ГЕНЕТИКО-БІОХІМІЧНІ АСПЕКТИ ЗВ’ЯЗКУ АЛЕЛЬНОГО СКЛАДУ ЛОКУСУ Ppd-D1 І СТІЙКОСТІ ОЗИМОЇ М’ЯКОЇ ПШЕНИЦІ ДО НИЗЬКОЇ ТЕМПЕРАТУРИ

Автор(и)

  • В. А. Топтіков Одеський національний університет імені І. І. Мечникова, Ukraine
  • С. В. Чеботар 1. Одеський національний університет імені І. І. Мечникова, кафедра генетики и молекулярної біології; 2. Селекційно-генетичний інститут – Національний центр насіннєзнавства та сортовивчення НААН України, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.18524/2077-1746.2019.2(45).185637

Анотація

Досліджували особливості експресії антиоксидантних ензимів (неспецифічних і специфічних пероксидаз, каталази, супероксиддисмутази) у рослин за нормальних умов та за дії низької позитивної температури. Досліджували два сорти з різними алелями локусу фотоперіодичної чутливості Ppd-D1 та контрастних за стійкістю до гіпотермії. Показана різниця між досліджуваними сортами практично за всіма показниками експресії антиоксидантних ензимів (активності, частки у спектрі окремих форм, ступеню зв’язку з мембранними структурами, ступеню і напряму змін, співвідношенню активності різних ензимів) як у контрольних умовах, так і за умов досліду.

