Д.М. Гродзинський, 2014
142 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №12
LE вiдмiчено у повнiстю пожовтiлих листках. Передбачається, що продукт даного гена
має вакуолярну та екстраклiтинну локалiзацiю. Також у вiдповiдь на рiзнi пошкодження
клiтин вiдбувається iндукцiя експресiї РНКаз, що сприяє переробцi РНК та вивiльненню
неорганiчного фосфату, який може бути використаний iншими клiтинами [4, 5]. Наприк-
лад, експресiя гена RNS1 у Arabidopsis часто обумовлена пораненням. РНКази, iндукованi
пораненням, можуть вiдiгравати роль у захистi вiд патогенiв, вiрусiв, грибiв, нематод [6].
Особливо вiдмiчається активнiсть по вiдношенню до вiрусної РНК. Так, iнокуляцiя листкiв
перцю вiрусом тютюнової мозаїки в присутностi РНКаз в iнокулюмi спричиняє зниження
ступеня розмноження вiрусу. У рослин Nicotiana ген РНКази NK1 iндукується в листках
у вiдповiдь на механiчну iнокуляцiю вiрусом огiркової мозаїки [7]. Особливостi експресiї
РНКаз свiдчать про їх участь в молекулярному механiзмi вiрусостiйкостi. Так, наприклад,
трансгеннi рослини Nicotiana, що експресують ген секреторної РНКази бика, вiдрiзняються
високою стiйкiстю до вiрусу тютюнової мозаїки. При цьому рiвень РНКазної активностi
в листках та стеблах вище вiд контрольного [8]. РНКази пошкоджують геномну РНК вiру-
сiв на стадiях iнфекцiйного процесу, коли вона найбiльш уразлива. Пiд час iнокуляцiї при
пошкодженнi тканин вiдбувається транспорт РНКаз в мiсця пошкодження та подальша за-
гибель iнокульованих клiтин з руйнуванням пулу клiтинних мРНК, що не дає можливостi
вiрусу розмножитися [3, 4].
Незважаючи на велику кiлькiсть дослiджень РНКазної активностi в умовах рiзних стре-
сiв, питання впливу iонiзуючого та короткохвильового випромiнювань на iндукцiю РНКази
монокарпикiв ще мало дослiджено. Зокрема, вiдповiдь РНКаз на зовнiшнiй радiацiйний
вплив у ходi онтогенезу до теперiшнього часу залишається багато в чому нез’ясованою.
Фiзiологiчна роль та шляхи регулювання РНКаз в контекстi радiацiйної iндукцiї старiння
листя також дослiдженi недостатньо. Оскiльки РНКазна активнiсть є надiйним критерiєм
раннього аналiзу старiння листя, необхiднi подальшi дослiдження ролi РНКаз у процесах
радiацiйно-iндукованого старiння рослин.
Матерiали та методи. Дослiджували РНКазну активнiсть в онтогенезi сiм’ядольних
листкiв Linum usitatissimum, яких пiддавали впливу рiзних дозах гострого рентгенiвського
та УФ-В опромiнення на стадiї вегетацiї. 15-добовi вегетативнi рослини Linum usitatissi-
mum опромiнювали в першому варiантi в дозах 1, 3, 5, 15 Гр на рентгенiвскiй установцi
РУМ-17, у другому — за допомогою джерела УФ-В випромiнювання (“Philips Ultraviolet-
B TL 20 W/12RS”, Голландiя) у дозах 4,5; 8,5 та 12 кДж/м2. Вiдбирали сiм’ядольнi листки
на рiзних стадiях їх онтогенезу: С1, С2, С3, С4 — умовно позначених як стадiї, на яких
вiдбуваються морфологiчно та бiохiмiчно значущi змiни структури листка, зокрема пожов-
тiння 0, 5, 25–50, 50–70% вiдповiдно. Бiоматерiал використовували для пiдрахунку одиниць
РНКазної активностi.
