Участие оксида азота в регуляции ростовой активности неморфогенного каллуса гречихи татарской
Институты и факультеты
Главная \ Наука \ Научные издания КФУ \ Ученые записки Казанского университета \ Ученые записки Казанского университета. Серия Естественные науки \ Архив

Участие оксида азота в регуляции ростовой активности неморфогенного каллуса гречихи татарской

Г.В. Сибгатуллина, А.Н. Акулов, О.В. Горшков, Н.И. Румянцева

Казанский институт биохимии и биофизики КазНЦ РАН, г. Казань, 420111, Россия

Полный текст PDF

Аннотация

Исследована роль оксида азота (NO) в регуляции генов клеточного цикла циклина D3;1 (СYCD3;1) и циклинзависимой киназы А1;1 (CDKA1;1) в каллусе гречихи татарской с высокой ростовой активностью. Максимальный уровень экспрессии гена CYCD3;1 был отмечен через сутки после пересадки каллуса на свежую среду культивирования, он совпадал с пиком содержания NO и предшествовал пику митотической активности. Экспериментальное увеличение или снижение содержания внутриклеточного NO оказывало влияние на митотическую активность каллусной культуры. При этом добавление в среду культивирования донора NO – нитропруссида натрия – вызывало увеличение уровня экспрессии СYCD3;1 и митотического индекса каллуса, тогда как добавление скавенджера NO – 2-(4-карбоксифенил)-4,4,5,5-тетраметилимидазолин-1-оксил-3-оксида (cPTIO) – приводило к снижению уровня как экспрессии СYCD3;1, так и митотической активности. В случае CDKA1;1 в обоих вариантах воздействия обнаружено снижение уровня экспрессии гена. При этом показано, что и нитропруссид натрия, и cPTIO вызывают снижение содержания Н2О2 в клетках каллуса. Таким образом, установлено, что NO может быть вовлечен в регуляцию экспрессии не только гена CYCD3;1, но и CDKA1;1. Предполагается, что регуляторный эффект NO на экспрессию CDKA1;1 может быть опосредован изменением редокс-статуса клеток.

Ключевые слова: оксид азота, циклин D3;1, циклинзависимая киназа А1;1, нитропруссид натрия, скавенджер NO (сPTIO), пролиферация, каллус

