Вплив тривалості фотоперіоду на вміст загального азоту та розчинного білку у листках сої
Анотація
Соя (Glycine max (L.) Merr.) є культурою короткого дня, яка виявляє високу чутливість до тривалості світлового періоду. Ця чутливість значною мірою визначається генами зрілості (гени E), що регулюють широкий спектр процесів у рослин: від строків цвітіння до морфології, гормонального балансу, а також вуглецевого й азотного обміну. Адаптація до змін фотоперіоду супроводжується комплексними морфологічними та фізіолого-біохімічними змінами, які забезпечують своєчасний перехід рослин до цвітіння й формування врожаю. Польові дослідження проводилися на експериментальних ділянках кафедри фізіології і біохімії рослин та мікроорганізмів Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. У межах дослідження вивчали вплив різної тривалості світлового дня на вміст загального азоту та розчинного білка в листках майже ізогенних ліній сої сорту Clark з різними комбінаціями генів E1–E4. Короткоденні лінії (Clark (e1E2E3E4e5E7), L63-3016 (e1E2E3e4e5E7), L 80-5879 (E1e2e3E4e5E7)) та фотоперіодично нейтральні лінії (L63-3117 (e1e2E3E4e5E7), L71-920 (e1e2e3E4e5E7)) вирощували за умов природного довгого дня (16 годин) до фази V3. Після цього частину рослин піддавали впливу короткого дня (9 годин) протягом 14 днів. Відбір зразків здійснювався чотири рази: до початку впливу короткого дня, на 7-й і 14-й день його дії, а також через тиждень після завершення дії коротким фотоперіодом. Результати показали, що домінантні алелі E1 і E2 затримували перехід рослин до репродуктивної фази та істотно впливали на вміст азоту і білка. Зокрема, E1 спричиняв зменшення загального азоту за обох фотоперіодів, у той час як E2 підвищував його рівень за умов довгого дня. Обидва гени також знижували концентрацію розчинного білка за дії короткого дня. Значного впливу генів E3 і E4 виявлено не було. Отже, взаємодія фотоперіоду та експресії генів зрілості тісно пов’язана з регуляцією азотного обміну та синтезу білка у рослинах сої.
Завантаження
Посилання
Anas, M., Liao, F., Verma, K. K. et al. (2020). Fate of nitrogen in agriculture and environment: Agronomic, eco-physiological and molecular approaches to improve nitrogen use efficiency. Biological Research, 53, 47. https://doi.org/10.1186/s40659-020-00312-4
Brown, D., Feeney, M., Ahmadi, M. et al. (2017). Subcellular localization and interactions among rubber particle proteins from Hevea brasiliensis. Journal of Experimental Botany, 68(18), 5045–5055. https://doi.org/10.1093/jxb/erx331
Cao, D., Takeshima, R., Zhao, C. et al. (2017). Molecular mechanisms of flowering under long days and stem growth habit in soybean. Journal of Experimental Botany, 68(8), 1873–1884. https://doi.org/10.1093/jxb/erw394
Dong, L., Hou, Z., Li, H. et al. (2022). Agronomical selection on loss‐of‐function of GIGANTEA simultaneously facilitates soybean salt tolerance and early maturity. Journal of Integrative Plant Biology, 64(10), 1895–1909. https://doi.org/10.1111/jipb.13332
Gibon, Y., Pyl, E. T., Sulpice, R. et al. (2009). Adjustment of growth, starch turnover, protein content and central metabolism to a decrease of the carbon supply when Arabidopsis is grown in very short photoperiods. Plant, Cell & Environment, 32(7), 859–874. https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2009.01965.x
Gramma, V., Olas, J. J., Zacharaki, V. et al. (2024). Carbon and nitrogen signaling regulate FLOWERING LOCUS C and impact flowering time in Arabidopsis. Plant Physiology, 197(1), kiae594. https://doi.org/10.1093/plphys/kiae594
Kinmonth-Schultz, H., Lewandowska-Sabat, A., Imaizumi, T. et al. (2021). Flowering times of wild Arabidopsis accessions from across Norway correlate with expression levels of FT, CO, and FLC genes. Frontiers in Plant Science, 12, 747740. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.747740
Kleuter, M., Yu, Y., Verdegaal, L., Pancaldi, F. et al. (2024). Characterizing the extractable proteins from tomato leaves – A proteomics study. Food Chemistry: X, 25, 102114. https://doi.org/10.1016/j.fochx.2024.102114
Leghari, S. J., Wahocho, N. A., Laghari, G. M. et al. (2016). Role of nitrogen for plant growth and development: A review. Advances in Environmental Biology, 10(9), 209–219.
