VII Съезд биофизиков России
Краснодар, Россия
17-23 апреля 2023 г.
Главная
О Съезде
Организаторы
Программный комитет
Программа Съезда
Место проведения Съезда
Проживание
Оргвзносы
Основные даты
Регистрация
Публикации материалов Съезда
Молодежный конкурс
Контакты
Тезисы
English version
Партнеры Съезда
Правила оформления докладов

Программа Съезда

Секции и тезисы:

Механизмы действия физико-химических факторов на биологические системы

Анализ вклада генетической регуляции в эффекты ионизирующего излучения на стрессовые сигналы растений

П.А. Пирогова1*, Т.А. Здобнова1, М.М. Ладейнова1, М.А. Гринберг1, В.А. Воденеев1

1.ННГУ им. Н.И. Лобачевского;

* poly.h(at)mail.ru

Значительное влияние ионизирующего излучения (ИИ) на живые организмы реализуется, во многом, за счёт модификации стрессовых сигналов и изменения статуса сигнальных систем. В естественных условиях особое значение может приобретать эффекты ИИ на стрессовые сигналы, которые в свою очередь формируют адаптации к природным факторам. Один из значимых типов стрессовых сигналов растений — электрические сигналы (ЭС). ЭС представляют собой распространяющиеся изменения мембранного потенциала, возникающие в ответ на различные раздражители (нагрев, охлаждение, механическое воздействие и др.). В преобразовании ЭС в функциональный ответ принимают участие другие сигнальные системы, в том числе гормональная. Стрессовые гормоны — абсцизовая (АБК), жасмоновая (ЖК) и салициловая кислота (СК) — участвуют в опосредованном ЭС изменении активности фотосинтеза, транспирации, экспрессии генов. К настоящему времени показано, что ИИ способно оказывать эффекты на параметры ЭС и вызываемых ими функциональных ответов. Эффекты, возникающие при действии ИИ, могут быть обусловлены изменением уровня экспрессии генов, что реализуется, преимущественно, за счет активных форм кислорода (АФК), способных не только к повреждающему действию, но и к регуляции различных систем.

Исследования проводили на 15-дневных проростках пшеницы мягкой (Triticum aestivum L.) сорта «Дарья». Экспериментальную группу облучали с помощью β-излучателя ⁹⁰Sr-⁹⁰Y с активностью 0,1 МБк и мощностью дозы примерно 31,3 мкГр/час. Продолжительность облучения растений составляла 15 дней. Максимальная накопленная доза составляла около 11,3 мГр. Уровень экспрессии генов оценивали методом ПЦР «в реальном времени». В работе анализировали гены белков, которые потенциально могут обуславливать эффекты ИИ на электрогенез, и гены белков биосинтеза стрессовых фитогормонов. Разработку праймеров интересующих генов для ПЦР «в реальном времени» проводили с соблюдением необходимых параметров. В качестве референсных генов использовали β-актин (ACTB) и гомолог белка слияния вакуолей (MON1). Полученные результаты анализировали по методике ΔΔСt.

У облучённых растений изменяются параметры ЭС: увеличивается амплитуда и скорость распространения. Теоретический анализ потенциальных мишеней ИИ позволил выделить ключевые компоненты сигнальных систем, воздействие на которые может объяснить наблюдаемую в экспериментах модификацию ЭС и процесса преобразования сигналов в ответ. К ним относятся, в первую очередь, Н⁺-АТФаза, NADPH-оксидаза, ионные каналы различных типов и фитогормоны. В ходе работы подобраны праймеры для генов белков, участвующих в электрогенезе: H⁺-АТФазы (HA1), NADPH-оксидазы (RBOHs), анионных (CLC1 и ALMT1), калиевых (SKOR и AKT1) и кальциевых (TPC1) каналов. Также для генов белков биосинтеза фитогормонов: АБК — 9-цис-эпоксикаротиноид-диоксигеназа (NCED3), ксантоксин дегидрогеназа (ABA2), β-глюкозидаза (BG1); ЖК — липоксигеназа (LOX6), алленоксид-синтаза (AOS), 12-ОФДК-редуктаза (OPR2), жасмоноил-L-амино-синтетаза (JAR1); СК — изохоризмат-синтаза (ICS1). По результатам ПЦР «в реальном времени» определили относительный уровень экспрессии генов интереса у облученных растений. Обнаружено снижение экспрессии гена калиевого канала SKOR и разнонаправленное изменение экспрессии генов биосинтеза различных фитогормонов. Проведенный анализ экспрессии генов интереса позволяет определить вклад генетической регуляции в эффекты ИИ на стрессовый сигналинг.

