ВЛИЯНИЕ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР НА ТЕПЛОУСТОЙЧИВОСТЬ И СИНТЕЗ БЕЛКОВ ТЕПЛОВОГО ШОКА В ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЕ НА НАЧАЛЬНЫХ СТАДИЯХ РАЗВИТИЯ

Olga Andreevna Fedotova, Elizaveta Alekseevna Polyakova, Olga Ivanovna Grabelnykh


Аннотация


Пшеница одна из сельскохозяйственных культур, которая подвергается действию температурного стресса в течение онтогенеза и особенно чувствительна к действию стресса на начальных стадиях её развития. Высокие температуры ограничивают рост, развитие и продуктивность растений. Однако, растения могут адаптироваться к температурному стрессу и имеют адаптивные механизмы на клеточном и молекулярном уровнях. Одним из таких адаптивных механизмов является увеличение синтеза белков теплового шока (БТШ), функции которых очень важны и разнообразны.

Целью данной работы было изучить влияние различных тепловых обработок (37 и 39 ºC в течение 1, 3, 6, 24 ч и 50 ºC в течение 1, 3, 5 ч) на теплоустойчивость проростков яровой пшеницы (Triticum aestivum L.) и синтез БТШ (101, 70, 60 и 16.9 кДа) в побегах 4-х суточных и листьях 8-ми суточных проростков.

На основании полученных данных сделан вывод, что 4-х суточные и 8-ми суточные проростки яровой пшеницы характеризуются схожей реакцией на тепловой стресс при 50 ºC, однако 4-х суточные проростки более устойчивы в начальный период стрессового воздействия. Воздействие температурами 37 и 39 ºC подходят для адаптации яровой пшеницы на начальных стадиях её развития (4-х суточные и 8-ми суточные проростки). Эти температуры приводят к схожей тенденции в синтезе БТШ в побегах и листьях. В тоже время, содержание БТШ16.9 зависит от стадии развития пшеницы. В нормальных условиях был отмечен синтез БТШ16.9 в побегах, но не в листьях. Сделано заключение, что адаптация 8-ми суточных проростков более длительный процесс (6-24 ч воздействия 37 и 39 ºC) по сравнению с 4-х суточными проростками (3-6 ч воздействия 37 и 39 ºC).


Ключевые слова


Triticum aestivum L.; белки теплового шока; адаптация; проростки; побеги; листья; высокая температура; теплоустойчивость

Полный текст:

PDF>PDF (English)

Литература


Abdelrahman M., Burritt D.J, Gupta A., Tsujimoto H., Tran L.P. Heat stress effects on source-sink relationships and metabolome dynamics in wheat. J Exp Bot, 2020, vol. 7, pp. 543-554, doi: 10.1093/jxb/erz296

Balla K., Karsa I., Bónis P., Kiss T., Berki Z., Horváth Á, Mayer M., Bencze S., Veisz O. Heat stress responses in a large set of winter wheat cultivars (Triticum aestivum L.) depend on the timing and duration of stress. PLoS One, 2019, vol.14(9): e0222639, doi: 10.1371/journal.pone.0222639

Hasanuzzaman M., Nahar K., Alam M.M., Roychowdhury R., Fujita M. Physiological, biochemical, and molecular mechanisms of heat stress tolerance in plants. Int. J. Mol. Sci., 2013, vol. 14, pp. 9643-9684, doi: 10.3390/ijms14059643

Jacob P., Hirt H., Bendahmane A. The heat-shock protein/chaperone network and multiple stress resistance. Plant Biotechnol J, 2017, vol. 15, pp. 405-414, doi: 10.1111/pbi.12659

Rizhsky L., Liang H., Shuman J., Shulaev V., Davletova S., Mittler R. When defense pathways collide. The response of Arabidopsis to a combination of drought and heat stress. Plant Physiol., 2004, vol. 134, pp. 1683-1696, doi: 10.1104/pp.103.033431

Sarkar N.K., Kim Y., Grover A. Rice sHsp genes: genomic organization and expression profiling under stress and development. BMC Genomics, 2009, vol. 10: 393, doi: 10.1186/1471-2164-10-393

Vierling E. The roles of heat shock proteins in plants. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 1991, vol. 42, pp. 579-620, doi: 10.1146/annurev.pp.42.060191.003051

Waters E.R., Aevermann B.D., Sanders-Reed Z. Comparative analysis of the small heat shock proteins in three angiosperm genomes identifies new subfamilies and reveals diverse evolutionary patterns. Cell Stress Chaperones, 2008, vol. 13, pp. 127-142, doi:10.1007/s12192-008-0023-7

Ul Haq S., Khan A., Ali M., Khattak A.M., Gai W., Zhang H., Wei A., Gong Z. Heat shock proteins: Dynamic biomolecules to counter plant biotic and abiotic stresses. Int. J. Mol. Sci., 2019, vol. 20:5321, doi:10.3390/ijms20215321

Morrow G., Hightower L.E., Tanguay R.M. Small heat shock proteins: big folding machines. Cell Stress and Chaperones, 2015, vol. 20, pp. 207-212, doi: 10.1007/s12192-014-0561-0

Bösl B., Grimminger V., Walter S. The molecular chaperone Hsp104 - a molecular machine for protein disaggregation. J. Struct Biol., 2006, vol. 156, pp. 139-148, doi: 10.1016/j.jsb.2006.02.004

Tang T., Yu A., Li P., Yang H., Liu G., Liu L. Sequence analysis of the Hsp70 family in moss and evaluation of their functions in abiotic stress responses. Sci Rep., 2016, vol. 6: 33650, doi: 10.1038/srep33650

Maestri E., Klueva N., Perrotta C., Gulli M., Nguyen H.T., Marmiroli N. Molecular genetics of heat tolerance and heat shock proteins in cereals. Plant Mol. Biol., 2002, vol. 48, pp. 667-681, doi: 10.1023/a:1014826730024

Borovik O.A., Grabelnych O.I. Mitochondrial alternative cyanide-resistant oxidase is involved in an increase of heat stress tolerance in spring wheat. Journal of Plant Physiology, 2018, vol. 231, pp. 310-317, doi: 10.1016/j.jplph.2018.10.007.

Dong S., Beckles D.M. Dynamic changes in the starch-sugar interconversion within plant source and sink tissues promote a better abiotic stress response. Journal of Plant Physiology, 2019, vol. 234-235, pp. 80-93, doi: 10.1016/j.jplph.2019.01.007

Mangelsen E., Kilian J., Harter K., Jansson C., Wanke D., Sundberg E. Transcriptome analysis of high-temperature stress in developing Barley caryopses: Early stress responses and effects on storage compound biosynthesis. Molecular Plant, 2011, vol. 4, pp. 97-115, doi: 10.1093/mp/ssq058

Su P., Jiang C., Qin H., Hu R., Feng J., Chang J., Yang G., He G. Identification of potential genes responsible for thermotolerance in wheat under high temperature stress. Genes (Basel), 2019, vol. 10(2):174, doi: 10.3390/genes10020174

Barnabás B., Jäger K., Fehér A., 2008. The effect of drought and heat stress on reproductive processes in cereals. Plant, Cell and Environ., 2008, vol. 31, pp. 11-38, doi: 10.1111/j.1365-3040.2007.01727.x




DOI: https://doi.org/10.12731/2658-6649-2020-12-5-179-191

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.




(c) 2020 Olga Andreevna Fedotova, Elizaveta Alekseevna Polyakova, Olga Ivanovna Grabelnykh

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.

ISSN 2658-6649 (print)

ISSN 2658-6657 (online)

HotLog Яндекс цитирования