Изучение активности антиоксидантных ферментов у сомаклональных вариантов картофеля для использования в селекционном отборе на устойчивость к вирусу РVS

В статье представлены результаты по исследованию активности антиоксидантной системы картофеля в ответ на инфицирование PVS-вирусом. Вирус PVS широко распространен на территории Омской области. Цель исследования – изучение активности антиоксидантных ферментов у сомаклональных вариантов картофеля при инфицировании вирусом PVS для получения ценных сортовых признаков с целью использования в селекционном отборе. В качестве объектов исследования были отобраны сорта картофеля Ермак, Алена и Хозяюшка селекции ФГБНУ «Омский аграрный научный центр». Изучали различия в устойчивости к вирусной инфекции у разных по восприимчивости сортов и полученных сомаклонов на примере изменения активности изоферментного состава антиоксидантных ферментов. Результаты показали, что у сомаклона ЕС1, полученного от восприимчивого сорта Ермак, при инфицировании было обнаружено два дополнительных изофермента и отмечено повышение активности изопероксидаз по сравнению с контролем. У образцов, полученных от устойчивого ХС94 и умеренно восприимчивого сорта АС91, количество изопероксидаз не увеличивалось, но отмечалось повышение их активности. У инфицированных растений происходит активация дополнительных 3-х изоформ каталазы, относительно контроля – 1 изоформа, причем у сомаклонального образца ЕС1 была обнаружена 4-я изоформа каталазы. При изучении спектров супероксиддисмутазы у контрольной группы проявлялась активность Мn-СOД и Fe-СOД, в то время как у сомаклональных образцов ХС94, АС91 и ЕС1 были выявлены две формы фермента: Feи Cu/Zn-СOД, которые играют значительную роль при нейтрализации супероксид-радикала.

1. Muhammad A.F., Adnan K.N., Javaid A., Saifullah, Farooq M., Sour Z., et al. Acquiring control: the evolution of ROS–induced oxidative stress and redox signaling pathways in plant stress responses / Plant Physiology and Biochemistry. 2019. Vol. 141. P. 353–359. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2019.04.039.

2. Foyer C.H., Noctor G. Oxidant and antioxidant signalling in plants: a reevaluation of the concept of oxidative stress in a physiological context / Plant, Cell and Environment. 2005. Vol. 28, no. 8. P. 1056–1063. https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2005.01327.x.

3. Dietz K.-J., Mittler R., Noctor G. Recent progress in understanding the role of reactive oxygen species in plant cell signaling / Plant Physiology. 2016. Vol. 171, no. 3. P. 1535–1539. https://doi.org/10.1104/pp.16.00938.

4. Foyer C.H., Noctor G. Redox homeostasis and antioxidant signaling: a metabolic interface between stress perception and physiological responses / The Plant Cell. 2005. Vol. 17. P. 1866–1872. https://doi.org/10.1105/tpc.105.033589.

5. Bowler C., Montagu M.V., Inze D. Superoxide dismutase and stress tolerance / Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology. 1992. Vol. 43, no. 1. P. 83–116. https://doi.org/10.1146/annurev.pp.43.060192.000503.

6. Che Y., Yao T., Wang H., Wang Z., Zhang H., Sun G., et al. Potassium ion regulates hormone, Ca2+ and H O signal transduction and antioxidant activities to improve salt stress resistance in tobacco / Plant Physiology and Biochemistry. 2022. Vol. 186. P. 40–45. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2022.06.027.

7. Khalid A., Aftab F. Effect of exogenous application of 24-epibrassinolide on growth, protein contents, and antioxidant enzyme activities of in vitro-grown (Solanum tuberosum L.) under salt stress / In Vitro Cellular and Developmental Biology – Plant. 2016. Vol. 52. P. 81–91. https://doi.org/10.1007/s11627-015-9745-2.

8. Khan M.I.R., Nazir F., Asgher M., Per T.S., Khan N.A. Selenium and sulfur influence ethylene formation and alleviate cadmium–induced oxidative stress by improving proline and glutathione production in wheat / Journal of Plant Physiology. 2015. Vol. 173. Р. 9–18. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2014.09.011.

9. Киргизова И.В., Гаджимурадова А.М., Омаров Р.Т. Особенности накопления антиоксидантных ферментов у картофеля в условиях биотического и абиотического стресса / Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2018. Т. 8. N 4. С. 42–54. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2018-8-4-42-54. EDN: YTDWDJ.

10. Murgan O.K., Kolomeichuk L.V., Kovtun I.S., Efimova, M.V. Response of the antioxidant system of two varieties of potatoes to salt stress / Current Challenges in Plant Genetics, Genomics, Bioinformatics, and Biotechnology. 2019. Vol. 24. P. 98–105. https://doi.org/10.18699/ICG-PlantGen2019-31.