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ, проект № 23-24-00340.

Analysis of the contribution of genetic regulation to the effects of ionizing radiation on stress signals of plants

P.A. Pirogova1*, T.A. Zdobnova1, M.M. Ladeynova1, M.A. Grinberg1, V.A. Vodeneev1

1.National Research Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod;

* poly.h(at)mail.ru

The significant influence of ionizing radiation (IR) on living organisms is realized, in many respects, due to the modification of stress signals and changes in the status of signaling systems. In natural conditions, the effects of IR on stress signals, which in turn form adaptations to natural factors, can become of particular importance. One of the significant types of stress signals of plants is electrical signals (ES). ES are propagating changes in the membrane potential that occur in response to various stimuli (heating, cooling, mechanical action, etc.). Other signaling systems, including hormonal ones, take part in the transformation of ES into a functional response. Stress hormones — abscisic (ABA), jasmonic (JA) and salicylic acid (SA) — are involved in the ES-mediated change in photosynthesis activity, transpiration, and gene expression. To date, it has been shown that IR is able to have an effects on the parameters of ES and the functional responses they cause. The effects arising from the action of IR can be caused by a change in the level of gene expression, which is realized mainly due to reactive oxygen species (ROS), capable not only of damaging action, but also of regulating various systems.

The studies were carried out on 15-day seedlings of soft wheat (Triticum aestivum L.) of the "Daria" variety. The experimental group was irradiated with a ⁹⁰Sr-⁹⁰Y β-emitter with an activity of 0.1 MBq and a dose rate of approximately 31.3 mGy/h. The duration of irradiation of plants was 15 days. The maximum accumulated dose was about 11.3 mGy. The level of gene expression was assessed by real-time PCR. The work analyzed the genes of proteins that can potentially cause the effects of IR on electrogenesis, and the genes of proteins of biosynthesis of stress phytohormones. The development of primers of the genes of interest for real-time PCR was carried out in compliance with the necessary parameters. β-actin (ACTB) and the homolog of the vacuole fusion protein (MON1) were used as reference genes. The obtained results were analyzed using the ΔΔCt method.

In irradiated plants, the ES parameters change: the amplitude and propagation speed increase. Theoretical analysis of potential IR targets made it possible to identify the key components of signaling systems, the impact on which can explain the experimentally observed modification of the ES and the signal conversion process in response. These include, first of all, H⁺-ATPase, NADPH-oxidase, ion channels of various types and phytohormones. In the course of the work, primers were selected for the genes of proteins involved in electrogenesis: H⁺-ATPase (HA1), NADPH oxidase (RBOHs), anionic (CLC1 and ALMT1), potassium (SKOR and AKT1) and calcium (TPC1) channels. Also for the genes of phytohormone biosynthesis proteins: ABA — 9-cis-epoxycarotinoid dioxygenase (NCED3), xanthoxin dehydrogenase (ABA2), β-glucosidase (BG1); JA — lipoxygenase (LOX6), allenoxide synthase (AOS), 12-OPDA-reductase (OPR2), jasmonoyl-L-amino synthetase (JAR1); SA — isochorismate-synthase (ICS1). Based on the results of real-time PCR, the relative level of expression of genes of interest in irradiated plants was determined. A decrease in the expression of the potassium channel gene SKOR and multidirectional changes in the expression of genes for the biosynthesis of various phytohormones were found. The analysis of the expression of genes of interest allows us to determine the contribution of genetic regulation to the effects of IR on stress signaling.

The work was carried out with the financial support of the RSF, project No. 23-24-00340.


Докладчик: Пирогова П.А.
156
2023-02-14

Национальный комитет Российских биофизиков © 2022
National committee of Russian Biophysicists