З'ясування клітинних механізмів залучення аутофагії в адаптацію рослин до умов мікрогравітації

Анотація

Показано, що умови кліностатування індукують розвиток автофагії без зростанням індексу програмованої клітинної загибелі (ПКЗ) в епідермальних клітинах апексів коренів проростків A. thaliana. Після фази активізації автофагії настає її регуляторне послаблення, що вірогідно свідчить про адаптивні зміни до умов кліностатування. Індукція автофагії корелює з підвищенням рівнів експресії генів atg8, частина з яких (atg8e та atg8i) може бути залучена до реалізації автофагії саме за умов мікрогравітації. Проаналізовано транскрипційну активність генів цитоскелету, що залучені до реалізації стрес-індукованої автофагії, зокрема генів α- і β-тубуліну. Виявлено спільну коекспресію генів α- і β-тубулінів та atg8 за умов дії мікрогравітації. Дані результати ілюструють роль цитоскелету при розвитку індукованої мікрогравітацією автофагії та дає можливість виявити специфічні до цього виду стресу гени. Індукцію автофагії та ПКЗ досліджували за дії гамма-опромінення як супутнього мікрогравітації фактора космічних польотів, а також за комбінованої дії гострого опромінення і кліностатування. Гамма-опромінення в дозах, що еквівалентні таким в кабіні космічного корабля (1 - 6 Гр) індукувало дозозалежні зміни топології та цитогенетичного стану апікальної меристеми кореня, а також незначно пригнічувало раній розвиток рослин. В меристемі збільшувалась гетерогенність, зростали показники ПКЗ, переважно проліферативної загибелі та аутофагії. При комбінованій дії гамма-опромінення (2 Гр) і кліностатування щільність аутофагосом у кореневих апексах 6-добових проростків збільшувалась (24 год п/оп.), а через 4 доби п/оп. зменшувалась, у порівнянні з неопроміненим контролем.          Обробка насіння A. thaliana донором  NO здійснювала  стимулюючий  ефект на розвиток рослин, підвищувала вміст ендогенного NO в тканинах кореня та стійкість рослин до кліностатування. За умов кліностатування, у порівнянні з контролем, оптимум концентрації NO зменшувався, можливо, за рахунок внеску NO у генерацію АФК. Негативний ефект дії скавенжера NO на ріст проростків, посилювався кліностатуванням, включаючи збільшення накопичення автофагосом в епідермальних клітинах. Ці дані вказують на те, що ендогенний вміст NO є важливим компонентом внутрішньоклітинних сигнальних механізмів, залучених у відповідь рослинних клітин на імітовану мікрогравітацію, в тому числі, механізми індукції автофагії.        Отримані дані поглиблюють розуміння молекулярних механізмів розвитку стрес-індукованої автофагії, зокрема залучення різних ізотипів білків ATG8 та їх взаємодії з α- і β-тубулінами, а також іншими молекулярними компонентами, задіяними в індукції автофагії, і будуть покладені в основу розробки підходів до підвищення стресостійкості і адаптації рослин до умов тривалих космічних польотів.