Влияние водного дефицита на накопление дегидринов в клетках каллусной культуры сосны обыкновенной

Внутривидовые различия в уровне стрессоустойчивости у древесных растений остаются малоисследованными, хотя данный признак важен для селекции деревьев. Дегидрины являются белками внутриклеточной защиты, предохраняющими другие белки, а также мембраны от повреждений, вызванных внутриклеточным обезвоживанием при действии водного дефицита. Целью настоящей работы было изучение возможности выявления дегидринов, связанных с ответом на водный дефицит, а также межиндивидуальных различий в накоплении дегидринов у сосны обыкновенной в условиях in vitro. В работе использовали каллусную культуру, полученную из тканей ветвей и почек двух деревьев сосны обыкновенной (д3 и д4), для которых были обнаружены количественные и качественные различия в составе дегидринов. Межиндивидуальные различия у каллусных культур выражались в варьировании частоты событий каллусообразования и индекса нарастания каллусной культуры. Влияние водного дефицита на каллусную культуру при добавлении в среду культивирования 5 или 8% полиэтиленгликоля выражалось в дозозависимом снижении в клетках каллусов содержания воды, накоплении стрессового белка Hsp70 и дегидринов с массами 47, 42, 27 кД. Состав и уровень накопления дегидринов различался для каллусов, полученных из д3 и д4, что позволяет предположить различный уровень устойчивости к действию водного дефицита у клеток данных каллусных культур. Существование таких различий может стать основой для выявления дегидринов сосны обыкновенной, связанных с защитой от водного дефицита.

1. Гоф А.А., Жигулин Е.В., Залесов С.В. Причины низкой приживаемости сеянцев сосны обыкновенной с закрытой корневой системой в ленточных борах Алтая // Успехи современного естествознания. 2019. N 12. С. 9–13. EDN: XDILUZ.

2. Гоф А.А., Жигулин Е.В., Залесов С.В., Оплетаев А.С. Опыт создания лесных культур сеянцами с закрытой корневой системой на гарях Алтайского края // Международный научно-исследовательский журнал. 2019. N 12. С. 125–130. DOI: 10.23670/IRJ.2019.90.12.073. EDN: ZMBMPW.

3. Густокашина Н.Н. Многолетние изменения основных элементов климата на территории Предбайкалья: монография. Иркутск: Изд-во ИГ СО РАН, 2003. 107 с. EDN: QKEHXJ.

4. Kharuk V.I., Im S.T., Petrov I.A., Golyukov A.S., Ranson K.J., Yagunov M.N. Climate-induced mortality of Siberian pine and fir in the Lake Baikal Watershed, Siberia // Forest Ecology and Management. 2017. Vol. 384. P. 191–199. DOI: 10.1016/j.foreco.2016.10.050.

5. Воронин В.И., Морозова Т.И. Устойчивость темнохвойных лесов Прибайкалья к «новым» болезням // Экология и география растений и растительных сообществ: материалы IV Междунар. науч. конф. (г. Екатеринбург, 16–19 апреля 2018 г.). Екатеринбург: Изд-во АНО ВО «Гуманитарный университет», 2018. C. 155–159. EDN: RWCJWD.

6. Velasco-Conde T., Yakovlev I., Majada J.P., Aranda I., Johnsen Ø. Dehydrins in maritime pine (Pinus pinaster) and their expression related to drought stress response // Tree Genetics & Genomes. 2012. Vol. 8. P. 957–973. DOI: 10.1007/s11295-012-0476-9.

7. Aziz M.A., Sabeem M., Mullath S.K., Brini F., Masmoudi K. Plant group II LEA proteins: intrinsically disordered structure for multiple functions in response to environmental stresses // Biomolecules. 2021. Vol. 11, no. 11. P. 1662. DOI: 10.3390/biom11111662.

8. Riyazuddin R., Nisha N., Singh K., Verma R., Gupta R. Involvement of dehydrin proteins in mitigating the negative effects of drought stress in plants // Plant Cell Reports. 2022. Vol. 41. P. 519–533. DOI: 10.1007/s00299-021-02720-6.

9. Halder T., Upadhyaya G., Basak C., Das A., Chakraborty C., Ray S. Dehydrins impart protection against oxidative stress in transgenic tobacco plants // Frontiers in Plant Science. 2018. Vol. 9. P. 136. DOI: 10.3389/fpls.2018.00136.

10. Szlachtowska Z., Rurek M. Plant dehydrins and dehydrin-like proteins: characterization and participation in abiotic stress response // Frontiers in Plant Science. 2023. Vol. 14. P. 1213188. DOI: 10.3389/fpls.2023.1213188.

11. Cuevas-Velazquez C.L., Rendón-Luna D.F., Covarrubias A.A. Dissecting the cryoprotection mechanisms for dehydrins // Frontiers in Plant Science. 2014. Vol. 5. P. 583. DOI: 10.3389/fpls.2014.00583.