Для визначення РНКазної активностi в процесi старiння листкiв робили кiлька пiдго-
товчих етапiв. Готували субстратну РНК. Брали наважку сумарної дрiжджової РНК (НВО
“Вектор” НIКТI БАВ, серiя № 1, Новосибiрськ), розчиняли в буферi (10 мМ трис-HCl
(pH 7,5), 10 мМ ЕДТА, 1% SDS, 1 М NaCl) в концентрацiї 5 мг/мл. До розчину РНК до-
давали рiвний об’єм фенолу, центрифугували протягом 5 хв при 12 000 g. До супернатанту
додавали рiвний об’єм сумiшi хлороформ : iзоамiловий спирт (24 : 1) та центрифугували
протягом 5 хв при 12 000 g. Супернатант, що мiстив РНК, осаджували абсолютним етано-
лом. Отриманий осад висушували, потiм очищену РНК ресуспендували в бiдистильованiй
водi в концентрацiї 2 мг/мл. Концентрацiю РНК в розчинi вимiрювали на бiофотометрi
Eppendorf (Нiмеччина).
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №12 143
Ферментативну екстракцiю рослинного матерiалу проводили за методикою Hellin (1980),
розробленою для видiлення РНКаз з листкiв. Брали 2 г рослинного матерiалу, гомогенiзу-
вали в 20 мл 0,2 М цитратного буферу, pH 6,5. Потiм пропускали через фiльтрувальний
папiр та центрифугували при 13 000 об/хв протягом 20 хв на центрифузi Eppendоrf (Нi-
меччина). Супернатант переносили в чистi пробiрки та використовували для подальшого
визначення ферментативної активностi [9].
Пiдраховували РНКазнi одиницi активностi (од. акт.). Брали 5 мл отриманого суперна-
танту, iнкубували з 5 мл субстрату. Як субстрат використовували препарат очищеної нами
дрiжджової РНК (НВО “Вектор”, Новосибiрськ) в 0,025 М цитратному буферi, pH 6,8, про-
тягом 60 хв при 37 ◦С. Реакцiю зупиняли заморожуванням, витримували сумiш на льоду
10 хв та додавали осаджуючий реагент (5 мл охолодженої оцтової кислоти, 15 мл абсо-
лютного етанолу). Отриману сумiш залишали на 150 хв при 4 ◦С, потiм центрифугували
15 хв на швидкостi 12 000 об/хв у центрифузi Eppendоrf (Нiмеччина). Алiквоту екстракту
розчиняли в бiдистильованiй водi та аналiзували поглинання при 260 нм на спектрофото-
метрi за показниками збiльшення продуктiв деградацiї РНК [9]. Разом з тим ставили двi
контрольнi проби на поглинання субстрату (замiсть гомогенату додають 100 мкл дисти-
льованої води) та поглинання ферменту (замiсть р-ну РНК додають 500 мкл дистильованої
води). РНКазну активнiсть виражали в умовних одиницях активностi (од. акт.). За одиницю
активностi (E) приймали ту кiлькiсть РНКази, яка викликає збiльшення оптичної густини
при 260 нм у дослiдних зразках порiвняно з контрольними на 1 опт. од. за 1 год iнкуба-
цiї при 37 ◦С в перерахунку на 1 мл ферментативного розчину (опт. од./(мл · год)). Якщо
величина ∆A260 перевищує 0,200–0,250, то визначення активностi повторюють з великим
розведенням ферменту.
РНКазну активнiсть у пробах визначають за формулою
A260 = (A260зр −ΣA260к) · 4 · 10 · 1,2 · 20, (1)
де А260 — активнiсть РНКази, виражена в умовних одиницях, що означає прирiст оптичної
густини в дослiдних зразках за 1 год iнкубацiї на 1 мл гомогенату (опт. од./(мл · год));
A260зр — оптичне поглинання дослiдної проби; ΣA260к — сума значень оптичної густини
контрольних проб; 4 — коефiцiєнт перерахунку на 1 год iнкубацiї; 10 — коефiцiєнт перера-
хунку на 1 мл гомогенату; 1,2 — коефiцiєнт розведення при осадженнi проб осаджувачем;
20 — коефiцiєнт розведення для вимiрювання на спектрофотометрi.
