Новые функции альтернативных ферментов дыхания в связи с устойчивостью растений к температурным стрессам

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-74-10096

НазваниеНовые функции альтернативных ферментов дыхания в связи с устойчивостью растений к температурным стрессам

Руководитель Федотова Ольга Андреевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения Российской академии наук , Иркутская обл

Конкурс №23 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-206 - Физиология и биохимия растений

Ключевые слова низкая и высокая температуры, устойчивость, озимая пшеница, яровая пшеница, хлоропласты, митохондрии, активные формы кислорода, альтернативные ферменты дыхания

Код ГРНТИ34.31.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Температура – один из основных факторов, влияющих на произрастание и продуктивность многих сельскохозяйственных культур, в том числе яровых и озимых злаков. Для озимой и яровой пшеницы губительным может быть действие как низкой, так и высокой температуры. Одним из ограничений возделывания яровой пшеницы является ее низкая полевая всхожесть в ранний весенний период, обусловленная действием низких температур, а для озимой пшеницы – выход из состояния покоя в поздний зимний и ранний весенний периоды. Длительное действие высокой температуры в летний период приводит к засухе, что в свою очередь снижает продуктивность этих важных сельскохозяйственных культур. Дыхание и фотосинтез занимают центральную роль в метаболизме растительной клетки, и устойчивость этих процессов к действию стрессовых факторов крайне важна для поддержания жизнедеятельности и является определяющим фактором для адаптации растений. В митохондриях многих организмов обнаружены так называемые альтернативные ферменты дыхания, которые представлены альтернативной цианид-резистентной оксидазой (АО) и ротенон-нечувствительными НАД(Ф)Н-дегидрогеназами. Из этих ферментов наиболее изучена альтернативная цианид-резистентная оксидаза, экспрессия генов которой увеличивается при действии широкого спектра стрессовых условий, ее называют «белком выживания», но единственной строго доказанной ее функцией является термогенез. При изучении активности АО и ротенон-нечувствительных НАД(Ф)Н-дегидрогеназ в условиях низких температур имеется ряд противоречивых данных, а в условиях повышенных температур о активности этих ферментов в растениях практически ничего не известно. Функции этих ферментов изучены недостаточно. Предполагается, что функционирование АО и ротенон-нечувствительных НАД(Ф)Н-дегидрогеназ способствует защите не только дыхательной цепи митохондрий, но и фотосинтетического аппарата хлоропластов, регулируя образование в них активных форм кислорода и защищая, таким образом, фотосинтетический аппарат от повреждения. Данный вопрос в должной мере не исследован, хотя эффективное функционирование альтернативных ферментов дыхания в листьях зерновых культур в период холодового и теплового закаливания может способствовать повышению устойчивости растений к низкой и высокой температуре. Участие митохондрий и их энергорассеивающих систем в формировании механизмов защиты растений от низкотемпературного стресса не вызывает сомнения. Ранее нами с использованием этиолированных проростков озимой пшеницы была установлена термогенная и антиоксидантная функция альтернативной оксидазы при низкотемпературном стрессе. Наибольший интерес представляет изучение альтернативных ферментов дыхания в фотосинтезирующих тканях. Однако при изучении активности АО и ротенон-нечувствительных НАД(Ф)Н-дегидрогеназ в листьях зерновых культур возникает много трудностей. Это связано со сложностью получения из листьев функционально активных митохондрий. В работах большинства авторов активность этих ферментов изучается либо на уровне экспрессии генов, либо на интактных тканях и результаты этих работ зачастую противоречивы. В данном проекте все работы будут проведены на очищенных из листьев митохондриях, что является крайне исключительным для мировой науки событием. В результате выполнения проекта будет изучено функционирование альтернативных ферментов дыхания митохондрий (на уровне синтеза белков и их активности) в листьях озимой и яровой пшеницы в период холодовой и тепловой адаптации. Будет определен вклад этих ферментов в образование АФК в митохондриях и хлоропластах, а также проведен корреляционный анализ функциональной активности митохондрий и хлоропластов в условиях высокой и низкой температуры. Выяснение новых функций альтернативных ферментов дыхания в разных по устойчивости и возделыванию сортах пшеницы позволит создать новые подходы в повышении устойчивости этих важных сельскохозяйственных культур к неблагоприятным температурным факторам.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Боровик О.А., Грабельных О.И. Mitochondrial alternative cyanide-resistant oxidase is involved in an increase of heat stress tolerance in spring wheat Journal of Plant Physiology, V. 231. P. 310-317. (год публикации - 2018)
10.1016/j.jplph.2018.10.007

2. Боровик О.А., Грабельных О.И. Влияние высоких температур на функционирование альтернативной цианид-резистентной оксидазы в митохондриях из листьев яровой пшеницы Материалы докладов II Всероссийской научной конференции с международным участием «Механизмы регуляции функций органелл эукариотической клетки» – Иркутск: Изд-во Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, С. 17-18 (год публикации - 2018)
10.31255/978-5-94797-318-1-17-18

3. Боровик О.А., Полякова Е.А., Грабельных О.И. Альтернативная цианид-резистентная оксидаза вовлечена в развитие термотолерантности яровой пшеницы Материалы IX Международной научной конференции "Регуляция роста, развития и продуктивности растений". – Минск : Колорград, С. 18. (год публикации - 2018)

4. Боровик О Mitochondrial alternative cyanide-resistant oxidase and alternative NAD(P)H dehydrogenases are involved in a resistance of spring and winter wheat to temperature stress FEBS Open Bio (год публикации - 2019)

5. Полякова Е.А., Боровик О.А., Грабельных О.И. Вовлеченность альтернативной цианид-резистентной оксидазы в устойчивость пшеницы к температурным стрессам Материалы докладов XXVI Всероссийской молодежной научной конференции (с элементами научной школы), посвященной 75-летию А.И. Таскаева - Сыктывкар : ИБ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, С. 167–169. (год публикации - 2019)
10.31140/book-2019-05

6. Полякова Е.А., Боровик О.А., Грабельных О.И. Вовлеченность альтернативной цианид-резистентной оксидазы и внешних и внутренних НАД(Ф)•Н – дегидрогеназ в устойчивость пшеницы к температурным стрессам Тезисы докладов II международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 100-летию высшего биологического образования в Восточной Сибири. – Иркутск : Изд-во ИГУ, 2019. – С. 100-103. (год публикации - 2019)

Публикации