Влияние Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus на уровень эндогенного пероксида водорода и активность пероксидазы в трансгенных растениях картофеля (Solanum tuberosum L.), экспрессируюущих ген gox

Возрастание уровня пероксида водорода (H₂O₂) в растительных тканях способствует повышению устойчивости к разнообразным биотическим и абиотическим стрессорам. Одним из основных ферментов, участвующих в регуляции уровня H₂O₂ у растений, является пероксидаза. Цель данной работы заключалась в исследовании уровня эндогенного H₂O₂, активности пероксидазы и ее изоферментного спектра в корнях картофеля in vitro сорта Скарб и его трансгенных линий, экспрессирующих ген глюкозооксидазы (gox) из Penicillium funiculosum в нормальных условиях и при взаимодействии с фитопатогеном Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus. Показано, что уровень H₂O₂ трансгенных линий, несущих модифицированный ген gox, был существенно выше в сравнении с исходным сортом и еще более возрастал при воздействии фитопатогена. В нормальных условиях роста выявлены различия в спектре изоформ пероксидазы в трансгенных линиях и исходном сорте Скарб. При контакте с фитопатогеном существенно изменялся спектр изоформ в исходном сорте Скарб и в трансгенных линиях в сравнении с сортом Скарб. Полученные данные доказывают, что продукт экспрессии гена gox формирует высокий уровень H₂O₂ в результате окисления глюкозы. Высокий уровень H₂O₂ в трансгенных линиях, вероятно, инактивирует пероксидазу. Показано, что заражение растений фитопатогеном Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus приводит к увеличению активности пероксидазы и изменению изоферментного состава как в контроле, так и в трансгенных линиях.

1. Савчин Д.В., Панюш А.С., Картель Н.А., Генетическая трансформация растений векторными конструкциями с геном GOX Penicillium funiculosum // Молекулярная и прикладная генетика. 2011. Т. 12. С. 49–55. EDN: ZYHRUD.

2. Савчин Д.В., Вересова Т.Н., Межнина О.А., Панюш А.С., Вячеслвова А.О., Голденкова-Павлова И.В. Оптимизация кодонового состава грибного гена gox Penicillium funiculosum для эффективной экспрессии в растениях Solanum tuberosum // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наук. 2015. N 1. С. 50–55. EDN: TKSWKP.

3. Wu G., Shortt B.J., Lawrence E.B., Levine E.B., Fitzsimmons K.C., Shah D.M. Disease resistance conferred by expression of a gene encoding H2O2-generating glucose oxidase in transgenic potato plants // The Plant Cell. 1995. Vol. 7, no. 9. P. 1357–1368. DOI: 10.1105/tpc.7.9.1357.

4. Jaspers P., Kangasjarvi J. Reactive oxygen species in abiotic stress signaling // Physiologia Plantarum. 2010. Vol. 138, no. 4. P. 405–413. DOI: 10.1111/j.1399-3054.2009.01321.x.

5. Киргизова И.В., Гаджимурадов 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. DOI: 10.21285/2227-2925-2018-8-4-42-54. EDN: YTDWDJ.

6. Граскова И.А., Боровский Г.Б., Владимирова С.В., Романенко А.С., Войников В.К. Изоферментные спектры пероксидаз картофеля при патогенезе кольцевой гнили // Доклады Академии наук. 2002. Т. 384. N 6. С. 844–847. EDN: LCYKXD.

7. Рогожин В.В., Верхотуров В.В. Стационарная кинетика совместного окисления гидрохинонов и о-дианизидина перекисью водорода в присутствии пероксидазы хрена // Биохимия. 1999. Т. 64. N 2. С. 219–224.

8. Акимова Г.П., Верхотуров В.В, Соколова М.Г. Влияние Azotobacter на активность пероксидазы и содержание перекиси водорода в корнях проростков гороха, инокулированных Rhizobium // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2017. Т. 7. N 4. С. 126–131. DOI: 10.21285/2227-2925-2017-7-4-126-131. EDN: YMQFSN.