Литература

  1. Neill S.J., Desikan R., Hancock J.T. Nitric oxide signalling in plants // New Phytol. – 2003. – V. 159, No 1. – P. 11–35. – doi: 10.1046/j.1469-8137.2003.00804.x.
  2. Molassiotis A., Fotopoulos V. Oxidative and nitrosative signaling in plants: Two branches in the same tree? // Plant Signaling Behav. – 2011. – V. 6, No 2. – P. 210–214. – doi: 10.4161/psb.6.2.14878.
  3. Livanos P., Apostolakos P., Galatis B. Plant cell division: ROS homeostasis is required // Plant Signaling Behav. – 2012. – V. 7, No 7. – P. 771–778. – doi: 10.4161/psb.20530.
  4. Delledonne M., Xia Y., Dixon R.A., Lamb C. Nitric oxide functions as a signal in plant disease resistance // Nature. – 1998. – V. 394, No 6693. – P. 585–588.
  5. Durner J., Wendehenne D., Klessig D.F. Defense gene induction in tobacco by nitric oxide, cyclic GMP, and cyclic ADP-ribose // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. – 1998. – V. 95, No 17. – P. 10328–10333.
  6. Tanou G., Molassiotis A., Diamantidis G. Induction of reactive oxygen species and necrotic death-like destruction in strawberry leaves by salinity // Environ. Exp. Bot. – 2009. – V. 65, No 2–3. – P. 270–281. – doi: 10.1016/j.envexpbot.2008.09.005.
  7. Ötvös K., Pasternak T., Miskolczi P., Domoki M., Dorjgotov D., Bottka S., Dudits D., Fehér A. Nitric oxide is required for, and promotes auxin-mediated activation of, cell   division and embryogenic cell formation but does not influence cell cycle progression in alfalfa cell cultures: NO in cell division // Plant J. – 2005. – V.  43, No 6. – P. 849–860. – doi: 10.1111/j.1365-313X.2005.02494.x.
  8. Correa-Aragunde N., Graziano M., Chevalier C., Lamattina L. Nitric oxide modulates the expression of cell cycle regulatory genes during lateral root formation in tomato // J. Exp. Bot. – 2006. – V. 57, No 3. – P. 581–588.
  9. Shen Q., Wang Y-T., Tian H., Guo F-Q. Nitric oxide mediates cytokinin functions in cell proliferation and meristem maintenance in Arabidopsis // Mol. Plant. – 2013. – V. 6, No 4. – P. 1214–1225. – doi: 10.1093/mp/sss148.
  10. Feher A., Ötvös K., Pasternak T., Pettkó-Szandtner A. The involvement of reactive oxygen species (ROS) in the cell cycle activation (G0-to-G1 transition) of plant cells // Plant Signaling Behav. – 2008. – V. 3, No 10. – P. 823–826. – doi: 10.1007/s10725-006-9152-0.
  11. Inzé D., De Veylder L. Cell cycle regulation in plant development // Annu. Rev. Genet. – 2006. – V. 40, No 1. – P. 77–105. – doi: 10.1146/annurev.genet.40.110405.090431.
  12. Pasternak T., Potters G., Caubergs R., Jansen M.A. Complementary interactions between oxidative stress and auxins control plant growth responses at plant, organ, and cellular level // J. Exp. Bot. – 2005. – V. 56, No 418. – P. 1991–2001. – doi: 10.1093/jxb/eri196.
  13. Pasternak T.P., Ötvös K., Domoki M., Fehér A. Linked activation of cell division and oxidative stress defense in alfalfa leaf protoplast-derived cells is dependent on exogenous auxin // Plant Growth Regul. – 2007. – V.  51, No 2. – P. 109–117. – doi: 10.1007/s10725-006-9152-0.
  14. Correa-Aragunde N., Graziano M., Lamattina L. Nitric oxide plays a central role in determining lateral root development in tomato // Planta. – 2004. – V. 218, No 6. – P. 900–905. – doi: 10.1007/s00425-003-1172-7.
  15. Pagnussat G.C., Simontacchi M., Puntarulo S., Lamattina L. Nitric oxide is required for root organogenesis // Plant Physiol. – 2002. – V. 129, No 3. – P. 954–956. – doi: 10.1104/pp.004036.
  16. Tun N.N., Holk A., Scherer G.F. Rapid increase of NO release in plant cell cultures induced by cytokinin // FEBS Lett. – 2001. – V. 509, No 2. – P. 174–176. – doi: 10.1016/S0014-5793(01)03164-7.
  17. Zhou B., Guo Z., Xing J., Huang B. Nitric oxide is involved in abscisic acid-induced antioxidant activities in Stylosanthes guianensis // J. Exp. Bot. – 2005. – V. 56, No 422. – P. 3223–3228. – doi: 10.1093/jxb/eri319.
  18. Pagnussat G.C., Lanteri M.L., Lombardo M.C., Lamattina L. Nitric oxide mediates the indole acetic acid induction activation of a mitogen-activated protein kinase cascade involved in adventitious root development // Plant Physiol. – 2004. – V. 135, No 1. – P. 279–286. – doi: 10.1104/pp.103.038554.
  19. del Rio L.A. ROS and RNS in plant physiology: An overview // J. Exp. Bot. – 2015. – V. 66, No 10. – P. 2827–2837. – doi: 10.1093/jxb/erv099.
  20. Sibgatullina G.V., Rumyantseva N.I., Khaertdinova L.R., Akulov A.N., Tarasova N.B., Gumerova E.A. Esteblishment and characterization of the line of Fagopyrum tataricum morphogenic callus tolerant to aminotriazole // Russ. J. Plant Physiol. – 2012. – V. 59, No 5. – P. 662–669. – doi: 10.1134/S1021443712050172.
