Полиамины в стрессе растений

Полиамины (ПА) — это небольшие, положительно заряженные органические молекулы, которые повсеместно встречаются во всех живых организмах. Они считаются одной из старейших групп веществ, известных в биохимии . Существует три распространенных типа полиаминов: путресцин , спермидин , гермоспермин, в соответствии со структурой, универсальным распределением во всех клеточных компартментах и предполагаемым участием в физиологической активности. Полиамины встречаются во всех клеточных компартментах и физиологической активности из-за их простой структуры. Функция полиамина очень разнообразна, поскольку он выполняет ключевую макромолекулу для клеточной мембраны . Из-за их основных ролей в растении мутация полиаминов может нанести растениям критический ущерб. ^[1] Кроме того, некоторые полиамины, такие как путресцин, ингибируют биосинтетическую активность в растениях. Активность полиаминов можно разделить на несколько частей из-за их сигнальной и растущей активности.

Стресс растений

Полиамины , которые являются ключевыми соединениями в физиологии растений, играют важную роль в пролиферации, росте и дифференциации клеток. Они также оказывают значительное влияние на пролиферацию эмбриона/плода, имплантацию, эмбриональную диапаузу, плацентацию, ангиогенез и развитие плода.

Влияние полиамина на синтез фитохелатина риса

Несмотря на то, что полиамины выполняют важные функции, такие как успокоение и улучшение в физиологии риса, ^[2] его катаболические продукты могут вызывать стрессовые повреждения. Путресцин, разновидность полиамина, снижает синтез фитохелатина на уровне ферментов и экспрессии генов, увеличивая токсичность кадмия в рисе. Полиамины обеспечивают защиту от тяжелых металлов, например, ингибируя поглощение кадмия или его проникновение в клетки, поскольку экзогенные полиамины в основном выделяются в апопласт. Спермидин и спермин, разновидности полиамина, обнаружены в снижении токсичности кадмия в рисе. Тем не менее, путресцин приводит к увеличению накопления перекиси водорода и ингибирует удлинение корней в рисе. В этом случае образуются огромные количества комплексов полиамина и кадмия, поэтому более высокая плотность кадмия и путресцина снижает синтез фитохелатина, а также его экспрессию генов. Поэтому растения с уменьшающейся активностью фитохелатина могут бороться с детоксикацией ионов металлов, таких как Zn, Cu и Ni.

Полиаминовый стрессовый сигнал

Полиамины — это соединения, которые участвуют в сложной сигнальной системе и играют ключевую роль в регуляции толерантности к стрессу. ^[3] Однако в прошлом основная роль полиаминов изначально предполагалась как прямых защитных соединений, важных в условиях стресса из-за их катионной природы (-) при физиологическом pH. Эта особенность полиамина позволяет взаимодействовать с отрицательно заряженными макромолекулами, стабилизируя и защищая соединения в условиях стресса. Эти полиамины могут неспецифически связываться с различными типами белков, и это делает возможным конъюгацию полиаминов с фотосинтетическими комплексами и белками, катализируемую трансглутаминазой, и приводит к усилению фотосинтетической активности в условиях стресса. ^[4]

Мутагенный стресс

В случае Arabidopsis^[5] , поскольку полиамины играют важную роль в росте всех организмов, а большинство генов биосинтеза полиаминов присутствуют в растениях по крайней мере в двух копиях, всплеск мутаций одного гена может вызвать критический стресс у растения. Например, Arabidopsis показал гораздо более низкую активность в развитии семян, когда был поврежден определенный ген. При повреждении обоих генов пары (acl5/spms) Arabidopsis больше не может выполнять ферментативную активность, поскольку это ставит под угрозу биосинтез термоспермина - спермина и вызывает гиперчувствительность к NaCl и KCl . Мутантный уровень термоспермина-спермина также может нарушить гомеостаз ионов кальция, что приводит к дифференциальной реакции на соли.

Трудность исследования

При повсеместном присутствии, абсолютной необходимости для выживания клеток и их присутствии в относительно больших количествах ^[6] трудно объяснить точную роль полиаминов в стрессе растений. В частности, механизм полиаминов в стрессе растений не полностью определен. Проблемы, связанные с ролью ПА в абиотическом стрессе, заключаются в отсутствии у нас понимания механизмов, лежащих в основе их функции. Кроме того, трудно обобщить, что полиамины напрямую связаны со стрессовым состоянием, поскольку ^[7] часто наблюдается немедленное повышение уровня полиаминов в ответ на стресс, но через некоторое время уровни полиаминов снижаются и напоминают уровни растений, не находящихся под стрессом, даже если стрессовые условия сохраняются.

