Фітогормональний баланс в листках ізогенних за генами VRN ліній пшениці м’якої
Анотація
В роботі представлені результати дослідження фітогормонального балансу зрілих сформованих листків ліній пшениці м’якої Triticum aestivum L. озимого сорту Ольвія у період переходу від вегетативної фази розвитку до генеративної. Як рослинний матеріал використовували майже ізогенні за генами потреби в яровизації VRN лінії (NILs), створені в генофоні сорту Ольвія, та рослини яровизованого і неяровизованого цього озимого сорту. Експерименти проводили за умов вегетаційного досліду в факторостатній камері кафедри фізіології і біохімії рослин та мікроорганізмів ХНУ імені В.Н. Каразіна. Протягом експерименту вели фенологічні спостереження, аналізували темпи розвитку дослідних рослин. Фітогормональний аналіз проводили у фіксованому рослинному матеріалі шляхом розподілу суміші фітогормонів методом тонкошарової хроматографії, ідентифікацію здійснювали за свідками-стандартами, опромінюючи хроматограми ультрафіолетом УФ (254 нм), вміст визначали методами біотестування. Аналізували вміст основних класів класичних рістстимулюючих фітогормонів – ауксинів (ІОК), цитокінінів (ЦК), гіберелінів (ГК) та рістінгібуючого гормону – абсцизової кислоти (АБК), також розраховували показники фігормонального балансу як співвідношення рістстимулюючих гормонів до рістінгібуючих. Результати експериментів показали, що вміст основних класів фітогормонів в зрілих сформованих листках дослідних рослин представлений ауксинами в межах 64,9-70,7 мкг/г, цитокінінами – 26,6-30,5 мкг/г, гіберелінами – 179,47-228,68 мкг/г та абсцизинами – 54,06-89,76 мкг/г сухої маси. Показано, що серед досліджених класів фітогормонів в листках мінімальним є вміст цитокінінів, максимально представлені фітогормони терпеноїдної природи – гібереліни та абсцизини. Встановлено, що фітогормональний баланс – співвідношення рістстимулюючих фітогормонів до рістінгібуючих відображає темпи розвитку дослідних рослин. Рослини, що розвиваються швидкими темпами (ізогенні лінії VRN 1 та VRN 3 і рослини яровизованого сорту), характеризувалися максимальними показниками фітогормонального балансу (особливо ГК/АБК), рослини з повільними темпами розвитку (ізолінія VRN 2 та рослини неяровизованого сорту Ольвія) – мінімальними. Оскільки рослинний організм представляє собою єдину систему взаємопов’язаних органів та функцій, припускаємо, що даний показник – фітогормональний баланс – в листках рослин можна використовувати в якості маркера онтогенетичного стану цілісного рослинного організму. Виявлені зміни фітогормонального статусу зрілих сформованих листків та темпи розвитку дослідних рослин мають однакові закономірності на різних моделях, що використовувались в наших дослідженнях – моделі ізогенних ліній і моделі яровизованих та неяровизованих рослин озимого сорту. Цей факт дає можливість припустити, що зміни фітогормонального балансу зрілих листків, які відображають онтогенетичний стан цілісного рослинного організму, обумовлені генотиповим та фенотиповим (епігенетичним) впливом.
Завантаження
Посилання
Atramentova L.A., Utevskaya O.M. (2008). Statistical methods in biology: textbook. Gorlovka: Likhtar, 248 p. (in Russian)
Avksentieva O.O., Zhmurko V.V., Shchoholiev A.S., Yukhno Yu.Yu. (2018). Physiology and biochemistry of plants. Kh.: KhNU imeni V.N. Karazinа, 156 р. (in Ukrainian)
Chen L, Zhao J, Song J, Jameson PE. (2021). Cytokinin glucosyl transferases, key regulators of cytokinin homeostasis, have potential value for wheat improvement. Plant Biotechnology J., 19(5), 878–896. https://doi.org/10.1111/pbi.13595
Chen S., Wang J., Deng G. et al. (2018). Interactive effects of multiple vernalization (Vrn-1) – and photoperiod (Ppd-1)-related genes on the growth habit of bread wheat and their association with heading and flowering time. BMC Plant Biol., 18, 374. https://doi.org/10.1186/s12870-018-1587-8
Chen P., Yan, R., Bartels D. et al. (2022). Roles of abscisic acid and gibberellins in stem/root tuber development. Int. J. Mol. Sci., 23(9), 4955. https://doi.org/10.3390/ijms23094955
Finkelstein R. (2013). Abscisic acid synthesis and response. The Arabidopsis Book, 11, 11:e0166. https://doi.org/10.1199/tab.0166
Gaspar T., Kevers C., Faivre-Rampant O. et al. (2003). Changing concepts in plant hormone action. In Vitro Cell Dev. Biol. Plant., 39, 85–106. https://doi.org/10.1079/IVP2002393