  21. Kamalova G.V., Akulov A.N., Rumyantseva N.I. Comparison of redox state of cells of tatar buckwheat morphogenic calluses and non-morphogenic calluses obtained from them // Biochemistry (Moscow). – 2009. – V. 74, No 6. – P. 686–694. – doi: 10.1134/S0006297909060145.
  22. Румянцева Н.И, Валиева А.И., Саохвалова Н.А., Мухитов А.Р., Агеева М.В., Лозовая В.В. Особенности лигнификации клеточных стенок каллусов гречихи, различающихся по способности к морфогенезу // Цитология. – 1998. – Т. 40, № 10. – С. 835–843.
  23. Gamborg O.L., Miller R.A., Ojima R. Nutrient requirements of suspension cultures of soybean root cells // Exp. Cell Res. – 1968. – V. 50, No 1. – P. 151–158. – doi: 10.1016/0014-4827(68)90403-5.
  24. Pfeiffer S., Leopold E., Hemmens B., Schmidt K., Werner E.R., Mayer B. Interference of carboxy-PTIO with nitric oxide-and peroxynitrite-mediated reactions // Free Radicals Biol. Med. – 1997. – V. 22, No 5. – P. 787–794. – doi: 10.1016/S0891-5849(96)00407-8.
  25. Kumari A., Sheokand S., Swaraj K. Nitric oxide induced alleviation of toxic effects of short term and long term Cd stress on growth, oxidative metabolism and Cd accumulation in Chickpea // Braz. J. Plant Physiol. – 2010. – V. 22, No 4. – P. 271–284. – doi: 10.1590/S1677-04202010000400007.
  26. Ралдугина Г.Н., Кузнецов В.В. Молекулярно-генетические и биохимические методы в современной биологии растений. – М.: Изд-во Бином. Лаб. Знаний, 2012. – 487 с.
  27. Bellincampi D., Dipierro N., Salvi G., Cervone F., De Lorenzo G. Extracellular H2O2 induced by oligogalacturonides is not involved in the inhibition of the auxin-regulated rolB gene expression in tobacco leaf explants // Plant Physiol. – 2000. – V. 122, No 4. – P. 1379–1386.
  28. Pfaffl M.W. A new mathematical model for relative quantification in real-time RT-PCR // Nucleic Acids Res. – 2001. – V. 29, No 9. – P. 2002–2007.
  29. Koroleva O.A., Tomlinson M., Parinyapong P., Sakvarelidze L., Leader D., Shaw P., Doonan J.H. CycD1, a putative g1 cyclin from Antirrhinum majus, accelerates the cell cycle in cultured tobacco BY-2 cells by enhancing both G1/S entry and progression through S and G2 PHASEs // Plant Cell. – 2004. – V. 16, No 9. – P. 2364–2379. – doi: 10.1105/tpc.104.023754.
  30. Oakenfull E.A., Riou-Khamlichi C., Murray J.A.H. Plant D-type cyclins and the control of G1 progression // Philos. Trans. R. Soc., B. – 2002. – V. 357, No 1422. – P. 749–760. – doi: 10.1098/rstb.2002.1085.
  31. Riou-Khamlichi C., Huntley R., Jacqmard A., Murray J.A.H. Cytokinin activation of Arabidopsis cell division through a D-type cyclin // Science. – 1999. – V. 283. – P. 1541–1544. – doi: 10.1126/science.283.5407.1541.
  32. Dewitte W., Murray J.A.H. The plant cell cycle // Annu. Rev. Plant Biol. – 2003. – V. 54, No 1. – P. 235–264. – doi: 10.1146/annurev.arplant.54.031902.134836.
  33. Dewitte W., Scofield S., Alcasabas A.A., Maughan S.C., Menges M., Braun N., Collins C. Nieuwland J., Prinsen E., Sundaresan V., Murray J.A.H. Arabidopsis CYCD3 D-type cyclins link cell proliferation and endocycles and are rate-limiting for cytokinin responses // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. – 2007. – V. 104, No 36. – P. 14537–14542. – doi: 10.1073/pnas.0704166104.
  34. Doerner P., Celenza J. How are plant growth regulators involved in cell cycle control? // Plant hormone research / By ed. K. Palme, J. Schell. – Berlin: Springer, 2000. – P. 1–27.
  35. Harashima H., Kato K., Shinmyo A., Sekine M. Auxin is required for the assembly of A-type cyclin-dependent kinase complexes in tobacco cell suspension culture // J. Plant Physiol. – 2007. – V. 164, No 9. – P. 1103–1112. – doi: 10.1016/j.jplph.2007.01.005.
  36. Zhang K., Letham D.S., John P.C. Cytokinin controls the cell cycle at mitosis by stimulating the tyrosine dephosphorylation and activation of p34cdc2-like H1 histone kinase // Planta. – 1996. – V. 200, No 1. – P. 2–12.
  37. Erdei L., Kolbert Z. Nitric oxide as a potent signalling molecule in plants // Acta Biol. Szeged. – 2008. – V. 52, No 1. – P. 1–5.
  38. Wang P., Du Y., Li Y., Ren D., Song C-P. Hydrogen peroxide–mediated activation of MAP kinase 6 modulates nitric oxide biosynthesis and signal transduction in Arabidopsis // Plant Cell. – 2010. – V. 22, No 9. – P. 2981–2998. – doi: 10.1105/tpc.109.072959.
  39. Lum H.K., Butt Y.K.C., Lo S.C.L. Hydrogen peroxide induces a rapid production of nitric oxide in mung bean (Phaseolus aureus) // Nitric Oxide. – 2002. – V. 6, No 2. – P. 205–213. – doi: 10.1006/niox.2001.0395.
  40. Navarre D.A., Wendehenne D., Durner J., Noad R., Klessig D.F. Nitric oxide modulates the activity of tobacco aconitase // Plant Physiol. – 2000. – V. 122, No 2. – P. 573–582. – doi: 10.1104/pp.122.2.573.