Статистичну достовiрнiсть результатiв розраховували методом Стьюдента для ймовiр-
ностi p > 0,95 [10].
Результати та обговорення. Рибонуклеазна активнiсть в зразках, опромiнених рент-
генiвською радiацiєю. Порiвняння активностi РНКази на рiзних стадiях онтогенезу сiм’я-
дольних листкiв виявило, що рентгенiвське опромiнення призводить до значного пiдви-
щення активностi ферменту. Найвищу активнiсть РНКази в листках опромiнених рослин
спостерiгали при дозi 15 Гр на всiх стадiях онтогенезу (рис. 1). На стадiї С1 активнiсть
пiдвищувалася на 39,5 од. акт., на стадiї С2 — на 35,3 од. акт., на стадiї С3 — на 54,6 од. акт.,
на стадiї С4 — на 113,9 од. акт. порiвняно з неопромiненим контролем.
Даний ефект обумовлений тим, що клiтина активно реагує на вплив iонiзуючої радiацiї.
Одна з таких реакцiй полягає в змiнi активностi ферментiв, зокрема РНКази як ключового
ферменту обмiну РНК. РНКазi належить вiдповiдна роль в захисних реакцiях клiтини
за умов шкiдливого впливу. Так, наприклад, пiдвищення РНКазної активностi у зв’язку
з реакцiєю рослин на ураження патогенами вiдмiчено рядом дослiдникiв [2, 7, 8]. Зокрема,
144 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №12
Стадiя
онтогенезу Контроль 1 Гр 3 Гр 5 Гр 15 Гр
С1 18,3± 2,2 19,1± 2,0 22,5± 3,7 43,2± 5,6 57,8± 6,2
С2 21,2± 2,1 23,5± 2,9 41,8± 4,2 31,7± 3,4 56,5± 5,9
С3 35,6± 4,1 70,4± 7,1 41,3± 4,6 61,3± 6,3 90,2± 8,4
С4 80,2± 8,3 118,5 ± 12,7 134,6 ± 13,8 121,1 ± 12,2 194,1 ± 18,1
Рис. 1. Рибонуклеазна активнiсть (од. акт.) в онтогенезi сiм’ядольних листкiв Linum usitatissimum, опромi-
неного рiзними дозами рентгенiвської радiацiї
томат, уражений вiрусом тютюнової мозаїки, має пiдвищений рiвень активностi РНКази.
Причому чим вище патогеннiсть штаму вiрусу, тим вище активнiсть РНКази [4].
Доза 1 Гр не викликала достовiрного порiвняно з контролем пiдвищення РНКазної
активностi на стадiях С1 та С2, але на стадiях С3 та С4 спричиняла достовiрне пiдвищен-
ня активностi ферменту (див. рис. 1). Дана доза справляла вiддаленi ефекти пiдвищення
РНКазної активностi. Динамiка зростання по стадiях, як i в контролi, мала лiнiйний ха-
рактер. Це свiдчить про незначний вплив дози 1 Гр на процеси радiацiйно-iндукованого
старiння.
Доза 3 Гр сприяла нелiнiйному пiдвищенню активностi ферменту по стадiях. На стадiї
С1 РНКазна активнiсть достовiрно не вiдрiзнялася вiд показникiв на стадiї С1 контролю
та при дозi 1 Гр (див. рис. 1). На наступних двох стадiях С2 та С3 показники РНКазної
активностi достовiрно не розрiзнялися мiж собою — 41,8 та 41,3 од. акт. вiдповiдно. Кон-
кретно на стадiї С3 РНКазна активнiсть не вiдрiзнялася достовiрно вiд контролю. Тут ми
спостерiгаємо реакцiю РНКазного плато, тобто доза 3 Гр загальмувала пiдвищення актив-
ностi ферменту на етапi початку старiння. Однак на стадiї С4 все ж бачимо рiзкий стрибок
показника (134,6 од. акт.), який хоча достовiрно не вiдрiзняється вiд показника для ста-
дiї С4 при дозi 1 Гр (118,5 од. акт.), але свiдчить про рiзкий пiдйом активностi ферменту,
що пов’язано, швидше за все, з процесами природного зростання гiдролiтичної активностi
при старiннi (див. рис. 1). На фонi зростання активностi РНКаз при дiї пошкоджуючого
фактору можуть активуватися механiзми передчасного старiння та апоптозу.
Доза 5 Гр справляла нелiнiйний вплив на параметри РНКазної активностi по стадiях
онтогенезу. Так, показники на стадiях С1 (43,2 од. акт.) та С2 (31,7 од. акт.) достовiрно не
вiдрiзнялися один вiд одного, на стадiї С2 рiвень РНКазної активностi був навiть нижчий,
нiж на стадiї С1, що вiдмiчено тiльки при дозi 5 Гр. Активнiсть РНКази на стадiї С2
(31,7 од. акт.) достовiрно не вiдрiзнялася вiд аналогiчного показника стадiї С2 при дозi
опромiнення 3 Гр (41,8 од. акт.), навiть була нижчою. Цей ефект може свiдчити про певне
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №12 145
Стадiя
онтогенезу Контроль 1 Гр 3 Гр 5 Гр 15 Гр
С1 100 104,3 122,9 236 315
С2 100 110,8 197,1 149,5 266,5
С3 100 197,7 116 172,1 253,3
С4 100 147,7 167,8 150,9 242
Рис. 2. Рибонуклеазна активнiсть (%) в онтогенезi сiм’ядольних листкiв Linum usitatissimum, опромiненого
рiзними дозами рентгенiвської радiацiї, вiдносно контролю
уповiльнення процесiв радiацiйно-iндукованої деградацiї пiд впливом даної дози. Також
РНКазна активнiсть на стадiї С3 була нижчою (61,3 од. акт.), нiж при дозi 1 Гр даної стадiї
(70,4 од. акт.). Доза 15 Гр, як вже вiдмiчалося, викликала достовiрне пiдвищення активностi
ферменту на всiх стадiях онтогенезу сiм’ядольних листкiв (див. рис. 1). Особливо високий
рiвень активностi ферменту спостерiгався на стадiї С4 (194,1 од. акт.), що бiльше нiж у два
рази порiвняно з контролем. Можемо говорити про зниження гiдролiтичної активностi при
дозi 5 Гр та про прискорення її при дозi 15 Гр.
Данi рис. 1 обробили, прийнявши вихiднi величини РНКазної активностi в контролi на
всiх стадiях за 100%, а показники змiн по дозах у ходi онтогенезу — за X. Згiдно з одержа-
ними результатами (рис. 2), РНКазна активнiсть на стадiї С1 при дозi 1 Гр пiдвищилася
на 4,3%, при дозi 3 Гр — на 22,9%, при дозi 5 Гр — на 136%, при дозi 15 Гр — на 215%.
На стадiї С2 при дозi 1 Гр пiдвищення активностi РНКаз становило 10,8%, при дозi 3 Гр —
97,1%, при дозi 5 Гр — 49,5%, при дозi 15 Гр — 166,5%. На стадiї С3 доза 1 Гр викликала
пiдвищення активностi на 97,7%, доза 3 Гр — на 16%, доза 5 Гр — на 72,1%, доза 15 Гр —
на 153,3%. На стадiї С4 доза 1 Гр спричинила зростання активностi ферменту на 47,7%,
доза 3 Гр — на 67,8%, доза 5 Гр — на 50,9%, доза 15 Гр — на 142%.
Найбiльше пiдвищення РНКазної активностi вiдбувалося при дозi 15 Гр (див. рис. 2). На
стадiї С1 доза 15 Гр викликала дворазове пiдвищення РНКазної активностi, яка на всiх на-
ступних стадiях також була достовiрно вищою порiвняно з контролем та показниками при
iнших дозах. Можна припустити, що дана доза справляла найбiльший стресовий вплив,
ефект пошкодження вiд якого зберiгався на всiх наступних стадiях онтогенезу. Якщо оцi-
нювати радiацiйно-iндуковане старiння за даними показниками, можна зробити висновок,
що доза 15 Гр прискорила процеси вiкової деградацiї.