9. Акимова Г.П., Соколова М.Г., Нечаева Л.В., Лузова Г.Б., Сидорова К.К. Роль пероксидазы во взаимодействиях растений гороха с Rhizobium // Агрохимия. 2002. N 12. С. 37–41.

10. Bradford M.M. A rapid and sensitive method for quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Analytical Biochemistry. 1976. Vol. 72. P. 248–254. DOI: 10.1016/0003-2697(76)90527-3.

11. Попов В.Н., Антипина А.В., Астахова Н.В. Изме нения ультраструктуры хлоропластов растений табака в процессе защиты от окислительного стресса при гипотермии // Физиология растений. 2016. Т. 63. N 3. С. 319–326. DOI: 10.7868/S0015330316030118. EDN: VTQCER.

12. Побежимова Т.П., Колесниченко А.В., Грабельных О.И. Методы изучения митохондрий растений. Полярография и электрофорез / отв. ред. Р.К. Саляев. М.: Изд-во ООО «НПК «ПРОМЭКОБЕЗОПАСНОСТЬ»», 2004. 98 с.

13. Лойда З., Госсрау Р., Шиблер Т. Гистохимия ферментов: лабораторные методы / пер. с англ.; под ред. Н.Т. Райхлина. М.: Мир, 1982. 272 с.

14. Еникеев А.Г., Копытина Т.В., Семенова Л.А., Натяганова А.В., Гаманец Л.В., Волкова О.Д. Агробактериальная трансформация как комплексный биотический стрессирующий фактор // Журнал стресс-физиологии и биохимии. 2008. Т. 4. N 1. С. 11–19. EDN: IUINPP.

15. Креславский В.Д., Лось Д.А., Аллахвердиев С.И., Кузнецов В.В. Сигнальная роль активных форм кислорода при стрессе у растений // Физиология растений. 2012. Т. 59. N 2. С. 163–178. EDN: OWEOSH.

16. Chen Z., Silva H., Klessig D.F. Active oxygen species in the induction of plant systemic acquired resistance by salicylic acid // Science. 1993. Vol. 262, no. 5141. P. 1883–1886. DOI: 10.1126/science.8266079.

17. Pei Z.-M., Murata Y., Benning G., Thomine S., Klusener B., Allen G.J., et al. Calcium channels activated by hydrogen peroxide mediate abscisic acid signalling in guard cells // Nature. 2000. Vol. 406, no. 6797. P. 731–734. DOI: 10.1038/35021067.

18. Galvez-Valdivieso G., Mullineaux P.M. The role of reactive oxygen species in signalling from chloroplasts to the nucleus // Physiologia Plantarum. 2010. Vol. 138, no. 4. P. 430–439. DOI: 10.1111/j.1399-3054.2009.01331.x.

19. Pandey S., Fartyal D., Agarwal A., Shukla T., James D., Kaul T., et al. Abiotic stress tolerance in plants: myriad roles of ascorbate peroxidase // Frontiers in Plant Science. 2017. Vol. 8. P. 581. DOI: 10.3389/fpls.2017.00581.

20. Андреева В.А. Фермент пероксидаза: участие в защитном механизме растений / отв. ред. Ю.Н. Журавлев. М.: Наука, 1988. 128 с.

21. Campo S., Manrique S., García-Martínez J., San Segundo B. Production of cecropin A in transgenic rice plants has an impact on host gene expression // Plant Biotechnology Journal. 2008. Vol. 6, no. 6. P. 585–608. DOI: 10.1111/j.1467-7652.2008.00339.x.

22. Arnao M.B., Acosta M., del Rio J.A., García-Cánovas F. Inactivation of peroxidase by hydrogen peroxide and its protection by a reductant agent // Biochimica et Biophysica Acta. 1990. Vol. 1038, no. 1. P. 85–89. DOI: 10.1016/0167-4838(90)90014-7.

23. Valderrama B., Ayala M., Vazquez-Duhalt R. Suicide inactivation of peroxidases review and the challenge of engineering more robust enzymes // Chemistry & Biology. 2002. Vol. 9, no. 5. P. 555–565. DOI: 10.1016/s1074-5521(02)00149-7.