Влияние брассиностероидов на ионообменные свойства клеточных стенок корней и побегов ячменя на фоне действия тяжелых металлов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Изучено влияние полиметаллического загрязнения и сопутствующей обработки брассиностероидами (гомокастастероном или гомобрассинолидом) на растения ячменя и на ионообменную способность клеточных стенок, выделенных из побегов и корней. При воздействии полиметаллов наблюдалось снижение сухой массы корней, оводненности и доли клеточной стенки в них, но добавление в среду гомокастастерона приводило к восстановлению значений этих параметров почти до контрольного уровня. В надземной части растений влияние как полиметаллов, так и брассиностероидов на данные показатели было слабо выражено. В присутствии гомокастастерона возрастало содержание деметилированных карбоксильных групп полигалактуроновой кислоты в составе пектинов клеточных стенок корней и листьев, являющихся основными сайтами связывания ионов тяжелых металлов в апопласте. Таким образом, можно полагать, что обработка брассиностероидами (гомокастастероном) приводит к изменению состава и ионообменных свойств клеточной стенки, что позволяет снизить токсическое действие полиметаллов за счет их иммобилизации в апопласте.

Об авторах

Н. Р. Мейчик

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: meychik@mail.ru
Россия, Москва

Ю. И. Николаева

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: meychik@mail.ru
Россия, Москва

М. В. Ефимова

Томский государственный университет

Email: meychik@mail.ru
Россия, Томск

Е. Д. Данилова

Томский государственный университет

Email: meychik@mail.ru
Россия, Томск

О. В. Никушин

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: meychik@mail.ru
Россия, Москва

