Регуляция активности аденилатциклаз клеток корня гороха пероксидом водорода при инфицировании патогенами и мутуалистом

Целью данной работы являлось изучение влияния различных экзогенных концентраций пероксида водорода на активность трансмембранной и растворимой аденилатциклаз (КФ 4.6.1.1) в клетках корня проростков гороха, инфицированного Rhizobium leguminosarum bv. viciae, Pseudomonas syringae pv. Pisi или Clavibacter michiganensis ssp. sepedonicus. Исследования показали, что пул внутриклеточного Н₂О₂ повышался при инфицировании корней гороха всеми указанными бактериями. Концентрация внутриклеточного циклического аденозинмонофосфата, продукта реакции циклизации аденозинтрифосфата, катализируемой трансмембранной и растворимой аденилатциклазами, в тех же образцах при инфицировании Rhizobium leguminosarum bv. Vicea или Clavibacter michiganensis ssp. sepedonicus также возрастала; а под воздействием Pseudomonas syringae pv. pisi снижалась на 20%. Активность трансмембранной и растворимой аденилатциклаз in vitro из инокулированных Rhizobium leguminosarum bv. vicea клеток корня гороха при добавлении различных концентраций Н₂О₂ изменялась дозозависимо: 100 нМ Н₂О₂ незначительно снижали их активность, в то время как 26 мкМ ингибировали активность на 50–60%. На фоне инфицирования Pseudomonas syringae pv. pisi добавление любой из выбранных концентраций Н₂О₂ в равной степени снижало активность трансмембранной и растворимой аденилатциклаз. При инфицировании Clavibacter michiganensis ssp. sepedonicus 100 нМ Н₂О₂ ингибировали активность трансмембранной аденилатцтклазы, но оказывали активирующий эффект на растворимую аденилатциклазу. Напротив, концентрации Н₂О₂ 2,6 и 26 мкМ повышали активность трансмембранной аденилатцтклазы и ингибировали активность растворимой аденилатциклазы. Сделан вывод о том, что определенный концентрационный статус вторичных мессенджеров в клетках растений зависит от специфичности биотического стрессора и формируется, в том числе, путем их взаимного влияния на компоненты других сигнальных систем растений.

1. Кузакова О.В., Ломоватская Л.А., Гончарова А.М., Романенко А.С. Влияние различных по симбиотической эффективности штаммов Rhizobium leguminosarum bv. viciae на изменение концентрации цАМФ и пероксида водорода в клетках проростков гороха // Физиология растений. 2019. Т. 66. N 5. С. 360–366. https://doi.org/10.1134/s0015330319050129

2. Jiang J., Fan L.W., Wu W.H. Evidences for involvement of endogenous cAMP in Arabidopsis defense responses to Verticillium toxins // Cell Research. 2005. Vol. 15. Issue 8. P. 585–592. https://doi.org/10.1038/SJ.CR.7290328

3. Ломоватская Л.А., Кузакова О.В., Романенко А.С., Гончарова А.М. Активность аденилатциклаз и изменение концентрации цАМФ в клетках корня проростков гороха при инфицировании мутуалистами и фитопатогенами // Физиология растений. 2018. Т. 65. N 4. С. 310–320. https://doi.org/10.7868/S0015330318040073

4. Bianchet C., Wong A., Quaglia M., Alqurashi M., Gehring C., Ntoukakis V., et al. An Arabidopsis thaliana leucine-rich repeat protein harbors an adenylyl cyclase catalytic center and affects responses to pathogens // Journal of Plant Physiology. 2019. Vol. 232. Р. 12–22. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2018.10.025

5. Филинова Н.В., Ломоватская Л.А., Романенко А.С., Саляев Р.К. Кальций как модулятор активности аденилатциклазы клеток растений картофеля при бактериальном патогенезе // Доклады Академии наук. 2018. Т. 483. N 6. С. 687–689. https://doi.org/10.31857/S086956520003458-6

6. Молодченкова О.О. Активность НАДФН-оксидазы, содержание пероксида водорода и салициловой кислоты в проростках ярового ячменя при фузариозной инфекции и действии салициловой кислоты // Физиология и биохимия культурных растений. 2009. Т. 41. N 4.С. 321–326.

7. Ткачук В.А., Тюрин-Кузьмин П.А., Белоусов В.В., Воротников А.В. Пероксид водорода как новый вторичный посредник // Биологические мембраны. 2012. Т. 29. N 1-2. С. 21–37.