Посилання

  1. Vinogradova Ye.N., (2006), «Peroxidase activity in cells of Fraxinus lanceolata Borkh. and Acer pseudoplatanus L. leaves in connection with their tolerance to coke-chemical plant» [«Peroksidaznaya aktivnost' v kletkakh list'yev i v svyazi s ikh ustoychivost'yu k vybrosam koksokhimicheskogo predpriyatiya»], Industrial botany [Promyshlennaya botanika], No. 6, P. 35-40.
  2. Kolupaev Yu. Е., Gorelova Е. I., Yastreb Т. О., (2018), «Mechanisms of plant adaptation to hypothermia: role of antioxidant system» [«Mekhanizmy adaptatsii rasteniy k gipotermii: rol' antioksidantnoy sistemy»], Bulletin of Kharkiv National Agrarian University. Series: Biology, [Visnyk Kharkivsʹkoho natsionalʹnoho ahrarnoho universytetu. Seriya : Biolohiya], No. 1, P. 6-33, http://nbuv.gov.ua/UJRN/Vkhnau_biol_2018_1_3
  3. Kolupaev Yu. E., Karpets Yu. V., (2014), «Reactive oxygen species and stress signaling in plants» [«Aktivnyye formy kisloroda i stressovyy signaling u rasteniy»], Ukr. Biochem. J. , Vol. 86, Nо 4, P. 18-35.
  4. Litvinenko N.A. Kozlov V.V. , (1990), «Relationship between the rates of autumn and early spring growth and development of plants with productivity and frost resistance in winter common wheat» [«Svyaz' tempov osennego i rannevesennego rosta i razvitiya rasteniy s produktivnost'yu i morozostoykost'yu u ozimoy myagkoy pshenitsy»], The technology of cultivation of cereal crops and problems of their selection – Mironovka [Tekhnologiya vozdelyvaniya zernovykh kolosovykh kul'tur i problemy ikh selektsii – Mironovka], P. 24-30.
  5. Mokanu N.V., Fayt V.I., (2006), «The differences of the effects of Vrd1 and Ppd-D1 gene alleles on winterhardiness, frost resistance and yield in winter wheat» [«Razlichiya effektov alleley genov Vrd1 i Ppd-D1 po zimo-morozostoykosti i urozhayu u ozimoy pshenitsy»], Cytology and Genetics , Vol. 42, Nо 6, P. 26-33.
  6. Net'ukhaylo L.G., Kharchenko S.V., (2014), «Reactive oxygen» [«Aktyvni formy kysnyu»], Young Scientist, Nо 9 (12), Р. 131–135.
  7. Olyunina L.N., Frantsuzova V.P., Meshchaninova N.M., (2015) «Change in the activity of peroxidase of apoplastic and cytosolic compartments with hyperthermic effect on wheat seedlings» [«Izmeneniye aktivnosti peroksidazy apoplastnogo i tsitozol'nogo kompartmentov pri gipertermicheskom vozdeystvii na prorostki pshenitsy»] In: Factors of plant resistance in extreme environmental conditions and industrial environment: Materials of the All-Russian Scientific Conference. Irkutsk, June 10-13, 2013 [Faktory ustoychivosti rasteniy v ekstremal'nykh prirodnykh usloviyakh i tekhnogennoy srede: Materialy Vserossiyskoy nauchnoy konferentsii. Irkutsk, 10-13 iyunya 2013 g.]– Directvedia, 501 p., P. 185-188.
  8. Tkachuk V. A., Tyurin-Kuzmin P. A., Belousov V. V., Vorotnikov A. V. (2012), «Hydrogen Peroxide as a New Second Messenger» [«Peroksid vodoroda kak novyy vtorichnyy posrednik»], Biological membranes [Biologicheskiye membrany] , 2012, Vol. 29, Nо 1–2. – С. 21–37.
  9. Toptikov V. A., Zharikova D. A., Chebotar H. A., Temchenko I. V., Chebotar S. V., (2018), «Genetic and biochemical peculiarities of soya mutant lines» [«Genetiko-biokhimicheskiye osobennosti mutantnykh liniy soi»], Bulletin of ONU, Biology [Visnyk ONU, Biolohiya], Vol. 22, Nо 2 (44), P. 73-94.
  10. Tupik N.D., Zolotareva E.K., (2008), «Isoenzyme spectrum of peroxidase chlorophyta» [«Izofermentnyy spektr peroksidazy chlorophyta»], Algology [Al'gologiya], Vol. 18, Nо 2, P. 123-133.
  11. Fayt V. I., Fedorova V. R., (2007), Influence of differences in Ppd genes on agronomic indicators of soft winter wheat, Cytology and Genetics, Vol. 18, Nо 2, P. 350-356.