М. А. Кушунина

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: meychik@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Kour J., Kohli S.K., Khanna K., Bakshi P., Sharma P., Singh A.D., Ibrahim M., Devi K., Sharma N., Ohri P., Skalicky M., Brestic M., Bhardwaj R., Landi M., Sharma A. Brassinosteroid signaling, crosstalk and, physiological functions in plants under heavy metal stress // Front. Plant Sci. 2021. V. 12. P. 608061. https://doi.org/10.3389/fpls.2021
  2. Rajewska I., Talarek M., Bajguz A. Brassinosteroids and response of plants to heavy metals action // Front. Plant Sci. 2016. V. 7. P. 629. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00629
  3. Hayat S., Hasan S.A., Hayat Q., Ahmad A. Brassinosteroids protect Lycopersicon esculentum from cadmium toxicity applied as shotgun approach // Protoplasma. 2010. V. 239. P. 3. https://doi.org/10.1007/s00709-009-0075-2
  4. Sharma P., Bhardwaj R., Arora N., Arora H.K. Effect of 28-homobrassinolide on growth, zinc metal uptake and antioxidative enzyme activities in Brassica juncea L. seedlings // Braz. J. Plant Physiol. 2007. V. 19. P. 203. https://doi.org/10.1590/S1677-04202007000300004
  5. Sharma P., Kumar A., Bhardwaj R. Plant steroidal hormone epibrassinolide regulate – Heavy metal stress tolerance in Oryza sativa L. by modulating antioxidant defense expression // Environ. Exp. Bot. 2016. V. 122. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2015.08.005
  6. Ali B., Hasan S.A., Hayat S., Hayat Q., Yadav S., Fariduddin Q., Ahmad A. A role for brassinosteroids in the amelioration of aluminum stress through antioxidant system in mung bean (Vigna radiata L. Wilczek) // Environ. Exp. Bot. 2008. V. 62. P. 153. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2007.07.014
  7. Abdullahi B.A., Gu X.-G., Gan Q.-L., Yang Y.-H. Brassinolide amelioration of aluminium toxicity in mung bean seedling growth // J. Plant Nutr. 2003. V. 26. P. 1725. https://doi.org/10.1081/PLN-120023278
  8. Fariduddin Q., Khanam S., Hasan S.A., Ali B., Hayat S., Ahmad A. Effect of 28-homobrassinolide on the drought stress-induced changes in photosynthesis and antioxidant system of Brassica juncea L. // Acta Physiol. Plant. 2009. V. 31. P. 889. https://doi.org/10.1007/s11738-009-0302-7
  9. Ramakrishna B., Rao S.S.R. Foliar application of brassinosteroids alleviates adverse effects of zinc toxicity in radish (Raphanus sativus L.) plants // Protoplasma. 2015. V. 252. P. 665. https://doi.org/10.1007/s00709-014-0714-0
  10. Kozuka T., Kobayashi J., Horiguchi G., Demura T., Sakakibara H., Tsukaya H., Nagatani A. Involvement of auxin and brassinosteroid in the regulation of petiole elongation under the shade // Plant Physiol. 2010. V. 153. P. 1608. https://doi.org/10.1104/pp.110.156802
  11. Bashline L., Lei L., Li S.D., Gu Y. Cell wall, cytoskeleton, and cell expansion in higher plants // Mol. Plant. 2014. V. 7. P. 586. https://doi.org/10.1093/mp/ssu018
  12. Rao X., Dixon R.A. Brassinosteroid mediated cell wall remodeling in grasses under abiotic stress // Front. Plant Sci. 2017. V. 8. P. 806. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00806
  13. Qu T., Liu R.F., Wang W., An L.Z., Chen T., Liu G.X., Zhao Z. Brassinosteroids regulate pectin methylesterase activity and AtPME41 expression in Arabidopsis under chilling stress // Cryobiology. 2011. V. 63. P. 111. https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2011.07.003
  14. Shen H., Mazarei M., Hisano H., Escamilla-Trevino L., Fu C.X., Pu Y.Q., Rudis M.R., Tang Y., Xiao X., Jackson L., Li G., Hernandez H., Chen F., Ragauskas A.J., Stewart C.N., et al. A genomics approach to deciphering lignin biosynthesis in switchgrass // Plant Cell. 2013. V. 25. P. 4342. https://doi.org/10.1105/tpc.113.118828
  15. Haynes R.J. Ion exchange properties of roots and ionic interactions within the root apoplasm. Their role in ion accumulation by plants // Bot. Rev. 1980. V. 46. P. 75. https://doi.org/10.1007/BF02860867
  16. Danilova E.D., Zlobin I.E., Kuznetsov V.V., Efimova M.V. Exogenic melatonin reduces the toxic effect of polymetallic stress on barley plants // Doklady Biochemistry and Biophysics. 2021. V. 499. P. 228. https://doi.org/10.1134/S1607672921040049
  17. Meychik N.R., Yermakov I.P. Ion exchange properties of plant root cell walls // Plant Soil. 2001. V. 234. P. 181. https://doi.org/10.1023/A:1017936318435
  18. Meychik N.R., Yermakov I.P. A new approach to the investigation on the ionogenic groups of root cell walls // Plant Soil. 1999. V. 217. P. 257. https://doi.org/10.1023/A:1004675309128
  19. Meychik N., Nikolaeva Y., Kushunina M., Yermakov I. Are the carboxyl groups of pectin polymers the only metal-binding sites in plant cell walls? // Plant Soil. 2014. V. 381. P. 25. https://doi.org/10.1007/s11104-014-2111-z
  20. Mohnen D. Pectin structure and biosynthesis // Current Opinion in Plant Biology. 2008. V. 11. P. 266. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2008.03.006
  21. Colzi I., Arnetoli M., Gallo A., Doumett S., Del Bubba M., Pignattelli S., Gabbrielli R., Gonnelli C. Copper tolerance strategies involving the root cell wall pectins in Silene paradoxa L. // Environ. Exp. Bot. 2012. V. 78. P. 91. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2011.12.028
  22. Liu T., Shen C., Wang Y., Huang C., Shi J. New insights into regulation of proteome and polysaccharide in cell wall of Elsholtzia splendens in response to copper stress // PLoS One. 2014. V. 9: e109573. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0109573
  23. Eticha D., Stass A., Horst W.J. Cell-wall pectin and its degree of methylation in the maize root-apex: significance for genotypic differences in aluminium resistance // Plant, Cell Environ. 2005. V. 28. P. 1410. https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2005.01375.x
  24. Meychik N., Nikolaeva Yu., Kushunina M., Yermakov I. Contribution of apoplast to short-term copper uptake by wheat and mung bean roots // Funct. Plant Biol. 2016. V. 43. P. 403. https://doi.org/10.1071/FP15356
  25. Meychik N., Nikolaeva Yu., Kushunina M. The role of the cell walls in Ni binding by plant roots // J. Plant Physiol. 2019. V. 234. P. 28. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2019.01.008
  26. Meychik N.R., Nikolaevaa Yu.I., Nikushina O.V., Kushuninaa M.A. The Effect of Polymetallic Pollution on Ion-Exchange Properties of Barley Root and Shoot Cell Walls // Doklady Biochemistry and Biophysics. 2021. V. 501. P. 415. https://doi.org/10.1134/S160767292106003X
  27. Gabbrielli R., Pandolfini T., Espen L., Palandri M.R. Growth, peroxidase activity and cytological modifications in Pisum sativum seedlings exposed to Ni2+ toxicity // J. Plant Physiol. 1999. V. 155. P. 639. https://doi.org/10.1016/S0176-1617(99)80066-2
  28. Pandey N., Sharma C.P. Effect of heavy metals Co2+, Ni2+ and Cd2+ on growth and metabolism of cabbage // Plant Sci. 2002. V. 163. P. 753. https://doi.org/10.1016/S0168-9452(02)00210-8

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Н.Р. Мейчик, Ю.И. Николаева, М.В. Ефимова, Е.Д. Данилова, О.В. Никушин, М.А. Кушунина, 2023