1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физиология растений
  4. T. 70, № 5, 2023

Физиология растений, 2023, T. 70, № 5, стр. 537-546

Связь дегидринов с адаптацией лиственницы Каяндера к условиям криолитозоны Якутии

Т. Д. Татаринова a, *, А. А. Перк a, А. Г. Пономарев a, И. В. Васильева a

a Институт биологических проблем криолитозоны Сибирского отделения Российской академии наук
Якутск, Россия

* E-mail: t.tatarinova@gmail.com

Поступила в редакцию 22.02.2023
После доработки 13.03.2023
Принята к публикации 17.03.2023

Аннотация

Исследованы особенности состава и сезонных изменений стрессовых белков-дегидринов лиственницы Каяндера (Larix cajanderi Mayr), произрастающей в условиях экстремально холодного климата криолитозоны Центральной Якутии и отличающейся необычайно высокой морозоустойчивостью. C использованием технологии иммуноблоттинга впервые в побегах L. cajanderi выявлены мажорные дегидрины в интервале мол. м. 17–20, 37–42 и 73 кД. Установлен высокий уровень полиморфизма дегидринов внутри популяции L. cajanderi, различия между изученными экземплярами деревьев обнаружены, в основном, в области мол. м. 20–37 кД. В годичном цикле лиственницы наибольшим сезонным изменениям подвержены низкомолекулярные дегидрины, их содержание возрастало в конце фенологической осени и достигало постоянного уровня в период максимально низких зимних температур. Особенности сезонных изменений и значительное разнообразие состава дегидринов в побегах лиственницы могут указывать на их вероятное участие в формировании уникальной морозоустойчивости L. cajanderi при адаптации данного вида хвойных растений к условиям криолитозоны.

Ключевые слова: Larix cajanderi, адаптация, дегидрины, криолитозона, низкие температуры, стрессовые белки

Список литературы

  1. Абаимов А.П., Коропачинский И.Ю. Лиственницы Гмелина и Каяндера. Новосибирск: Наука, 1984. 121 с.

  2. Коропачинский И.Ю., Встовская Т.Н. Древесные растения Азиатской России. Новосибирск: изд-во СО РАН, филиал “Гео”, 2002. 707 с.

  3. Kosova K., Prasil I.T., Vitamvas P. Role of dehydrins in plant stress response / Handbook of Plant and Crop Stress. Tucson: CRC. 2010. P. 239.

  4. Hara M. The multifunctionality of dehydrins // Plant Signal. Behav. 2010. V. 5. P. 503. https://doi.org/10.4161/psb.11085

  5. Hanin M., Brini F., Ebel C., Toda Y., Takeda S., Masmoudi K. Plant dehydrins and stress tolerance. Versatile proteins for complex mechanisms // Plant Signal. Behav. 2011. V. 6. P. 1503. https://doi.org/10.4161/psb.6.10.17088

  6. Malik A.A., Veltri M., Boddington K.F., Singh K.K., Graether S.P. Genome analysis of conserved dehydrin motifs in vascular plants // Front. Plant Sci. 2017. V. 8. P. 1. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00709

  7. Chang C.Y., Bräutigam K., Huner N.P., Ensminger I. Champions of winter survival: cold acclimation and molecular regulation of cold hardiness in evergreen conifers // New Phytol. 2021. V. 229. P. 675. https://doi.org/10.1111/nph

  8. Close T.J. Dehydrins: emergence of a biochemical role of a family of plant dehydration proteins // Physiol. Plant. 1996. V. 97. P. 795. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1996.tb00546.x

  9. Аллагулова Ч.Р., Гималов Ф.Р., Шакирова Ф.М., Вахитов В.А. Дегидрины растений: их структура и предполагаемые функции // Биохимия. 2003. Т. 68. № 9. С. 1157.

  10. Eriksson S.K., Kutzer M., Procek J., Gröbner G., Harryson P. Tunable membrane binding of the intrinsically disordered dehydrin Lti30, a cold-induced plant stress protein // Plant Cell. 2011. V. 23. P. 2391.