Ссылки

^ Миноча, Ракеш; Маджумдар, Раджитилак; Миноча, Субхаш К. (2014 ) . «Полиамины и абиотический стресс у растений: сложная взаимосвязь1». Frontiers in Plant Science . 5. doi : 10.3389/fpls.2014.00175 . PMC 4017135. PMID 24847338 .
^ Алькасар, Рубен; Альтабелла, Тереза; Марко, Франциско; Бортолотти, Кристина; Реймонд, Матье; Конц, Чаба; Карраско, Педро; Тибурчо, Антонио Ф. (2010). «Полиамины: молекулы с регуляторными функциями в устойчивости растений к абиотическому стрессу». Планта . 231 (6): 1237–1249 . doi : 10.1007/s00425-010-1130-0. ПМИД 20221631.
^ Пал, Магда; Салаи, Габриэлла; Янда, Тибор (2015). «Предположение: полиамины играют важную роль в передаче сигналов абиотического стресса» (PDF) . Наука о растениях . 237 : 16–23 . doi :10.1016/j.plantsci.2015.05.003.
^ Иоаннидис, Николаос Э.; Круз, Джеффри А.; Котзабасис, Кириакос; Крамер, Дэвид М. (2012). «Доказательства того, что путресцин модулирует фотосинтетический протонный контур высших растений». PLOS ONE . 7 (1): e29864. doi : 10.1371/journal.pone.0029864 . PMC 3257247. PMID 22253808 .
^ Хуссейн, Тарик; Тан, Биэ; Рен, Венкай; Раху, Наджма; Калхоро, Дилдар Хусейн; Инь, Юлун (2017). «Изучение полиаминов: функции в развитии эмбриона/плода». Питание животных . 3 : 7–10 . doi :10.1016/j.aninu.2016.12.002. ПМК 5941083 . ПМИД 29767087.
^ Коббетт, Кристофер С. (2000). «Фитохелатины и их роль в детоксикации тяжелых металлов». Физиология растений . 123 (3): 825– 832. doi :10.1104/pp.123.3.825. PMC 1539264. PMID 10889232 .
^ M. Iqbal, M. Ashraf, SU Rehman, ES Rha (2006). «Модулирует ли предварительная обработка семян полиамином рост и уровни некоторых регуляторов роста растений у растений гексаплоидной пшеницы (Triticum aestivum L.) при солевом стрессе» (PDF) . Bot. Stud . 47 : 239–250 .{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[1] ^ Миноча, Ракеш; Маджумдар, Раджитилак; Миноча, Субхаш К. (2014 ) . «Полиамины и абиотический стресс у растений: сложная взаимосвязь1». Frontiers in Plant Science . 5. doi : 10.3389/fpls.2014.00175 . PMC 4017135. PMID 24847338 .

[2] Алькасар, Рубен; Альтабелла, Тереза; Марко, Франциско; Бортолотти, Кристина; Реймонд, Матье; Конц, Чаба; Карраско, Педро; Тибурчо, Антонио Ф. (2010). «Полиамины: молекулы с регуляторными функциями в устойчивости растений к абиотическому стрессу». Планта . 231 (6): 1237–1249 . doi : 10.1007/s00425-010-1130-0. ПМИД 20221631.

[3] Пал, Магда; Салаи, Габриэлла; Янда, Тибор (2015). «Предположение: полиамины играют важную роль в передаче сигналов абиотического стресса» (PDF) . Наука о растениях . 237 : 16–23 . doi :10.1016/j.plantsci.2015.05.003.

[4] Иоаннидис, Николаос Э.; Круз, Джеффри А.; Котзабасис, Кириакос; Крамер, Дэвид М. (2012). «Доказательства того, что путресцин модулирует фотосинтетический протонный контур высших растений». PLOS ONE . 7 (1): e29864. doi : 10.1371/journal.pone.0029864 . PMC 3257247. PMID 22253808 .

[5] Хуссейн, Тарик; Тан, Биэ; Рен, Венкай; Раху, Наджма; Калхоро, Дилдар Хусейн; Инь, Юлун (2017). «Изучение полиаминов: функции в развитии эмбриона/плода». Питание животных . 3 : 7–10 . doi :10.1016/j.aninu.2016.12.002. ПМК 5941083 . ПМИД 29767087.

[6] Коббетт, Кристофер С. (2000). «Фитохелатины и их роль в детоксикации тяжелых металлов». Физиология растений . 123 (3): 825– 832. doi :10.1104/pp.123.3.825. PMC 1539264. PMID 10889232 .

[7] M. Iqbal, M. Ashraf, SU Rehman, ES Rha (2006). «Модулирует ли предварительная обработка семян полиамином рост и уровни некоторых регуляторов роста растений у растений гексаплоидной пшеницы (Triticum aestivum L.) при солевом стрессе» (PDF) . Bot. Stud . 47 : 239–250 .{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )