Добова динаміка олігоцукрів, амілазна та інвертазна активність у ізогенних за генами РРD ліній пшениці в умовах різного фотоперіоду
Анотація
В роботі представлені результати дослідження залежності накопичення і відтікання розчинних вуглеводів та активності амілаз і інвертази від стану генів PPD в листках ізоліній пшениці озимої м’якої Triticum aestivum L. при дії різної тривалості фотоперіоду. Як рослинний матеріал використовували моногеннодомінантні майже ізогенні по генах РРD (photoperiod) лінії озимої м’якої пшениці, створені в генофоні сорту Миронівська 808: PPD-D1a, PPD-В1a, PPD-А1a, та сорт, що є носієм тільки рецесивних алелів за трьома генами ppd. Експерименти проводили у польових та вегетаційних умовах, культивуючи дослідні рослини за контрастних фотоперіодичних умов: 16 годин – довгий день та 9 годин – короткий день. Визначали вміст, накопичення, відтікання олігоцукрів та швидкість цих процесів в листках рослин, проводячи фіксацію матеріалу протягом фотоперіодичного циклу – «ранок», «вечір» та «ранок наступного фотоперіодичного циклу». Активність основних ферментів вуглеводного обміну олігоцукрів – кислої інвертази та амілолітичного комплексу визначали в середині світлового періоду. За результатами проведених експериментів встановлено, що в умовах короткого фотоперіоду на початку і в кінці світлого періоду, а також в кінці темного періоду (у наступний фотоперіодичний цикл) вміст олігоцукрів у всіх досліджуваних ліній, незалежно від їх генотипу по генах PPD, був нижчим, ніж в ці періоди добового циклу в умовах довгого фотоперіоду. У всіх ізоліній і сорту короткий фотоперіод зумовлював зниження як сумарного накопичення вуглеводів за світловий період, так і їх відтікання протягом нічного періоду, порівняно до них в умовах довгого фотоперіоду. Швидкість відтікання у всіх ліній і сорту в умовах короткого фотоперіоду також була меншою, ніж в умовах довгого і не залежала від їх генотипу за генами PPD. Показано, що лінія PPD-В1a, яка найповільніше переходить до колосіння, характеризується максимальною швидкістю накопичення олігоцукрів, але мінімальною швидкістю їх відтікання. Водночас, у ліній PPD-D1a і PPD-А1a, які значно швидше переходять до колосіння, ніж лінія PPD-В1a, встановлені протилежні закономірності. Виявлено, що під впливом короткого фотоперіоду у всіх досліджуваних ліній і сорту, незалежно від генотипу за генами PPD, активність амілаз підвищувалася, порівняно до активності в умовах довгого фотоперіоду, активність кислої інвертази змінювалася по-різному. Найбільш високий рівень активності інвертази в умовах короткого фотоперіоду у лінії PPD-В1a та сорту співпадає з найбільш високою у них активністю амілаз та з більш інтенсивним нічним відтіканням олігоцукрів. Обговорюється положення, що гени PPD або певне поєднання їх стану (домінантний/рецесивний) можуть детермінувати темпи розвитку досліджених ліній опосередковано, зокрема, через участь у регуляції обміну олігоцукрів.
Завантаження
Посилання
Атраментова Л.А., Утевская О.М. Статистические методы в биологии. – Горловка: Ліхтар, 2008. – 248с. /Atramentova L.A., Utevskaya O.M. Statistical methods in biology. – Horlovka: Likhtar, 2008. – 248p./
Галибина Н.А., Новицкая Л.Л., Красавина М.С., Мощенская Ю.Л. Активность инвертазы в тканях ствола карельской березы // Физиология растений. – 2015. – Т.62, №6. – С. 804–813. /Galibina N.A., Novitskaya L.L., Krasavina M.S., Moshchenskaya Yu.L. Invertase activity in the tissues of the trunk of the Karelian birch // Russian Journal of Plant Physiology. – 2015. – Vol.62, no.6. – P. 804–813./
Ермаков А.И., Арасимович В.В., Ярош Н.П. и др. Методы биохимического исследования растений. – Л.: Агропромиздат, 1987. – 430с. /Yermakov A.I., Arasimovich V.V., Yarosh N.P. et al. Methods of biochemical study of plants. – Leningrad: Agropromizdat, 1987. – 430p./
Жмурко В.В. Фотоперіодизм рослин: фізіолого-біохімічні та генетичні аспекти // Фізіологія рослин: проблеми та перспективи. – К.: Логос, 2009. – С. 537–564. /Zhmurko V.V. Photoperiodism of plants: physiological, biochemical and genetic aspects // Plant physiology: problems and perspectives. – K .: Logos, 2009. – P. 537–564./
Жмурко В.В., Авксентьєва О.О., Юхно Ю.Ю. та ін. Ефекти генів фотоперіодичної чутливості і потреби в яровизації на фізіолого-біохімічні процеси у рослин пшениці м’якої та сої культурної // Фізіологія рослин: досягнення та нові напрями розвитку. – К.: Логос, 2017. – С. 187–197. /Zhmurko V.V., Avksentieva O.O., Yukhno Yu.Yu. et al. The effects of photoperiodic sensitivity genes and the need for vernalization in soft and soybean cultivated wheat plants // Plant physiology: achievements and new directions of development. – Kyiv: Logos, 2017. – P. 187–197./
Моргун В.В., Киризий Д.А.. Шадчина Т.К. Экофизиологические и генетические аспекты адаптации культурных растений к глобальным изменениям климата // Физиология и биохимия культ. растений. – 2010. – Т.42, №1. – С. 3–23. /Morgun V.V., Kiriziy D.A. Shadchina T.K. Ecophysiological and genetic aspects of the adaptation of cultivated plants to global climate change // Physiology and Biochemistry of Cultivated Plants. – 2010. –Vol.42, no.1. – Р. 3–23./
Стельмах А.Ф., Файт В.И, Мартынюк В.Р. Генетические системы типа и контроля скорости развития мягкой пшеницы // Цитология и генетика. – 2000. – Т.34, №2. – С. 39–45. /Stelmakh A.F., Fait V.I., Martynyuk V.R. Genetic systems of type and control of the rate of development of soft wheat // Cytology and Genetics. – 2000. – Vol.34, no.2. – Р. 39–45./
Стельмах А.Ф., Файт В.И. Возможность улучшения адаптивности озимой пшеницы путем усиления фотопериодизма и потребности в яровизации // Збірник наукових праць СГІ-НЦНС. – 2016. – Вип.27 (67). – С. 103–108. /Stelmakh A.F., Fait V.I. The possibility of improving the adaptability of winter wheat by enhancing photoperiodism and the need for vernalization // Proceedings of Plant Breeding and Genetics Institute – National Center of Seed and Cultivar Investigation. – 2016. – Issue 27 (67). – P. 103–108./
Файт В.И., Федорова В.Р. Влияние различий генов Ppd на агрономические признаки озимой мягкой пшеницы // Цитология и генетика. – 2007. – Т.41, №6. – С. 26–33. /Fait V.I., Fedorova V.R. The effect of differences in Ppd genes on agronomic traits of winter wheat // Cytology and Genetics. – 2007. – Vol.41, no.6. – Р. 26–33./
Хелд Г.-В. Биохимия растений. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. – 471с. /Held G.-V. Biochemistry of plants. – Moscow: BINOM. Laboratory of Knowledge, 2011. – 471p./
Avksentieva O.O., Zubrych O.I. Growth and morphogenetic reactions in near-isogenic lines of PPD genes of winter wheat Triticum aestivum L. under in vivo and in vitro conditions // Science and Education a New Dimension. Natural and Technical Sciences. – 2019. – VII (23). – Issue 193. – Р. 16–20.
Baier M., Hemman G., Holman R. et al. Characterization of mutants in Arabidopsis showing increased sugar-specific gene expression, growth, and developmental responses // Plant Physiology. – 2004. – Vol.134, no.1. – P. 81–91.
Cho Y.H., Yoo S.D., Sheen J. Regulatory functions of nuclear hexokinase 1 complex in glucose signaling // Cell. – 2006. – Vol.127, no.3. – P. 579–589.
Cockram J., Jones H., Leigh F. et al. Control of flowering time in temperate cereals: genes, domestication and sustainable productivity // J. Exp. Botany. – 2007. – Vol.58, no.6. – Р. 1231–1244.
Eveland A., Jackson D. Sugars, signaling, and plant development // Journal of Experimental Botany. – 2011. – Vol.63, no.3. – P. 1–11.
Graf A., Smith A.M. Starch and the clock: the dark side of plant productivity // Trends Plant Sci. – 2011. – Vol.16 (3). – Р. 169–175.
Gol L., Tomé T., Korff M. Floral transitions in wheat and barley: interactions between photoperiod, abiotic stresses, and nutrient status // Journal of Experimental Botany. – 2017. – Vol.68, no.7. – P. 1–12.
Kiseleva A.A., Potokina E.K., Salina E.A. Features of Ppd-B1 expression regulation and their impact on the flowering time of wheat near-isogenic lines // BMC Plant Biol. – 2017. – Vol.17 (Suppl.1). – 172.
Kiss T., Dixon L.E., Soltész A. et al. Effects of ambient temperature in association with photoperiod on phenology and on the expressions of major plant developmental genes in wheat (Triticum aestivum L.) // Plant Cell Environ. – 2017. – Vol.40 (8). – Р. 1629–1642.
Kitagawa S., Shimada S., Murai K. Effect of Ppd-1 on the expression of flowering-time genes in vegetative and reproductive growth stages of wheat // Genes Genet. Syst. – 2012. – Vol.87. – P. 161–168.
Koch K. Sucrose metabolism: regulatory mechanisms and pivotal roles in sugar sensing and plant development // J. Current Opinion in Plant Biology. – 2004. – No.7. – P. 235–246.
Orzechowski S. Starch metabolism in leaves // Acta Biochimica Polonica. – 2008. – Vol.55, no.3. – P. 435–445.
Pérez-Gianmarco T.I., Slafer G.A., González F.G. Photoperiod-sensitivity genes (Ppd-1) shape floret development in wheat // J. Exp. Bot. – 2018. – Vol.70 (4). – Р.1339–1348.
Rolland F., Moore B., Sheen J. Sugar sensing and signaling in plants // J. Plant Cell. – 2002. – Vol.14. – P. 185–205.
Rosa M., Prado C., Podazza G. et al. Soluble sugars – Metabolism, sensing and abiotic stress // Plant Signaling & Behavior. – 2009. – Vol.4, no.5. – P. 388–393.
Sturm A. Invertases. Primary structures, functions, and roles in plant development and sucrose partitioning // Plant Physiol. – 1999. – Vol.121. – P. 1–8.
Stanley D., Farnden K.J.F., Macrae E.A. Plant α-amylases: functions and roles in carbohydrate metabolism // Biologia. – 2005. – Vol.60, no.16. – Р. 65–71.
Zhmurko V., Avksentyeva O., Bing H. Influence of photoperiodic conditions on the development and content of nitrogenous compounds in the VRN NILs wheat Triticum aestivum L. // Biologija. – 2013. – Vol.59, no.2. – P. 231–240.
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої її публікації на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License 4.0 International (CC BY 4.0), яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи.