  11. Welling A., Palva E.T. Molecular control of cold acclimation in trees // Physiol. Plant. 2006. V. 127. P. 167.

  12. Cuevas-Velazquez C.L., Rendón-Luna D.F., Covarrubias A.A. Dissecting the cryoprotection mechanisms for dehydrins // Front. Plant Science. 2014. V. 5. P. 1. https://doi.org/10.3389/fpls.2014.00583

  13. Perdiguero P., Barbero M.C., Cervera M.T., Soto A., Collada C. Novel conserved segments are associated with differential expression patterns for Pinaceae dehydrins // Planta. 2012. V. 236. P. 1863. https://doi.org/10.1007/s00425-012-1737-4

  14. Sena J.S., Giguère I., Rigault P., Bousquet J., Mackay J. Expansion of the dehydrin gene family in the Pinaceae is associated with considerable structural diversity and drought-responsive expression // Tree Physiol. 2018. V. 38. P. 442. https://doi.org/10.1093/treephys/tpx125

  15. Yakovlev I.A., Asante D.K., Fossdal C.G., Partanen J., Junttila O., Johnsen O. Dehydrins expression related to timing of bud burst in Norway spruce // Planta. 2008. V. 228. P. 459. https://doi.org/10.1007/s00425-008-0750-0

  16. Kjellsen T.D., Yakovlev I.A., Fossdal C.G., Strimbeck G.R. Dehydrin accumulation and extreme low-temperature tolerance in Siberian spruce (Picea obovata) // Tree Physiol. 2013. V. 33. P. 1354. https://doi.org/10.1093/treephys/tpt105

  17. Rigault P., Boyle B., Lepage P., Cooke J.E.K., Bousquet J., MacKay J.J. A white spruce gene catalog for conifer genome analyses // Plant Physiol. 2011. V. 157. P. 14. https://doi.org/10.1104/pp.111.179663

  18. Velasco-Conde T., Yakovlev I., Majada J.P., Aranda I., Johnsen O. Dehydrins in maritime pine (Pinus pinaster) and their expression related to drought stress response // Tree Genet. Genom. 2012. V. 8. P. 957. https://doi.org/10.1007/s11295-012-0476-9

  19. Welling A., Rinne P., Vihera-Aarnio A., Kontunen-Soppela S., Heino P., Palva E.T. Photoperiod and temperature differentially regulate the expression of two dehydrin genes during overwintering of birch (Betula pubescens Ehrh.) // J. Exp. Bot. 2004. V. 55. P. 507.

  20. Kontunen-Soppela S., Laine K. Seasonal fluctuation of dehydrins is related to osmotic status in Scots pine needles // Trees. 2001. V. 15. P. 425. https://doi.org/10.1007/s004680100124

  21. Korotaeva N.E., Oskorbina M.V., Kopytova L.D., Suvorova G.G., Borovskii G.B., Voinikov V.K. Variations in the content of stress proteins in the needles of common pine (Pinus sylvestris L.) within an annual cycle // J. For. Res. 2012. V. 17. P. 89. https://doi.org/10.1007/s10310-011-0260-y

  22. Коротаева Н.Е., Иванова М.В., Суворова Г.Г., Боровский Г.Б. Дегидрины в адаптации сосны обыкновенной и ели сибирской к условиям произрастания в период вегетации // Сибирский лесной журнал. 2020. № 6. С. 54. https://doi.org/10.15372/SJFS20200605

  23. Petrov K.A., Sofronova V.E., Bubyakina V.V., Perk A.A., Tatarinova T.D., Ponomarev A.G., Chepalov V.A., Okhlopkova Zh.M., Vasilieva I.V., Maximov T.Chr. Woody plants of Yakutia and low-temperature stress // Russ. J. Plant Physiol. 2011. V. 58. P. 1011. https://doi.org/10.1134/S1021443711060148

  24. Tatarinova T.D., Perk A.A., Bubyakina V.V., Vasilieva I.V., Ponomarev A.G., Maximov T.C. Dehydrin stress proteins in Pinus sylvestris L. needles under conditions of extreme climate of Yakutia // Dokl. Biochem. Biophys. 2017. V. 473. P. 98. https://doi.org/10.7868/S0869565217080242

  25. Chang C.Y., Fréchette E., Unda F., Mansfield S.D., Ensminger I. Elevated temperature and CO2 stimulate late-season photosynthesis but impair cold hardening in pine // Plant Physiol. 2016. V. 172. P. 802. https://doi.org/10.1104/pp.16.0075

  26. Тимофеев П.А. Деревья и кустарники Якутии. Якутск: Бичик, 2003. 64 с.

  27. Уткин А.И. Леса Республики Саха (Якутия) – феномен таежного пояса северной Евразии // Хвойные бореальной зоны. 2006. Т. 23. № 3. С. 7.

  28. Миронов П.В., Левин Э.Д. Переохлаждение и обезвоживание хвойных зачатков в зимующих почках лиственницы сибирской // Физиология растений. 1985. Т. 32. С. 695.

  29. Ваганов Е.А., Круглов В.Б. Экология древесных растений. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2007. 229 с.

  30. Bubyakina V.V., Tatarinova T.D., Ponomarev A.G., Perk A.A., Solomonov N.G. Characteristics of seasonal dynamics of Betula platyphylla Sukacz. dehydrins associated with frost hardiness development under the cryolitic zone conditions // Dokl. Biol. Sci. 2011. V. 439. P. 258. https://doi.org/10.1134/S0012496611040193

  31. Ponomarev A.G., Tatarinova T.D., Perk A.A., Vasilieva I.V., Bubyakina V.V. Dehydrins associated with the development of frost resistance of Asian white birch // Russ. J. Plant Physiol. 2014. V. 61. P. 105. https://doi.org/10.1134/S1021443713060095

  32. Tatarinova T.D., Bubyakina V.V., Vetchinnikova L.V., Perk A.A., Ponomarev A.G., Vasilieva I.V. Dehydrin stress proteins in birch buds in regions with contrasting climate // Cell Tissue Biol. 2017. V. 11. P. 483. https://doi.org/10.1134/S1990519X17060098

  33. Перк А.Я., Перк А.А. Изучение морозоустойчивости плодово-ягодных растений методом электропроводности // Исследование биологических ресурсов в Якутии. Якутск: изд-во ЯФ СО РАН СССР, 1978. С. 54.

  34. Bradford M.M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding // Anal. Biochem. 1976. V. 72. P. 248.

  35. Laemmli U. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4 // Nature. 1970. V. 227. P. 680.

  36. Timmons T.M., Dunbar B.S. Protein blotting and immunodetection // Meth. Enzymol. 1990. V. 182. P. 679.

  37. Vornam B., Gailing O., Derory J., Plomion C., Kremer A., Finkeldey R. Characterization and natural variation of a dehydrin gene in Quercus petraea (Matt.) Liebl. // Plant Biol. 2011. V. 13. P. 881. https://doi.org/10.1111/j.1438-8677.2011.00446.x

  38. Karlson D.T., Zeng Y.V.E., Stirm R., Joly J., Ashworth E.N. Photoperiodic regulation of a 24-kDa dehydrin-like protein in red-osier dogwood (Cornus sericea L.) in relation to freeze-tolerance // Plant. Cell. Physiol. 2003. V. 44. P. 25. https://doi.org/10.1093/pcp/pcg006

  39. Rinne P., Welling A., Kaikuranta P. Onset of freezing tolerance in birch (Betula pubescens Ehrh.) involves LEA proteins and osmoregulation and is impaired in an ABA-deficient genotype // Plant Cell Environ. 1998. V. 21. P. 601. https://doi.org/10.1046/j.1365-3040.1998.00306.x

  40. Strimbeck G.R., Schaberg P.G., Fossdal C.G., Schroder P.W., Kjellsen T.D. Extreme low temperature tolerance in woody plants // Front. Plant Science. 2015. V. 6. P. 1. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00884

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физиология растений

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал