ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2004, том 51, № 5, с. 737-741
УДК 581.1
ВЛИЯНИЕ АБК ИА ИНДУЦИРОВАННОЕ УФ-Б ВЫДЕЛЕНИЕ ЭТИЛЕНА У еК И еК МУТАНТОВ АгаЫйорБ{Б МаНапа
© 2004 г. Т. Я. Ракитина, В. Ю. Ракитин, П. В. Власов, О. Н. Прудникова
Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева Российской академии наук, Москва
Поступила в редакцию 04.03.2004 г.
Изучали реакции двухнедельных растений АтаЫйор&1& ШаНапа (Ь.) ИеупЬ. на УФ-Б (280-320 нм) облучение и обработку АБК. Использовали растения дикого типа, а также этилен-нечувствительные мутанты еи1-1 и Лг1-1. Накопление биомассы после УФ-Б обработки (29.5 кДж/м2) имело существенные различия у еи1-1 и е1т1-1. Растения еи1-1 сильно отставали в росте в течение двух дней после стресса, но к 8-му дню восстанавливали до 70% биомассы по сравнению с необлученными растениями. Мутант е1т1-1 на 2-й день сохранил до 70% биомассы, но в дальнейшем заметно отстал в росте от необлученных растений (56% на 8-й день). АБК в концентрации от 8 х 10-6 до 2 х 10-4 М увеличивала разницу в накоплении биомассы у необлученных и облученных растений дикого типа и е1т1-1, но уменьшала у е^1-1. Динамика выделения этилена после УФ-Б (7.4 кДж/м2) была очень сходной у растений дикого типа, еи1-1 и аг1-1. АБК в соответствии с концентрацией подавляла выделение этилена после УФ-Б облучения в равной степени у растений дикого типа, еи1-1 и е1т1-1. Полученные результаты позволяют заключить, что АБК влияла на УФ-Б зависимый рост противоположным образом у растений с активным (дикий тип и аг1-1) и блокированным (еи1-1) этиленовым сигнальным путем, в то время как ингибирование АБК синтеза этилена не было связано с функционированием этиленового сигнального пути.
Ультрафиолетовая радиация в диапазоне 280320 нм (УФ-Б) существенно влияет на высшие растения. Она вызывает, в зависимости от дозы облучения и вида растений, торможение роста, укорочение междоузлий, усиление пазушного ветвления, утолщение листьев и уменьшение их поверхности, изменение числа и величины цветков и снижение урожая [1, 2]. При УФ-Б облучении, помимо морфофизиологических ответов, происходят нарушения в структуре ДНК и тила-коидов хлоропластов, синтезе хлорофилла и ка-ротиноидов, а также наблюдается образование активных форм кислорода [3, 4]. Исследования последних лет выявили механизмы, при помощи которых растения противостоят УФ-Б радиации. К ним относятся снижение поглощения ультрафиолетового света за счет утолщения кутикулы листьев и изменения состава ее восков, создание дополнительного защитного экрана путем накопления в клетках эпидермиса фенольных соединений, в частности, флавоноидов [5]. Устойчивые к УФ-Б растения обладают повышенной способностью к фотореактивации и темновой репарации ДНК и характеризуются высоким уровнем энзи-
Адрес для корреспонденции: Ракитина Татьяна Яковлевна. 127276 Москва, Ботаническая ул., 35. Институт физиологии растений РАН. Факс: 07 (095) 977-80-18; электронная почта: rakit@ippras.ru
матических и неэнзиматических "ловушек" активного кислорода [3, 6].
Реакция растений на УФ-Б имеет и гормональный аспект. Все известные фитогормоны принимают участие в стрессовых ответах. Мы ограничимся кратким замечанием о роли этилена и АБК. Этилен нередко называют стрессовым гормоном - его биосинтез резко возрастает при поранении, температурных аномалиях, солевом стрессе, засухе и атаках патогенов [7]. АБК тесно связана с водным режимом и ее биосинтез заметно возрастает при засухе. Предварительная обработка растений АБК в некоторых случаях защищает растения от стрессов [8].
Ранее мы показали зависимое от дозы усиление биосинтеза этилена в первые часы и АБК - в течение суток после УФ-Б воздействия на растения АтаЫйор818 ЖаНапа. Кроме того, мы обнаружили усиленную по сравнению с растениями дикого типа продукцию этилена у АБК-дефицитно-го мутанта аЬа1, что свидетельствовало о том, что АБК может выступать в качестве негативного регулятора синтеза этилена [9, 10]. В последние годы появились доказательства генетической близости белков, участвующих в трансдукции сигналов этилена и АБК. Так, суперпродуцент-ный по АБК мутант А. МаНапа егаЗ является ал-лельным этилен-нечувствительному мутанту е1п2 [11]. На примере АБК-устойчивого прорастания
80
w
&70
о м н о
60
к
о н
Ü50 о и О К и о се
8 св
40
2 4 6 8
Время после облучения, сут
Рис. 1. Изменение биомассы (выраженной в % к не-облученному контролю) растений дикого типа (1), в1т1-1 (2) и егг1-1 (3) в течение 8 сут после УФ-Б облучения дозой 29.5 кДж/м2.
семян у А. МаНапа с мутациями в рецепции или в различных участках трансдукции сигналов этилена и АБК, показано, что этиленовый сигнальный каскад, определяемый генами ЕТЯ1, СТЯ1, ЕШ2, подавляет передачу сигнала АБК в семенах. Однако каскад передачи этиленового сигнала необходим для ингибирования экзогенной АБК роста корней [11-13]. Таким образом, характер взаимодействия этилена и АБК меняется в различных физиологических процессах. В этой работе мы изучали влияние экзогенной АБК на рост и образование стрессового этилена после УФ-Б облучения у растений в1т1-1 и &т1-1, с мутациями в системе передачи этиленового сигнала.
МЕТОДИКА
В работе использовали растения АтаЫйор818 МаНапа (Ъ.) НеупИ. дикого типа (экотип Колумбия); мутант в1т1-1, у которого нарушена рецепция этилена и отсутствует тройная реакция этиолированных проростков на экзогенный этилен; мутант &т1-1, имеющий конститутивный этиленовый фенотип, этиолированные проростки которого обнаруживают тройную реакцию в отсутствие этилена.
Растения выращивали стерильно на агаризо-ванной среде Велиминского-Гихнера [14] по 50 штук в чашках Петри (для определения накопления биомассы) или по 10 штук во флаконах, прозрачных для УФ-Б, но не пропускающих УФ-С
(для определения продукции этилена). Растения росли две недели при температуре 22-24°С на 16-часовом фотопериоде под люминесцентными лампами ЛБ-80 (освещение 750 лк). В качестве источника УФ-Б излучения использовали эритемные лампы ЛЭ-30. Для предотвращения обезвоживания во время облучения растения закрывали полиэтиленовой пленкой. Интенсивность облучения в диапазоне 280-320 нм (УФ-Б) измеряли УФ-радиометром "ТКА-АВС" (Россия). Под пленкой внутри флаконов и в чашках Петри она составляла 4-4.2 Вт/м2. Во время облучения растений камеру интенсивно проветривали для удаления образующихся озона, окислов азота и т.п.
За 24 ч до облучения растения опрыскивали растворами АБК в концентрациях от 1.6 х 10-6 до 5 х 10-3 М, из расчета 2.5 мкл на 1см2 поверхности, занимаемой растениями. Контрольные растения опрыскивали водой. После облучения УФ-Б растения находились при свете люминесцентных ламп в течение часа, затем флаконы герметично закрывали и выдерживали в темном термостате в течение 2 ч при 23 ± 1°С для накопления этилена. Выделение этилена определяли на газовом хроматографе Цвет-100 (Россия) с концентрирующей системой для анализа малых концентраций этилена [15]. Все опыты повторяли не менее двух раз, в 3-4 биологических повторностях.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Влияние УФ-Б на накопление биомассы и выделение этилена
УФ-Б облучение тормозило рост у интенсивно растущих растений А. гкаНапа. Двухнедельные растения дикого типа, и этиленовых мутантов в1г1-1 и сгт1-1 однократно облучали повреждающей, но не летальной дозой УФ-Б (29.5 кДж/м2). Изменение накопления биомассы облученных и необлученных растений наблюдали в течение 8 сут (рис. 1). Биомасса облученных растений дикого типа составляла 54-56% от биомассы необлученных растений на протяжении всего опыта. Мутант в1т1-1 был сильно поврежден на вторые сутки после облучения, но быстро восстанавливал рост и к восьмому дню достигал 70% от биомассы контроля. Напротив, мутант сгт1-1 первые два дня сохранял почти 70% биомассы, но продолжающееся торможение роста привело к отставанию от растущих контрольных растений, и к восьмому дню его биомасса составляла только 56%. Таким образом, этиленовые мутанты проявляли различающуюся между собой и отличную от растений дикого типа стратегию преодоления УФ-Б стресса. В остальных опытах использовали более низкую дозу УФ-Б (7.4 кДж/м2), которая в предварительных опытах не вызывала видимых повреждений у всех растений (данные не представлены).
0.14г
0.12
«
и к
о н о й
3>
к
te к о ч н н
m
«
н к о ч о и 3 га
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
4
3 5 7 9 Время после облучения, ч
24
Рис. 2. Суточная динамика выделения этилена облученными (1-3) и необлученными (4-6) растениями дикого типа (1, 4), мутантами е^1-1 (2, 5) и егг1-1 (3, 6) после УФ-Б облучения дозой 7.4 кДж/м2.
180 160 140
^ 100
180 ^ 60
40
20
0
Концентрация АБК, М
Рис. 3. Влияние АБК на вызываемое УФ-Б торможение накопления биомассы у растений дикого типа (1), еГг1-1 (2) и еГг1-1 (3).
Эффект УФ-Б обозначен как А = т - ШуФ, где т -масса необлученного растения, ШуФ - масса облученного растения на 5-е сутки после облучения. На оси ординат указана величина Аабк/А, где Аабк - разница в массах необлученных и облученных растений, обработанных АБК, А - растений, обработанных водой.
6 6 4
о о о о о о
1 1 1 1 1 1
X X X X X X
.6 8 4 2 1 5
1.
1
5
0
Выделение этилена необлученными мутантами и растениями дикого типа было низким и практически одинаковым (рис. 2). Выделение этилена возрастало в десятки раз через 3 ч после облучения, достигая максимума через 5 ч, и снижалось к 7 ч. Динамика выделения этилена была очень сходной у облученных растений дикого типа и этиленовых мутантов.
Влияние АБК на накопление биомассы и выделение этилена
Функционирование этиленового сигнального пути снижает чувствительность к экзогенной АБК в прорастающих семенах и повышает в корнях [11—13]. Мы изучали влияние АБК на накопление биомассы при УФ-Б стрессе у мутантов этиленового сигнального пути etr1-1 и ctr1-1. Растения опрыскивали водой (контроль) или растворами АБК, как указано в методике. После облучения растения росли в обычных условиях 5 сут. Разницу в массе необлученного и облученного растения (А) рассматривали как эффект УФ-Б (в каждой точке использовали от 100 до 150 растений). На рис. 3 показано действие шести
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.