11. Shafi A., Pal A.K., Sharma V., Kalia S., Kumar S., Ahuja P.S., et al. Transgenic potato plants overexpressing SOD and APX exhibit enhanced lignification and starch biosynthesis with improved salt stress tolerance / Plant MolecularBiologyReporter.2017.Vol.35,no.2.Р.504–511. https://doi.org/10.1007/s11105-017-1041-3.

12. Rahnama H., Ebrahimzadeh H. Antioxidant isozymes activities in potato plants (Solanum tuberosum L.) under salt stress / Journal of Sciences, Islamic Republic of Iran. 2006. Vol. 17, no. 3. P. 225–232.

13. Ruiz-Sáenz D.R., Ayala-Hernández D.D., Niino T., Cruz-Gutiérrez E.J. Salicylic acid-cryotherapy treatment for elimination of potato Virus S from Solanum tuberosum L. / American Journal of Potato Research. 2019. Vol. 96. P. 225–234. https://doi.org/10.1007/s12230-018-09694-4.

14. Балакина А.А., Кунина Ю.В., Терентьев А.А., Калашникова Е.А. Изучение активности ферментов антиоксидантной системы на различных этапах культивирования люпина узколистного (Lupinus angustifolius L.) in vitro / Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2012. N 1. C. 78–83. EDN: OZNBER.

15. Omarov R.T., Sagi M., Lips S.H. Regulation of aldehyde oxidase and nitrate reductase in roots of barley (Hordeum vulgare L.) by nitrogen source and salinity / Journal of Experimental Botany. 1998. Vol. 49, no. 322. P. 897–902. https://doi.org/10.1093/jxb/49.322.897.

16. Снandlee J.M., Scandalios J.G. Gene expression during early kernel development in Zea mays / Genes & Development. 1983. Vol. 4. P. 99–128.

17. Побежимова Т.П., Колесниченко А.В., Грабельных О.И. Методы изучения митохондрий растений. Полярография и электрофорез. М.: Промэкобезопасность, 2004. 98 с.

18. Beauchamp C.H., Fridovich I. Superoxide dismutase: improved assays and an assay applicable to acrylamide gel / Analytical Biochemistry. 1971. Vol. 44. P. 276–279.

19. Khalafalla M.M., Elaleem K.G., Modawi R.S. Effect of plant growth regulators on callus induction and plant regeneration in tuber segment culture of potato (Solanum tuberosum L.) cultivar Diamant / African Journal of Biotechnology. 2009. Vol. 8, no. 11. P. 234–238. https://doi.org/10.5897/AJB09.014.

20. Kirgizova I.V., Kalashnikova E.A., Turpanova R.M., Gadzhimuradova A.M., Silaev D.V. Levels of physiological activityofantioxidant enzymesinpotatoes (S. tuberosum L.) when infected PVS virus / IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022. Vol. 1154. Р. 012033. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1154/1/012033.

21. Граскова И.А., Эпова К.Ю., Кузнецова Е.В., Колесниченко А.В., Войников В.К. Рольслабосвязанных с клеточной стенкой пероксидаз в устойчивости картофеля при инфицировании кольцевой гнилью // Journal of Stress Physiology and Biochemistry. 2008. Т. 4. С. 4–12.

22. Corpas F.J., Palma J.M., Sandalio L.M., Lоpez-Huertas E., Romero-Puertas M.C., Barroso J.B., et al. Purification of catalase from pea leaf peroxisomes: identification of five different isoforms / Free Radical Research. 1999. Vol. 31, no. 1. Р. 235–240. https://doi.org/10.1080/10715769900301561.

23. Naraikina N.V., Sinkevich M.S., Demin I.N. Changes in the activity of superoxide dismutase isoforms in the course of low-temperature adaptation in potato plants of wild type and transformed with Δ12-acyl-lipid desaturase gene / Russian Journal of Plant Physiology. 2014. Vol. 61. Р. 332–338.

24. Saibi W., Brini F. Superoxide dismutase (SOD) and abiotic stress tolerance in plants: an overview. In: Superoxide Dismutase: Structure, Synthesis and Applications. Nova Science Publishers Inc., 2018. P. 101–142.

25. Alscher R.G., Ertuk N., Heath L.S. Role of superoxide dismutases (SODs) in controlling oxidative stress in plants / Journal of Experimental Botany. 2002. Vol. 53, no. 372. P. 1331–1341. https://doi.org/10.1093/jexbot/53.372.1331.

26. Синькевич М.С., Нарайкина Н.В., Алиева Г.П. Различия в низкотемпературной устойчивости растений Arabidopsis thaliana и их нечувствительных к этилену мутантов связаны с активностью антиоксидантных ферментов / Физиология растений. 2020. Т. 67. N 6. С. 661–672. https://doi.org/10.31857/S0015330320050152.