  12. Chasov A.V., Alekseeva V. Ya., Kolesnikov O.P., Minibaeva F. V., (2010) «Activation of extracellular peroxidase of wheat roots under the action of xenobiotics» [«Aktivatsiya ekstrakletochnoy peroksidazy korney pshenitsy pri deystvii ksenobiotikov»], Applied Biochemistry and Microbiology, [Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya], Vol. 46, Nо 4, P. 472-478.
  13. Babben S., Schliephake E., Janitza P., Berner, Keilwagen J., Koch M., Arana-Ceballos F. A., Templer S. E., Chesnokov Y., Pshenichnikova T., Schondelmaier J., Börner A., Pillen K., Ordon F. and Perovic D. (2018) «Association genetics studies on frost tolerance in wheat (Triticum aestivum L.) reveal new highly conserved amino acid substitutions in CBF-A3, CBF-A15, VRN3 and PPD1 genes», BMC Genomics, Vol. 19, Nо 1: 409. DOI: 10.1186/S12864-018-4795-6
  14. Cˇerný M., Habánová H., Berka M., Luklová M., Brzobohatý B. (2018), «Hydrogen Peroxide: Its Role in Plant Biology and Crosstalk with Signalling Networks», Int. J. Mol. Sci., Vol. 19, Nо 2812, Р. 1-30; doi:10.3390/ijms19092812
  15. Chinnusami V., Zhu J., Zhu J.-K. (2006) «Gene regulation during cold acclimation in plants», Physiol. Plantarum, Vol. 126, P. 52.61.
  16. Considine M. J., Foyer C. H. (2014), «Redox regulation of plant development», Antioxidants and redox signaling, Vol. 21, Nо 9, Р. 1305–1326.
  17. Fowler D. B., Byrns B. M., Greer K. J. (2014), «Overwinter Low-Temperature Responses of Cereals: Analyses and Simulation», Сrop science, Vol. 54, november–december, Р. 2395-2405.
  18. Fowler S., Thomashow M. F., (2002), «Arabidopsis transcriptome profiling indicates that multiple regulatory pathways are indicated during cold acclimation in addition to the CBF cold response pathway», Plant Cell., Vol. 14. P. 1675-1690.
  19. Fridovich I., (1995),«Superoxide radical and superoxide dismutase», Annu. Rev. Biochem., V.64, P. 97 – 112.
  20. Gorash A., Armoniene R., Lliatucas Ž., Brasauskas G., (2017), «The relationship among freezing tolerance, vernalization requirement, Ppd alleles and winter hardiness in European wheat cultivars», The Journal of Agricultural Science, Vol. 155, Issue 9, Р. 1353-1370. https://doi.org/10.1017/S0021859617000521
  21. Graf E., (1992),«Antioxidant potential of ferulic acid», Free Radic Biol Med., Oct;13(4), P. 435-448. doi: 10.1016/0891-5849(92)90184-I
  22. Hura T., Grzesiak S., Hura K. et al., (2007), «Physiological and biochemical tools useful in droughttolerance detection in genotypes of winter triticale: Accumulation of ferulic acid correlates with drought tolerance», Ann. Bot., Vol. 100, P. 767-775.
  23. Janmohammadi M., Mock H.-P., Matros A., (2014), «Proteomic analysis of cold acclimation in winter wheat under field conditions», Icel. Agric. Sci., No 27, P. 3–15.
  24. Jiménez-Quesada M. J., Traverso J. Á., Alché1 J. Dios de, (2016), «NADPH Oxidase-Dependent Superoxide Production in Plant Reproductive Tissues», Frontiers in Plant Science, Vol. 7, Article 359 doi: 10.3389/fpls.2016.00359.
  25. Khotyljova L.V., Kaminskaya L.N., Koren L.V. (2002) «Influence of genetic systems of VRN and PPD genes on the ecological adaptation of wheat and TRITICALE», Biologiya, № 4, P. 45-48.
  26. Kikuzaki H, Hisamoto M, Hirose K, Akiyama K, Taniguchi H. J., (2002), «Antioxidant properties of ferulic acid and its related compounds», Agric Food Chem., Mar 27; 50(7):2161-2168. doi: 10.1021/JF011348W
  27. Limin A. E. , Fowler D. B., (2006), «Low-temperature tolerance and genetic potential in wheat (Triticum aestivum L.): response to photoperiod, vernalization, and plant development», Planta, Vol. 224, No. 2, P. 360-366. https://www.jstor.org/stable/23389462
  28. Lin C. C., Kao C. H., (2001), «Cell wall peroxidase activity, hydrogen peroxide level and NaCl inhibited root growth of rice seedlings», Plant and Soil., Vol. 230, P. 135–143.