8. Černý M., Habánová H., Berka M., Luklová M., Brzobohatý B. Hydrogen peroxide: its role in plant biology and crosstalk with signalling networks // International Journal of Molecular Sciences. 2018. Vol. 19. Issue 9. P. 2812. https://doi.org/10.3390/ijms19092812

9. Ломоватская Л.А., Романенко А.С., Рыкун О.В. Влияние Са 2+ и Н 2 О 2 на изменение уровня цАМФ в вакуолях клеток корнеплодов столовой свеклы при биотическом стрессе // Биологические мембраны. 2014. Т. 31. N 3. С. 194–203. https://doi.org/10.7868/s0233475514020042

10. Romanenko A.S., Lomovatskaya L.A., Shafikova T.N., Borovskii G.B., Krivolapova N.V. Potato cell membrane receptors to ring rot pathogen extracellular polysaccharides // Journal of Phytopathology. 2003. Vol. 151. Issue 1. 6 p. https://doi.org/10.1046/j.1439-0434.2003.00667.x

11. Lomovatskaya L.A., Romanenko A.S., Filinova N.V., Dudareva L.V. Determination of cAMP in plant cells by a modified enzyme immunoassay method // Plant Cell Reports. 2011. Vol. 30. Issue 1. P. 125–132. https://doi.org/10.1007/s00299-010-0950-5

12. Galletti R., Denoux C., Gambetta S., Dewdney J., Ausubel F.M., De Lorenzo G., et al. The AtrbohD-mediated oxidative burst elicited by oligogalacturonides in Arabidopsis is dispensable for the activation of defense responses effective against Botrytis cinerea // Plant Physiology. 2008. Vol. 148. Issue 3. P. 1695–1706. https://doi.org/10.1104/pp.108.127845

13. Glyan’ko A.K., Vasil’eva G.G. Reactive oxygen and nitrogen species in legume-rhizobial symbiosis: A review // Applied biochemistry and microbiology. 2010. Vol. 46. Issue 1. P. 15–22. https://doi.org/10.1134/S0003683810010023

14. Jamet A., Mandon K., Puppo A., Hérouart D. H 2 O 2 is required for optimal establishment of the Medicago sativa/Sinorhizobium meliloti symbiosis // Journal of Bacteriology. 2007. Vol. 187. Issue 23. P. 8741–8745. https://doi.org/10.1128/JB.01130-07

15. Suzuki N., Katano K. Coordination between ROS regulatory systems and other pathways under heat stress and pathogen attack // Frontiers in Plant Science. 2018. Vol. 9. P. 490. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.00490

16. Веселов А.П., Чуманкина Е.А., Маркина И.В. Влияние экзогенного пероксида водорода на липопероксидацию и ферменты антиоксидантной защиты изолированных хлоропластов гороха // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2001. N 1. С.164–167.

17. Лукаткин А.С. Вклад окислительного стресса в развитие холодового повреждения в листьях теплолюбивых растений. Повреждение клеточных мембран при охлаждении теплолюбивых растений // Физиология растений. 2003. Т. 50. N 2. С. 271–274.

18. Stadtman E.R., Levine R.L. Free radicalmediated oxidation of free amino acids and amino acid residues in proteins // Amino Acids. 2003. Vol. 25. P. 207–218. https://doi.org/10.1007/s00726-003-0011-2

19. Al-Younis I., Wong A., Gehring G. The Arabidopsis thaliana K+-uptake permease 7 (AtKUP7) contains a functional cytosolic adenylate cyclase catalytic centre // FEBS Letters. 2015. Vol. 589. Issue 24 (Pt B). P. 3848–3852. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2015.11.038

20. Chatukuta P., Dikobe T.B., Kawadza D.T., Sehlabane K.S., Takundwa M.M., Wong A., et al. An Arabidopsis clathrin assembly protein with a predicted role in plant defense can function as an adenylate cyclase // Biomolecules. 2018. Vol. 8. N 2. 15 p. https://doi.org/10.3390/biom8020015

21. Gehring C. Adenyl cyclases and cAMP in plant signaling – past and present // Cell Communication and Signaling. 2010. Vol. 8. 5 p. https://doi.org/10.1186/1478-811X-8-15

22. Chang J.H., Desveaux D., Creason A.L. The ABCs and 123s of bacterial secretion systems in plant pathogenesis // Annual Review Phytopathology. 2014. Vol. 52. P. 317–345. https://doi.org/10.1146/annurev-phyto-011014-015624

23. Demidchik V. ROS-Activated ion channels in plants: biophysical characteristics, physiological functions and molecular nature // International Journal of Molecular Sciences. 2018. Vol. 19. Issue 4. P.1263. https://doi.org/10.3390/ijms19041263

24. Eichenlaub R., Gartemann K.-H. The Clavibacter michiganensis subspecies: molecular investigation of gram-positive bacterial plant pathogens // Annual Review Phytopathology. 2011. Vol. 49. P. 445–64. https://doi.org/10.1146/annurev-phyto-072910-095258

25. Романенко А.С., Граскова И.А., Рифель А.А., Копытчук В.Н., Раченко М.А. Стабилизация корнями картофеля рН среды, смещаемого возбудителем кольцевой гнили // Физиология растений. 1996. Т. 43. N 5. С. 707–712.

26. Пятыгин С.С. Особенности сигнальной роли потенциала действия у высших растений // Успехи современной биологии. 2007. Т. 127. N 3. С. 293–298.