Изучение влияния ионов никеля(II) в почве на общую антиоксидантную активность и состояние компонентов аскорбат-глутатионового цикла в трансгенных растениях Nicotiana tabacum

  • Кристина Владимировна Приступа Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0003-1977-4949
  • Татьяна Александровна Кукулянская Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Елена Аркадьевна Храмцова Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Проведен сравнительный анализ некоторых биохимических характеристик нетрансгенных и трансгенных растений Nicotiana tabacum, выращенных в почве с повышенной концентрацией ионов никеля(II). Трансгенные растения несли в своем геноме бактериальный ген acdS, который кодирует фермент 1-аминоциклопропан-1- карбоксилатдезаминазу (АЦК-дезаминазу). Обработка почвы ионами никеля приводила к индукции экспрессии гена acdS и повышению активности АЦК-дезаминазы в трансгенных растениях. Также продемонстрировано, что в условиях абиотического стресса в исследуемых растениях возрастала общая антиоксидантная активность, увеличивалось содержание аскорбиновой кислоты, глутатиона, аскорбатпероксидазы, глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы.

Биографии авторов

Кристина Владимировна Приступа, Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

аспирантка кафедры биохимии биологического факультета. Научный руководитель – Т. А. Кукулянская

Татьяна Александровна Кукулянская, Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат биологических наук, доцент; доцент кафедры биохимии биологического факультета

Елена Аркадьевна Храмцова, Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат биологических наук, доцент; доцент кафедры генетики биологического факультета