  29. Loukoianov A., Yan L., Blechl A., Sanchez A., Dubcovsky J., (2005), «Regulation of VRN-1 vernalization genes in normal and transgenic polyploidy wheat», Plant Physiol., Vol. 138., P. 2364-.2373.
  30. Manchenko G. P., (2003), Handbook of detection of enzymes on electrophoretic gels, CRC Press LLC, 592 p.
  31. Minibaeva F.V., Gordon L.Kh., (2003), «Superoxide Production and the Activity of Extracellular Peroxidase in Plant Tissues under Stress Conditions», Russian Journal of Plant Physiology., Vol. 50. No 3. С. 411-416.
  32. Noctor G., Foyer C. H., (1998), «Ascorbate and glutathione: Keeping Active Oxygen Under Control», Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., Vol. 49., P. 249–79
  33. Pandey V.P., Awasthi M., Singh S., Tiwari S., Dwivedi U.N., (2017), «A Comprehensive Review on Function and Application of Plant Peroxidases», Biochem Anal Biochem, Vol. 6, No 1, 308. doi: 10.4172/2161-1009.1000308
  34. Penfield S., (2008), «Temperature perception and signal transduction in plants», New Phytologist., No 179, P. 615–628.
  35. Qu Y., Yan, Q. Zhang, (2017), “Functional regulation of plant NADPH oxidase and its role in signaling», Plant signaling and behavior., Vol. 12, No. 8, P. 1–3.
  36. S. K. Yadav., (2010), «Cold stress tolerance mechanisms in plants. A review», Agron. Sustain. Dev. Vol. 30, Р. 515–527.
  37. Sakai A., Larcher W., (2012), Frost Survival of Plants: Responses and Adaptation to Freezing Stress. Ecological Studies, Vol. 62., Springer Science & Business Media, 321 p.
  38. Sies H., (2017), «Hydrogen peroxide as a central redox signaling molecule in physiological oxidative stress: Oxidative eustress», Redox Biology, Vol. 11, Р. 613–619. http://dx.doi.org/10.1016/j.redox.2016.12.035
  39. Sofo А., Scopa А., Nuzzaci М. and Vitti А., (2015), «Ascorbate Peroxidase and Catalase Activities and Their Genetic Regulation in Plants Subjected to Drought and Salinity Stresses», Int. J. Mol. Sci. Vol. 16, Р. 13561-13578; doi:10.3390/ijms160613561
  40. Sung S., Amasino R. M., (2006), «Molecular genetic studies of the memory of winter», J. Exp.Bot., Vol. 57., No 13, P. 3369-3377.
  41. Toptikov V. A., D'iachenko L. F., Totskii V. N., (1997), «Effect of various compounds on electrophoretic spectra of multiple molecular forms of peroxidase», Ukrainskii Biokhimicheskii zhurnal., Vol. 69, No.1, P. 41–49.
  42. Tranquilli G. E., Dubcovsky J., (2000), «Epistatic interactions between vernalization genes Vrn-Am1 and Vrn-Am2 in diploid wheat», J. Hered., Vol. 91, P. 304-306.
  43. Vidossich P., Alfonso-Prieto M, Rovira C., (2012), «Catalases versus peroxidases: DFT investigation of H2O2 oxidation in models systems and implications for heme protein engineering», J. Inorg. Biochem., Dec.117, Р. 292-297. doi: 10.1016/j.jinorgbio.2012.07.002
  44. Xia X.-J., Zhou Y.-H., Shi K., et al., (2015), «Interplay between reactive oxygen species and hormones in the control of plant development and stress tolerance», J. Exp. Bot., Vol. 66, No. 10, P. 2839–2856,

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-12-02

Як цитувати

Топтіков, В. А., & Чеботар, С. В. (2019). ГЕНЕТИКО-БІОХІМІЧНІ АСПЕКТИ ЗВ’ЯЗКУ АЛЕЛЬНОГО СКЛАДУ ЛОКУСУ Ppd-D1 І СТІЙКОСТІ ОЗИМОЇ М’ЯКОЇ ПШЕНИЦІ ДО НИЗЬКОЇ ТЕМПЕРАТУРИ. Вісник Одеського національного університету. Біологія, 24(2(45), 11–37. https://doi.org/10.18524/2077-1746.2019.2(45).185637

Номер

Том 24 № 2(45) (2019)

Розділ

ГЕНЕТИКА І МОЛЕКУЛЯРНА БІОЛОГІЯ

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Вісник Одеського національного університету. Біологія

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).

Публікація праць в Журналі здійснюється на некомерційній основі. Комісійна плата за оформлення статті не стягується.