Gawarecka K., Ahn J.H. (2021). Isoprenoid-derived metabolites and sugars in the regulation of flowering time: does day length matter? Front. Plant Sci., 12, 765995. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.765995
Gietler M, Fidler J, Labudda M, Nykiel M. (2020). Abscisic acid - enemy or savior in the response of cereals to abiotic and biotic stresses? International Journal of Molecular Sciences, 21(13), 4607. https://doi.org/10.3390/ijms21134607
Jiskrova E., Novak O., Pospisilova H. et al. (2016). Extra- and intracellular distribution of cytokinins in the leaves of monocots and dicots. New Biotechnology, 33(5), 735–742. https://doi.org/10.1016/j.nbt.2015.12.010
Kosakivska I.V., Voytenko L.V., Vasyuk V.A. et al. (2019). Phytohormonal regulation of seed germination. Fiziol. rast. genet., 51 (3), 187–206. https://doi.org/10.15407/frg2019.03.187 (in Ukrainian)
Li Q., Byrns B., Badawi M. A. et al. (2018). Transcriptomic insights into phenological development and cold tolerance of wheat grown in the field. Plant Physiology, 176(3), 2376–2394. https://doi.org/10.1104/pp.17.01311
Luo Y., Li W., Huang C. et al. (2021). Exogenous abscisic acid coordinating leaf senescence and transport of assimilates into wheat grains under drought stress by regulating hormones homeostasis. The Crop Journal, 9(4), 901–914. https://doi.org/10.1016/j.cj.2020.08.012
Nadolska-Orczyk A., Rajchel I.K., Orczyk W., Gasparis S. (2017). Major genes determining yield-related traits in wheat and barley. Theor Appl Genet., 130, 1081–1098. https://doi.org/10.1007/s00122-017-2880-x
Patyka V.P., Huliaieva H.B., Bohdan M.M. et al. (2019). Phytohormone ratio and photosynthetic activity of bread wheat plants under the effect of bioactive substances. Fiziol. rast. genet., 51(2), 133–146. https://doi.org/10.15407/frg2019.02.133 (in Ukrainian)
Pearce S., Vanzetti L.S., Dubcovsky J. (2013). Exogenous gibberellins induce wheat spike development under short days only in the presence of VERNALIZATION1. Plant Physiology, 163(3), 1433–1445. https://doi.org/10.1104/pp.113.225854
Shang M., Wang X., Zhang J. et al. (2017). Genetic regulation of GA metabolism during vernalization, floral bud initiation and development in pak choi (Brassica rapa ssp. chinensis Makino). Front. Plant Sci., 8, 1533. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01533
Shcherbatiuk M.M., Voitenko L.V., Vasiuk V.A., Kosakivska I.V. (2020). Method of quantitative determination of phytohormones in plant tissues. Biol. Stud., 14(2), 117–136. https://doi.org/10.30970/sbi.1402.624 (in Ukrainian)
Shi C., Zhao L., Zhang X. et al. (2019). Gene regulatory network and abundant genetic variation play critical roles in heading stage of polyploidy wheat. BMC Plant Biol., 19, 6. https://doi.org/10.1186/s12870-018-1591-z
Skalicky M., Kubes J., Vachova P. et al. (2020). Effect of gibberellic acid on growing-point development of non-vernalized wheat plants under long-day conditions. Plants, 9(12), 1735. https://doi.org/10.3390/plants9121735
Vanneste S., Friml J. (2009). Auxin: a trigger for change in plant development. Cell, 136(6), 1005–1016. https://doi.org/10.1016/j.cell.2009.03.001
Vedenicheva N.P., Kosakivska I.V. (2020). Cytokinins in cereals ontogenesis and adaptation. Fiziol. rast. genet., 52(1), 3–30, https://doi.org/10.15407/frg2020.01.003 (in Ukrainian)
Wu W., Du K., Kang X., Wei H. (2021). The diverse roles of cytokinins in regulating leaf development. Horticulture Research, 8, 118. https://doi.org/10.1038/s41438-021-00558-3
Yan L., Loukoianov A., Blechl A. (2004). The wheat VRN2 gene is a flowering repressor downregulated by vernalization. Science, 303(5664), 1640–1644. https://doi.org/10.1126/science.1094305
Yang B., Chen M., Zhan C. et al. (2022). Identification of OsPK5 involved in rice glycolytic metabolism and GA/ABA balance for improving seed germination via genome-wide association study. Journal of Experimental Botany, 73(11), 3446–3461. https://doi.org/10.1093/jxb/erac071
Zhao Y. (2010). Auxin biosynthesis and its role in plant development. Annual Review of Plant Biology, 61, 49–64. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-042809-112308
Zhao Y. (2018). Essential roles of local auxin biosynthesis in plant development and in adaptation to environmental. Annual Review of Plant Biology, 69(1), 417–435. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-042817-040226
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.
