Стеценко Л.А.

Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН,

г. Москва, Россия

Особенности образования конъюгатов полиаминов у Mesembryanthemum crystallinum L. при солевом стрессе

В настоящее время большой интерес представляет исследование роли полиаминов (ПА) при адаптации растений к абиотическим стрессам. Растения Mesembryanthemum crystallinum L. (хрустальная травка) способны накапливать алифатические ПА путресцинового ряда, а также редко встречающийся у высших растений диамин кадаверин в стрессорных условиях (1). Известно, что благодаря наличию активных аминогрупп ПА ведут себя как органические поликатионы и образуют ионные связи с различными отрицательно заряженными молекулами – с фосфатными группами нуклеиновых кислот и мембранных липидов, карбоксильными группами белков и гидроксильными группами фенольных соединений. Предполагается, что образующиеся с фенольными соединениями конъюгаты ПА оказываются более эффективными при проявлении антиоксидантных свойств у растений в стрессорных условиях (2). Однако образование конъюгатов ПА, в особенности кадаверина, и их роль при солевом стрессе у растений остаются не исследованными.

Цель настоящей работы заключается в исследовании характера изменений содержания свободных и конъюгированных ПА у взрослых растений хрустальной травки при действии NaCl. Известно, что хрустальная травка в период перехода на САМ-фотосинтез формирует как водосберегающий тип метаболизма, так и высокую солеустойчивость. Ранее установлено, что накопление свободного кадаверина в листьях хрустальной травки приурочено к фазе перехода растений на САМ-фотосинтез. По этой причине исследование образования конъюгатов кадаверина представляет наибольший интерес. В связи с тем, что кадаверин, как показано в наших исследованиях, может подвергаться окислительной деградации с помощью диаминоксидазы, в работе мы использовали ингибитор этого фермента аминогуанидин (АГ).

В работе были использованы растения, выращенные в водной культуре и полностью перешедшие на САМ-фотосинтез. В корневую среду вводили в одном варианте 400 мМ NaCl, а в другом – 400 мМ NaCl совместно с 1 мМ АГ. Экспозиция обработки корней растений на среде с различными добавками (NaCl и NaCl + АГ) составляла 90 мин, после чего всю листовую массу и отдельно корни растений фиксировали в жидком азоте. Растительную ткань экстрагировали 5%-ой хлорной кислотой и центрифугировали. В одной части надосадочной жидкости определяли свободные ПА, а другую ее часть и отдельно осадок подвергали кислотному гидролизу в 6 н HCl в течение 24 часов при 92-94^оС в запаянных ампулах по методу (Langebarteis , Kerner et al., 1991). Гидролизаты нейтрализовали и далее все пробы анализировали на содержание свободных ПА, которые определяли в виде их бензоильных производных методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) (Flores and Galston, 1982).

При кратковременном действии соли существенных изменений в содержании свободных ПА в листьях не наблюдалось, в тоже время их содержание в корнях повышалось по отношению к контролю и составило: для путресцина – 25%, кадаверина –11,3 %, спермина – 87 %, спермидина – 25 %, 1,3-диаминопропана (ДАП) - более 100 %.

В корнях контрольных растений были обнаружены растворимые конъюгаты (РК) всех ПА за исключением ДАП (продукта окислительной деградации спермидина). При обработке NaCl наблюдались лишь РК кадаверина и РК спермина, содержание которых не превышало их уровень в контроле.

Во всех вариантах опыта в корнях присутствовали связанные конъюгаты (СК) исследуемых нами ПА. При действии соли их количество по сравнению с контролем возросло: СК путресцина на 50%, СК ДАПа – 40%, СК спермидина – 33%, СК кадаверина - 8 %, а уровень СК спермина был ниже контрольного.

Совместное присутствие NaCl и ингибитора АГ в корневой среде вызывало изменения в составе ПА. По сравнению с нормой наблюдалось некоторое увеличение концентрации свободного путресцина в суммарной массе листьев, а в корнях содержание конъюгатов кадаверина увеличилось: РК на 43%, а СК на 22%. Вполне возможно, что повышение содержания конъюгатов кадаверина при совместной обработке корней NaCl и АГ было связано с повышением эндогенной концентрации свободного, не окисленного диаминоксидазой, кадаверина. Это было подтверждено в специальном опыте с введением в корневую среду экзогенного 1мМ кадаверина. В этом случае экзогенный кадаверин образовывал «корневые» конъюгаты только на фоне действия ингибитора АГ.

Полученные данные позволяют считать, что в ответ на солевой стресс корни хрустальной травки отвечают довольно быстрым (90 мин экспозиции) изменением количества свободных и конъгированных форм ПА, что свидетельствует об их существенной роли в адаптивных процессах у растений.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (04-04-48392) и программы Президиума РАН «Клеточная и молекулярная биология».

Литература:

1. Kuznetsov Vl.V., Rakitin V.Yu., Duong D.B., Sadomov N.G., Dam D.B., Stetsenko L.A., Shevyakova N.I. 2002. Does polyamine participate in long-distance

translocation of stress signal in plants? Russ. J. Plant Physiol. 49: 120-130.

2. Bors W., Langebartels C.,Michel C. and Sandermann H. 1989. Polyamines as radical scavengers and protectants against ozone damage. Phytochemistry. 28: 1589-1595.

3. Langerbartels C., Kerner K.,Leonardi S.,Schraudner M., Trost M., Heller W.,

Sanderman H. 1991. Biochemical plant responses to ozone. 1. Differential

induction of polyamine and ethylene biosynthesis in tobacco. Plant Physiol. 95:

882-887.

4. Flores H.E. and Galston A.W. 1982. Analysis of polyamines in higher plants by

performance liquid chromatography. Plant Physiol. 69: 701-708.