12. Yu Z., Wang X., Zhang L. Structural and functional dynamics of dehydrins: a plant protector protein under abiotic stress // International Journal of Molecular Sciences. 2018. Vol. 19, no. 11. P. 3420. DOI: 10.3390/ijms19113420.

13. Richard S., Morency M.-J., Drevet C., Jouanin L., Séguin A. Isolation and characterization of a dehydrin gene from white spruce induced upon wounding, drought and cold stresses // Plant Molecular Biology. 2000. Vol. 43. P. 1–10. DOI: 10.1023/a:1006453811911.

14. Bassett C.L., Wisniewski M.E., Artlip T.S., Norelli J.L., Renaut J., Farrell Jr. R.E. Global analysis of genes regulated by low temperature and photoperiod in peach bark // Journal of the American Society for Horticultural Science. 2006. Vol. 131, no. 4. P. 551–563. DOI: 10.21273/jashs.131.4.551.

15. Joosen R.V.L., Lammers M., Balk P.A., Brønnum P., Konings M.C.J.M., Perks M., et al. Correlating gene expression to physiological parameters and environmental conditions during cold acclimation of Pinus sylvestris, identification of molecular markers using cDNA microarrays // Tree Physiology. 2006. Vol. 26, no. 10. P. 1297–1313. DOI: 10.1093/treephys/26.10.1297.

16. Татаринова Т.Д., Перк А.А., Бубякина В.В., Васильева И.В., Пономарев А.Г., Максимов Т.Х. Стрессовые белки-дегидрины в хвое Pinus sylvestris L. в условиях экстремального климата Якутии // Доклады Академии наук. 2017. Т. 473. N 2. С. 233–236. DOI: 10.7868/ S0869565217080242. EDN: VXONRY.

17. Татаринова Т.Д., Перк А.А., Пономарев А.Г., Васильева И.В. Связь дегидринов с адаптацией лиственницы Каяндера к условиям криолитозоны Якутии // Физиология растений. 2023. T. 70. N 5. С. 537–546. DOI: 10.31857/S001533032360016X. EDN: WWJMZE.

18. Аминева Е.Ю., Табацкая Т.М., Машкина О.С., Попов В.Н. Оценка засухоустойчивости отдельных генотипов Pinus sylvestris L. на основе метода культуры ткани in vitro в моделируемых стрессовых условиях // Труды Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. 2017. N 1. С. 14–22. DOI: 10.21178/2079-6080.2017.1.14. EDN: YMHZGZ.

19. Petrov K.A., Sofronova V.E., Bubyakina V.V., Perk A.A., Tatarinova T.D., Ponomarev A.G., et al. Woody plants of Yakutia and low-temperature stress // Russian Journal of Plant Physiology. 2011. Vol. 58. P. 1011–1019. DOI: 10.1134/S1021443711060148.

20. Chang C.Y., Fréchette E., Unda F., Mansfield S.D., Ensminger I. Elevated temperature and CO2 stimulate late-season photosynthesis but impair cold hardening in pine // Plant Physiology. 2016. Vol. 172, no. 2. P. 802–818. DOI: https://doi.org/10.1104/pp.16.00753.

21. Коротаева Н.Е., Иванова М.В., Суворова Г.Г., Боровский Г.Б. Дегидрины в адаптации сосны обыкновенной и ели сибирской к условиям произрастания в период вегетации // Сибирский лесной журнал. 2020. N 6. С. 54–63. DOI: 10.15372/SJFS20200605. EDN: TUJBFZ.

22. Korotaeva N., Romanenko A., Suvorova G., Ivanova M.V., Lomovatskaya L., Borovskii G., et al. Seasonal changes in the content of dehydrins in mesophyll cells of common pine needles // Photosynthesis Research. 2015. Vol. 124. P. 159–169. DOI: 10.1007/s11120-015-0112-2.

23. Newton R.J., Sen S., Puryear J.D. Free proline changes in Pinus taeda L. callus in response to drought stress // Tree Physiology. 1986. Vol. 1, no. 3. P. 325–332. DOI: 10.1093/treephys/1.3.325.

24. Wu J., Wang J., Hui W., Zhao F., Wang P., Su C., et al. Physiology of plant responses to water stress and related genes: a review // Forests. 2022. Vol. 13, no. 2. P. 324. DOI: 10.3390/f13020324.

25. Bomal C., Le V.Q., Tremblay F.M. Induction of tolerance to fast desiccation in black spruce (Picea mariana) somatic embryos: relationship between partial water loss, sugars, and dehydrins // Physiologia Plantarum. 2002. Vol. 115, no. 4. P. 523–530. DOI: 10.1034/j.1399-3054.2002.1150406.x.

26. Kartashov A.V., Zlobin I.E., Pashkovskiy P.P., Pojidaeva E.S., Ivanov Y.V., Mamaeva A.S., et al. Quantitative analysis of differential dehydrin regulation in pine and spruce seedlings under water deficit // Plant Physiology and Biochemistry. 2021. Vol. 162. P. 237–246. DOI: 10.1016/j.plaphy.2021.02.040.