За даними лiтератури вiдносно ряду рослин, рiзного роду пошкодження викликають
iндукцiю гiдролiтичної активностi [11, 12]. У процесi листового старiння також спостерi-
гається пiдвищення активностi РНКаз. Так, наприклад, у молодих iзольованих листках
146 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №12
Стадiя
онтогенезу Контроль 4,5 кДж/м2 8,5 кДж/м2 12 кДж/м2
С1 16,2 ± 1,5 18,0 ± 1,9 36,8 ± 3,8 40,2 ± 4,4
С2 42,1 ± 4,1 52,5 ± 5,3 39,5 ± 4,1 108,1 ± 11,3
С3 71,3 ± 7,3 88,3 ± 9,1 65,4 ± 6,8 147,0 ± 14,4
С4 117,5 ± 11,6 132,2 ± 13,4 111,2 ± 11,3 201,9 ± 20,2
Рис. 3. Рибонуклеазна активнiсть (од. акт.) в онтогенезi сiм’ядольних листкiв Linum usitatissimum, опромi-
неного рiзними дозами УФ-В радiацiї
томату активнiсть РНКази пiдвищувалася протягом 2 дiб пiсля iзолювання, потiм наступа-
ло “РНКазне плато” та наступний пiк пiдвищення вiдбувався на етапi пожовтiння листка.
На прикладi огiрка зростання РНКазної активностi пов’язане з пожовтiнням сiм’ядольних
листкiв. Iнтактне старе листя тютюну має значно бiльшу активнiсть РНКази, нiж молоде
iнтактне листя. У колеоптилях ячменю, що розвиваються, також вiдбувається пiдвищення
РНКазної активностi. РНКази бувають двох типiв: синтетичнi мiкросомальнi РНКази та
деструктивнi розчиннi. Вiкове пiдвищення РНКазної активностi в старих листках припи-
сувалося дiї розчинних деструктивних РНКаз [2]. Ефект, який ми спостерiгали, свiдчить
про радiацiйну iндукцiю процесiв старiння листка. З цього можна зробити висновок, що
опромiнення в дозi 15 Гр рентгенiвської радiацiї виявляє нерепаровану шкiдливу дiю та
прискорює старiння.
Рибонуклеазна активнiсть у зразках, опромiнених УФ-В радiацiєю. Пiд впливом УФ-В
опромiнення активнiсть РНКази у зразках пiдвищувалася в процесi старiння. Аналiз отри-
маних даних (див. рис. 3) показує, що збiльшення РНКазної активностi по стадiях онтоге-
незу сiм’ядольних листкiв має лiнiйний характер у контролi. Однак вiдмiнностi показникiв
активностi ферменту на стадiях С2 та С3 не є достовiрними (42,1 та 71,3 од. акт.).
Доза 4,5 кДж/м2 також викликала лiнiйне збiльшення активностi РНКази по стадiях.
Ефект вiд даної дози мало вiдрiзнявся вiд контролю. Хоча вiдмiнностi мiж стадiями досто-
вiрнi, але не достовiрнi порiвняно з показниками тих же стадiй у контролi. Можна сказати,
що дiя УФ-В опромiнення в дозi 4,5 кДж/м2 не справляла значного впливу на процеси
радiацiйно-iндукованого старiння.
Доза 8,5 кДж/м2 обумовила нелiнiйне зростання РНКазної активностi. Вiдмiнностi мiж
показниками активностi РНКази на стадiях С1 та С2 (36,8 та 39,5 од. акт.), С2 та С3 (39,5
та 65,4 од. акт.) не є достовiрними, що свiдчить про наявнiсть стану певного плато ферменту,
викликаного даною дозою опромiнення (див. рис. 3). Порiвняно з контролем достовiрною
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №12 147
вiдмiннiсть є тiльки на стадiї С1. На iнших стадiях достовiрних вiдмiнностей порiвняно зi
стадiями контролю не виявлено. Це може свiдчити про те, що опромiнення в дозi 8,5 кДж/м2
справляло рiзкий вплив тiльки на початковiй стадiї, але надалi ефект не спостерiгався.
Мабуть, дана доза опромiнення не мала достатньої пошкоджуючої сили та не вплинула на
темпи листкового старiння.
При опромiненнi в дозi 12 кДж/м2 спостерiгалося значне лiнiйне пiдвищення активностi
ферменту по стадiях онтогенезу (див. рис. 3). Вiдмiнностi мiж стадiями в зразках мали
достовiрний характер. Показники на стадiях С1, С2, С3, С4 достовiрно вiдрiзнялися вiд
показникiв цих же стадiй у контролi. Це свiдчить про наявнiсть стресового пошкодження,
яке викликало прискорення гiдролiтичних процесiв у ходi старiння листкiв. Тут ми бачимо
феномен радiацiйно-iндукованого старiння, аналогiчний тому, який ми спостерiгали для
зразкiв, опромiнених рентгенiвською радiацiєю.
Як вiдомо з лiтературних даних, змiна зовнiшнiх умов призводить до активацiї транс-
крипцiї генiв РНКаз. Ступiнь пошкодження рослини корелює з РНКазною активнiстю.
Пiдвищений фон нуклеолiтичної активностi спричиняє зниження рiвня трансляцiї та клi-
тинного метаболiзму в цiлому за рахунок високої швидкостi розпаду рРНК та тРНК. Це
сприяє швидкiй змiнi набору трансльованих мРНК та замiнi нормального набору клiтинних
бiлкiв на характерний для стресових умов. Основнi складовi комплексу стресових реакцiй
виражаються в збiльшеннi активностi гiдролiтичних ферментiв, накопиченнi вiльних амiно-
кислот, уповiльненнi бiлкового синтезу з одночасною активацiєю синтезу стресових бiлкiв.
Так, через кiлька годин пiсля початку впливу на рослину стресового чинника виявляється,
що велика частина молекул РНК в клiтинi синтезована знову. Описанi процеси сприяють
подоланню несприятливих умов [13].
Данi рис. 3 обробили, прийнявши вихiднi показники РНКазної активностi в контролi
на всiх стадiях онтогенезу за 100%, а величини змiн по дозах для кожної стадiї — за X.
Згiдно з результатами розрахункiв (рис. 4), на стадiї С1 РНКазна активнiсть пiд впливом
УФ-В радiацiї в дозах 4,5; 8,5 та 12 кДж/м2 пiдвищилася на 12,5; 125 та 150% вiдносно
контролю вiдповiдно. На стадiї С2 гiдролiтична активнiсть пiд впливом дози 4,5 кДж/м2
пiдвищилася на 23,8%, при дозi 8,5 кДж/м2 знизилася на 7,2%, при дозi 12 кДж/м2 пiдви-
щилася на 157,1%. На стадiї С3 даний показник при дозi 4,5 кДж/м2 пiдвищився на 23,9%,
при дозi 8,5 кДж/м2 знизився на 8,5%, при дозi 12 кДж/м2 пiдвищився на 107%. На стадiї
С4 активнiсть ферменту при дозi 4,5 кДж/м2 пiдвищилася на 12,8%, при дозi 8,5 кДж/м2
знизилася на 5,2%, при дозi 12 кДж/м2 пiдвищилася на 71,7%.
Як видно з рис. 4, найбiльше пiдвищення РНКазної активностi спостерiгалося при до-
зi УФ-В опромiнення 12 кДж/м2. Пiдвищення мало лiнiйний характер, високий рiвень
активностi РНКази зберiгався на всiх стадiях онтогенезу листка. Як ми вже вiдзначали,
це може свiдчити про значний ступiнь пошкодження, що сприяє прискоренню старiння
листкiв.