Литература

  1. Glick BR. Bacterial ACC deaminase and the alleviation of plant stress. Advances in Applied Microbiology. 2004;56:291–312. DOI: 10.1016/S0065-2164(04)56009-4.
  2. Grichko VP, Glick BR. Amelioration of flooding stress by ACC deaminase-containing plant growth-promoting bacteria. Plant Physiology and Biochemistry. 2001;39(1):11–17. DOI: 10.1016/S0981-9428(00)01212-2.
  3. Sreekanth TVM, Nagajyothi PC, Lee KD, Prasad TNVKV. Occurrence, physiological responses and toxicity of nickel in plants. International Journal of Environmental Science and Technology. 2013;10(5):1129–1140. DOI: 10.1007/s13762-013-0245-9.
  4. Matés JM. Effects of antioxidant enzymes in the molecular control of reactive oxygen species toxicology. Toxicology. 2000;153(1–3):83–104. DOI: 10.1016/s0300-483x(00)00306-1.
  5. Ahmad P, Sarwat M, Sharma S. Reactive oxygen species, antioxidants and signaling in plants. Journal of Plant Biology. 2008;51(3):167–173. DOI: 10.1007/BF03030694.
  6. Hontzeas N, Hontzeas CE, Glick BR. Reaction mechanisms of the bacterial enzyme 1-aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase. Biotechnology Advances. 2006;24(4):420–426. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2006.01.006.
  7. Sergeeva E, Shah S, Glick BR. Growth of transgenic canola (Brassica napus cv. Westar) expressing a bacterial 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase gene on high concentrations of salt. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2006;22(3):277–282. DOI: 10.1007/s11274-005-9032-1.
  8. Young-Pyo Lee, Sun-Hyung Kim, Jae-Wook Bang, Haeng-Soon Lee, Sang-Soo Kwak, Suk-Yoon Kwon. Enhanced tolerance to oxidative stress in transgenic tobacco plants expressing three antioxidant enzymes in chloroplasts. Plant Cell Reports. 2007;26(5):591–598. DOI: 10.1007/s00299-006-0253-z.
  9. Viazau YV, Kozel NV, Domanskii VP, Shalygo NV. Activity of ascorbate-glutathione cycle in cucumber plants (Cucumis sativus) under led lighting. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Biological Series. 2014;1:78–83. Russian.
  10. Vurukonda SSKP, Vardharajula S, Shrivastava M, SkZ A. Enhancement of drought stress tolerance in crops by plant growth promoting rhizobacteria. Microbiological Research. 2016;184:13–24. DOI: 10.1016/j.micres.2015.12.003.
  11. Melnikava AA, Khramtsova AA, Karaleva KS, Rutkevich DA, Kukulianskaya TA. Expression analysis of acdS-gene of Pseudomonas putida B-37 in transgenic plants Nicotiana tabacum. Journal of the Belarusian State University. Biology. 2019;1:45–53. Russian. DOI: 10.33581/2521-1722-2019-1-45-53.
  12. Dávalos A, Gómez-Cordovés C, Bartolomé B. Extending applicability of the oxygen radical absorbance capacity (ORAC − fluorescein) assay. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2004;52(1):48–54. DOI: 10.1021/jf0305231.
  13. Das N, Misra M, Misra AN. Sodium chloride salt stress induced metabolic changes in callus cultures of pearl millet (Pennisetum americanum L. Leeke): free solute accumulation. Journal of Plant Physiology. 1990;137(2):244–246. DOI: 10.1016/S0176-1617(11)80090-8.
  14. Sahoo S, Awasthi JP, Sunkar R, Panda SK. Determining glutathione levels in plants. In: Sunkar R, editor. Plant stress tolerance. Methods and Protocols. 2nd edition. New York: Humana Press; 2017. p. 273–277 (Methods in molecular biology; volume 1631). DOI: 10.1007/978-1-4939-7136-7_16.
  15. Verma S, Dubey RS. Lead toxicity induces lipid peroxidation and alters the activities of antioxidant enzymes in growing rice plants. Plant Science. 2003;164(4):645–655. DOI: 10.1016/S0168-9452(03)00022-0.
  16. Starlin T, Gopalakrishnan VK. Enzymatic and non-enzymatic antioxidant properties of Tylophora pauciflora Wight and Arn. – an in vitro study. Asian Journal of Pharmaceutical and Clinical Research. 2013;6(supplement 4):68–71.
  17. Kiran BR, Prasad MNV. Defense manifestations of enzymatic and non-enzymatic antioxidants in Ricinus communis L. exposed to lead in hydroponics. The EuroBiotech Journal. 2019;3(3):117–127. DOI: 10.2478/ebtj-2019-0014.
  18. Semak IV, Zyryanova TN, Gubich OI. Biokhimiya belkov [Biochemistry of proteins]. Minsk: Belarusian State University; 2007. 49 p. Russian.
  19. Pristupa KV, Kukulianskaya TA, Petrova SM, Partach DA, Khalitskaya AA. Study of number indicators antioxidant system in transgenic Nicotiana tabacum plants under soil contamination with nickenl(II) ions. In: Tikhomirov VN, Poliksenova VD, Karpuk VV, Gel’tman DV, Anachkov G, Sennikov AN, editors. Aktual’nye problemy izucheniya i sokhraneniya fito- i mikobioty. Materialy IV Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, priurochennoi k 100-letiyu kafedry botaniki BGU; 31 maya 2021 g.; Minsk, Belarus’ [Actual problems of studying and preserving phyto- and mycobiota. Materials of the 4th International scientific and practical conference dedicated to the 100th anniversary of the department of botany of the Belarusian State University; 2021 May 31; Minsk, Belarus]. Minsk: Belarusian State University; 2021. p. 172–176. Russian.
  20. Pristupa KV, Kukulianskaya TA, Khramtsova EA. Analysis of the low-molecular weight antioxidants of transgenic plants Nicotiana tabacum under abiotic stress conditions. Journal of the Belarusian State University. Biology. 2020;1:20–26. Russian. DOI: 10.33581/2521-1722-2020-1-20-26.
  21. Pristupa KV, Kukulianskaya TA, Khramtsova EA. Study of the ascorbate-glutathione cycle in transgenic plants Nicotiana tabacum under abiotic stress conditions. Journal of the Belarusian State University. Biology. 2021;2:11–18. Russian. DOI: 10.33581/2521-1722-2021-2-11-18.
  22. Gururani MA, Upadhyaya CP, Baskar V, Venkatesh J, Nookaraju A, Park SW. Plant growth-promoting rhizobacteria enhance abiotic stress tolerance in Solanum tuberosum through inducing changes in the expression of ROS-scavenging enzymes and improved photosynthetic performance. Journal of Plant Growth Regulation. 2013;32(2):245–258. DOI: 10.1007/s00344-012-9292-6.
Опубликован
2022-02-21
Ключевые слова: антиоксидантная система, аскорбат-глутатионовый цикл, ген acdS, Nicotiana tabacum
Как цитировать
Приступа, К. В., Кукулянская, Т. А., & Храмцова, Е. А. (2022). Изучение влияния ионов никеля(II) в почве на общую антиоксидантную активность и состояние компонентов аскорбат-глутатионового цикла в трансгенных растениях Nicotiana tabacum. Экспериментальная биология и биотехнология, 1, 39-47. https://doi.org/10.33581/2957-5060-2022-1-39-47