Ca2+- і АФК-залежне індукування теплостійкості проростків пшениці екзогенним мелатоніном
DOI:
https://doi.org/10.15407/dopovidi2022.04.098Ключові слова:
мелатонін, активні форми кисню, кальцій, теплостійкість, Triticum aestivumАнотація
Мелатонін (N-ацетил-5-метокситриптамін) нині вважається важливою регуляторною молекулою не лише тварин, а й рослин. Встановлено його значення в адаптації рослин до дії стресорів різної природи, зумовлене, зокрема, посиленням функціонування антиоксидантної системи. Однак роль сигнальних посередників у реалізації стрес-протекторної дії мелатоніну залишається малодослідженою. Метою дослідження було встановлення можливої участі активних форм кисню (АФК) та іонів кальцію в процесі індукування теплостійкості проростків пшениці екзогенним мелатоніном. 24-годинна обробка 4-добових етіольованих проростків мелатоніном у концентраціях 0,1–10 мкМ зумовлювала істотне підвищення їх виживаності після ушкоджувального прогріву у водяному термостаті (45 °С, 10 хв). Інкубація проростків у розчині мелатоніну спричиняла транзиторне зростання в коренях вмісту пероксиду водню з максимумом через 1 год, проте на момент закінчення інкубації (24 год) відзначалося зниження кількості H2O2 порівняно з контролем. Спричинюваний мелатоніном ефект підвищення вмісту пероксиду водню в коренях проростків усувався скавенджером H2O2 диметилтіосечовиною (ДМТС) та інгібітором НАДФH-оксидази імідазолом. Також цей ефект не виявлявся в присутності кальцієвих антагоністів — ЕГТА (хелатора позаклітинного кальцію) та неоміцину (інгібітора надходження кальцію в цитозоль з внутрішньоклітинних компартментів), що вказує на залежність індукованого мелатоніном утворення АФК від кальцієвого гомеостазу. Оброблення проростків антиоксидантом ДМТС, інгібітором НАДФH-оксидази імідазолом, антагоністами кальцію ЕГТА і неоміцином також практично повністю усувало позитивний вплив мелатоніну на виживаність проростків після ушкоджувального прогріву. Зроблено висновок про участь АФК та кальцію як сигнальних посередників у процесі підвищення теплостійкості проростків пшениці дією мелатоніну.
Завантаження
Посилання
Dubbels, R., Reiter, R. J., Klenke, E., Goebel, A., Schnakenberg, E., Ehlers, C., Schiwara, H. W. & Schloot, W. (1995). Melatonin in edible plants identified by radioimmunoassay and by high performance liquid chromatography-mass spectrometry. J. Pineal Res., 18, pp. 28-31. https://doi.org/10.1111/j.1600-079x.1995.tb00136.x
Fan, J., Xie, Y., Zhang, Z. & Chen, L. (2018). Melatonin: A multifunctional factor in plants. Int. J. Mol. Sci., 19, Art. 1528. https://doi.org/10.3390/ijms19051528
Arnao, M. B. & Hernandez-Ruiz, J. (2015). Functions of melatonin in plants: a review. J. Pineal Res., 59, pp. 133-150. https://doi.org/10.1111/jpi.12253
Altaf, M. A., Shahid, R., Ren, M. -X., Mora-Poblete, F., Arnao, M. B., Naz, S., Anwar, M., Altaf, M. M., Shahid, S., Shakoor, A., Sohail, H., Ahmar, S., Kamran, M. & Chen, J. -T. (2021). Phytomelatonin: An overview of the importance and mediating functions of melatonin against environmental stresses. Physiol. Plant., 172, No. 2, pp. 820-846. https://doi.org/10.1111/ppl.13262
Shi, H., Tan, D. -X., Reiter, R. J., Ye, T., Yang, F. & Chan, Z. (2015). Melatonin induces class A1 heat-shock factors (HSFA1s) and their possible involvement of thermotolerance in Arabidopsis. J. Pineal Res., 58, pp. 335-342. https://doi.org/10.1111/jpi.12219
Yu, Y., Lv, Y., Shi, Y., Li, T., Chen, Y., Zhao, D. & Zhao, Z. (2018). The role of phyto-melatonin and related metabolites in response to stress. Molecules, 23, No. 8, Art. 1887. https://doi.org/10.3390/molecules23081887
Lei, K., Sun, S., Zhong, K., Li, S., Hu, H., Sun, C., Zheng, Q., Tian, Z., Dai, T. & Sun, J. (2021). Seed soaking with melatonin promotes seed germination under chromium stress via enhancing reserve mobilization and antioxidant metabolism in wheat. Ecotoxicol. Environ. Saf., 220, Art. 112241.
https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2021.112241
Kolupaev, Yu.E., Karpets, Yu.V. & Kabashnikova, L. F. (2019). Antioxidative system of plants: Cellular compartmentalization, protective and signaling functions, mechanisms of regulation (Review). Appl. Biochem. Microbiol., 55, No. 5, pp. 441-459. https://doi.org/10.1134/S0003683819050089
Gong, B., Yan, Y., Wen, D. & Shi, Q. (2017). Hydrogen peroxide produced by NADPH oxidase: a novel downstream signaling pathway in melatonin-induced stress tolerance in Solanum lycopersicum. Physiol. Plant., 160, No. 4, pp. 396-409. https://doi.org/10.1111/ppl.12581
Chang, J., Guo, Y., Li, J., Su, Z., Wang, C., Zhang, R., Wei, C., Ma, J., Zhang, X. & Li, H. (2021). Positive interaction between H2O2 and Ca2+mediates melatonin-induced CBF pathway and cold tolerance in watermelon (Citrullus lanatus L.). Antioxidants, 10, No. 9, Art. 1457. https://doi.org/10.3390/antiox10091457
Alam, M. N., Zhang, L., Yang, L., Islam, M. R., Liu, Y., Luo, H., Yang, P., Wang, Q. & Chan, Z. (2018). Transcriptomic profiling of tall fescue in response to heat stress and improved thermotolerance by melatonin and 24-epibrassinolide. BMC Genomics, 19, Art. 224. https://doi.org/10.1186/s12864-018-4588-y
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
Kolupaev, Yu. E., Oboznyi, A. I. & Shvidenko, N. V. (2013). Role of hydrogen peroxide in generation of a signal inducing heat tolerance of wheat seedlings. Russ. J. Plant Physiol., 60, No. 2, pp. 227-234. https://doi.org/10.1134/S102144371302012X
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
Bian, L., Wang, Y., Bai, H., Li, H., Zhang, C., Chen, J. & Xu, W. (2021) Melatonin-ROS signal module regulates plant lateral root development. Plant Signal. Behav., 16, No. 5, Art. 1901447. https://doi.org/10.1080/15592324.2021.1901447
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 Доповіді Національної академії наук України
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