Доза 8,5 кДж/м2, навпаки, сприяла уповiльненню iндукцiї РНКаз на стадiях С2, С3,
С4, хоча на стадiї С1 викликала значний порiвняно з контролем сплеск активностi. Даний
ефект можна пояснити адаптацiйними процесами. Так, пiд впливом дози 8,5 кДж/м2 спо-
стерiгалося вповiльнення гiдролiтичної активностi в процесi старiння опромiнених УФ-В
радiацiєю сiм’ядольних листкiв.
Як вже зазначалося, з лiтературних даних вiдомо, що змiни в стресових умовах актив-
ностi РНКаз рослин вiдбуваються при охолодженнi, засоленнi, вiрусному пошкодженнi,
посусi, пораненнi. Так, наприклад, в ячменю у вiдповiдь на зараження збудником iржi
148 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №12
Стадiя
онтогенезу Контроль 4,5 кДж/м2 8,5 кДж/м2 12 кДж/м2
С1 100 112,5 225 250
С2 100 123,8 92,8 257,1
С3 100 123,9 91,5 207
С4 100 112,8 94,8 171,7
Рис. 4. Рибонуклеазна активнiсть (%) в онтогенезi сiм’ядольних листкiв Linum usitatissimum, опромiненого
рiзними дозами УФ-В радiацiї, вiдносно контролю
вiдмiчено пiдвищення загальної нуклеолiтичної активностi та появу нових iзоферментiв
РНКаз. Цi ефекти пов’язують з iнгiбуючою дiєю РНКаз на патогеннi органiзми i з учас-
тю РНКаз у процесах формування адаптацiйного синдрому, комплексу адаптивних про-
цесiв, що не залежать вiд типу стресу, спрямованих на мiнiмiзацiю несприятливих впли-
вiв [14].
У мiру природного в’янення листкiв знижується рiвень ДНК та бiлка, спостерiгається
прогресивне зменшення вмiсту РНК, особливо рРНК. У процесi розпаду нуклеїнових кис-
лот старiючi клiтини зберiгають здатнiсть до синтезу певних бiлкiв, зокрема РНКази, що
синтезується de novo, тодi як рiвень протеїназ практично не змiнюється пiд час старiн-
ня. Пiдйом активностi ферменту до кiнця вегетацiї в листках свiдчить про збiльшення
до моменту старiння листкiв розпаду нуклеїнових кислот, що не компенсується їх синте-
зом [2, 15].
Таким чином, параметр РНКазної активностi, поряд з показниками деградацiї хлорофi-
лу, служить вiдмiнним маркером темпiв старiння, iндукованого стресом. Було дослiджено
вплив рiзних доз iонiзуючої та короткохвильової радiацiї на динамiку РНКазної активностi
протягом онтогенезу сiм’ядольних листкiв L. usitatissimum. Показано пiдвищення активнос-
тi РНКази в листках, опромiнених короткохвильовою УФ-В та iонiзуючою рентгенiвською
радiацiєю, у процесi старiння як вiдповiдь на дiю стресу. Iндукована стресом активацiя
РНКази обумовлена тим, що сигнал, який активує синтез даного ферменту, включає спiль-
нi шляхи захисних реакцiй як на дiю патогенiв, так i на радiацiйнi стреси. Отриманi данi
свiдчать про доцiльнiсть використання методу визначення РНКазної активностi для масо-
вого аналiзу ступеня радiацiйно-iндукованого старiння.
1. Трифонова Е.А., Кочетов А.В., Шумный В.К. Роль нуклеаз в физиологических процессах высших
растений // Успехи соврем. биологии. – 2000. – 120. – С. 395–405.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №12 149
2. Green P. J. The ribonucleases of higher plants // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. – 1994. –
45. – P. 421–445.
3. Hillwig M. S., Liu X., Liu G. et al. Petunia nectar proteins have ribonuclease activity // J. Exp. Bot. –
2010. – 61, No 11. – P. 2951–2965.