Поступила в редакцию

25.01.17

Сибгатуллина Гузель Валерьевна, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории физиологии и генетики культивируемых клеток

Казанский институт биохимии и биофизики КазНЦ РАН

ул. Лобачевского, д. 2/31, г. Казань, 420111, Россия

E-mail: kam-guz@yandex.ru

Акулов Антон Николаевич, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории физиологии и генетики культивируемых клеток

Казанский институт биохимии и биофизики КазНЦ РАН

ул. Лобачевского, д. 2/31, г. Казань, 420111, Россия

E-mail: akulov_anton@mail.ru

Горшков Олег Владимирович, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории механизмов роста растительных клеток

Казанский институт биохимии и биофизики КазНЦ РАН

ул. Лобачевского, д. 2/31, г. Казань, 420111, Россия

E-mail: o_gorshkov@mail.ru

Румянцева Наталья Ивановна, кандидат биологических наук, заведующий лабораторией физиологии и генетики культивируемых клеток

Казанский институт биохимии и биофизики КазНЦ РАН

ул. Лобачевского, д. 2/31, г. Казань, 420111, Россия

E-mail: nat_rumyantseva@mail.ru


Для цитирования: Сибгатуллина Г.В., Акулов А.Н., Горшков О.В., Румянцева Н.И. Участие оксида азота в регуляции ростовой активности неморфогенного каллуса гречихи татарской // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2017. – Т. 159, кн. 2. – С. 306–320.

For citation: Sibgatullina G.V., Akulov A.N., Gorshkov O.V., Rumyantseva N.I. Nitric oxide involvement in regulation of the growth activity of nonmorphogenic Tartary buckwheat callus. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2017, vol. 159, no. 2, pp. 306–320. (In Russian)


Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Вход в личный кабинет
Ваш логин
Ваш пароль
Забыли пароль? Регистрация