4. Lers A., Sonego L., Green P. J. et al. Suppression of LX ribonuclease in tomato results in a delay of leaf
senescence and abscission // Plant Physiol. – 2006. – 142, No 2. – P. 710–721.
5. Reymond P., Weber H., Damond M. et al. Differential gene expression in response to mechanical wounding
and insect feeding in Arabidopsis // Plant Cell. – 2000. – 12. – P. 707–719.
6. Galiana E., Bonnet P., Conrod S. et al. RNase activity prevents the growth of a fungal pathogen in tobacco
leaves and increases upon induction of systemic acquired resistance with elicitin // Plant Physiol. – 1997. –
115. – P. 1557–1567.
7. Ohno H., Ehara Y. Expression of ribonuclease gene in mechanically injured or virus-inoculated Nicotiana
tabacum leaves // Tohoku J. Agric. Res. – 2005. – 55. – P. 99–109.
8. Trifonova E.A., Sapotsky M.V., Komarova M.L. et al. Protection of transgenic tobacco plants expres-
sing bovine pancreatic ribonuclease against tobacco mosaic virus // Plant Cell Rep. – 2007. – 26. –
P. 1121–1126.
9. Hellin E., Torrecillas A., Sevilla F. et al. Determination of ribonuclease activity in coloured extracts of
citrus leaves // Biol. plant. – 1986. – 28, No 6. – P. 424–428.
10. Лещинская И.Б., Балабан Н.П., Капранова М.Н. Методы определения активности нуклеаз и род-
ственных ферментов // Современные методы изучения нуклеиновых кислот и нуклеаз микрооргани-
змов. – Казань: КГУ, 1980. – С. 53–60.
11. Sutton B.C., Shaw M. Changes in two ribonuclease isozymes during rust infection of flax cotyledons //
Plant Physiol. – 1982. – 69, No 1. – P. 205–209.
12. Храмченкова О.М. Основы радиобиологии: учеб. пособие. – Гомель: УО “ГГУ им. Ф. Скорины”, 2003. –
238 с.
13. Vanyushun B. F., Bakeeva L. Е., Zamyatnina V.A. et al. Apoptosis in plants: Specific features of
plant apoptotic cells and effect of various factors and agents // Int. Rev. Cytol. – 2004. – 233. –
P. 135–179.
14. Blank A., McKeon T.A. Single-strand-preferring nuclease activity in wheat leaves is increased in
senescence and is negatively photoregulated // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1989. – 86. –
P. 3169–3173.
15. Blank A., McKeon T.A. Three RNAses in senescent and nonsenescent wheat leaves // Plant Physiol. –
1991. – 97. – P. 1402–1408.
Надiйшло до редакцiї 08.08.2014Iнститут клiтинної бiологiї
та генетичної iнженерiї НАН України, Київ
А.Н. Берестяная, академик НАН Украины Д.М. Гродзинский
Изменения рибонуклеазной активности облученных УФ-В
и рентгеновской радиацией семядольных листьев Linum
usitatissimum в процессе старения
Исследовали изменения рибонуклеазной активности в онтогенезе семядольных листьев Li-
num usitatissimum, подвергнутых действию разных доз острого рентгеновского и УФ-В облу-
чения. Установлена зависимость повышения рибонуклеазной активности от доз облучения
и стадий онтогенеза семядольных листьев. Рассмотрены гипотетические механизмы ра-
диационной индукции старения растений.
150 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №12
A.М. Berestyana, Academician of the NAS of Ukraine D.M. Grodzinsky
Changes of the ribonuclease activity of cotyledon leaves of Linum
usitatissimum irradiated by UV-B radiation and X-rays in aging
We investigated changes of the ribonuclease activity in ontogenesis of cotyledon leaves Linum usi-
tatissimum irradiated by different doses of acute X-ray and UV-B radiation. The dependence of the
ribonuclease activity increase on the doses and the stages of ontogeny of cotyledon leaves is found.
Some hypothetical mechanisms of radiation induction of senescence are considered.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №12 151
|