Li, Y., Xu, Q., Zhang, Z. et al. (2018). Molecular mechanisms controlling flowering time in soybean. Journal of Integrative Plant Biology, 60(9), 783–798. https://doi.org/10.1111/jipb.13021
Li, Z., Hu, J., Tang, H. et al. (2022). Temperature and photoperiod change the flowering process in Prunella vulgaris by inducing changes in morphology, endogenous hormones, carbon/nitrogen metabolites, and gene expression. Journal of the American Society for Horticultural Science, 147(2), 73–81. https://doi.org/10.21273/JASHS05144-21
Lin, Y.-L., Tsay, Y.-F. (2017). Influence of differing nitrate and nitrogen availability on flowering control in Arabidopsis. Journal of Experimental Botany, 68(10), 2603–2609. https://doi.org/10.1093/jxb/erx053
Maathuis, F. J. M. (2009). Physiological functions of mineral macronutrients. Current Opinion in Plant Biology, 12, 250–258. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2009.04.003
Miller, G. L. (1959). Protein determination for large numbers of samples. Analytical Chemistry, 31(5), 964–966. https://doi.org/10.1021/ac60147a030
Olas, J. J., Van Dingenen, J., Abel, C. et al. (2019). Nitrate acts at the Arabidopsis thaliana shoot apical meristem to regulate flowering time. New Phytologist, 223(2), 814–827. https://doi.org/10.1111/nph.15812
Peng, J., Feng, Y., Wang, X. et al. (2021). Effects of nitrogen application rate on the photosynthetic pigment, leaf fluorescence characteristics, and yield of indica hybrid rice and their interrelations. Scientific Reports, 11, 7485. https://doi.org/10.1038/s41598-021-86858-z
Piper, E. L., Boote, K. I. (1999). Temperature and cultivar effects on soybean seed oil and protein concentrations. Journal of the American Oil Chemists' Society, 76(10), 1233–1241. https://doi.org/10.1007/s11746-999-0099-y
Raievska, I. M., Schogolev, A. S. (2023). Genetic variation in four maturity genes and photoperiod insensitivity effects on the yield components and on the growth duration periods of soybean. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 14(1), 55–63. https://doi.org/10.15421/022309
Schogolev, A. S., Raievska, I. M. (2021). Role of nitrogen deficiency on growth and development near isogenic by E genes lines of soybean co-inoculated with nitrogen-fixing bacteria. Regulatory Mechanisms in Biosystems, 12(2), 326–334. https://doi.org/10.15421/022144
Seaton, D. D., Graf, A., Baerenfaller, K. et al. (2018). Photoperiodic control of the Arabidopsis proteome reveals a translational coincidence mechanism. Molecular Systems Biology, 14(3), e7962. https://doi.org/10.15252/msb.20177962
Staniak, M., Szpunar-Krok, E., Kocira, A. (2023). Responses of soybean to selected abiotic stresses – Photoperiod, temperature, and water. Agriculture, 13(1), 146. https://doi.org/10.3390/agriculture13010146
Staniak, M., Szpunar-Krok, E., Wilczewski, E. et al. (2024). The function of macronutrients in helping soybeans to overcome the negative effects of drought stress. Agronomy, 14, 1744. https://doi.org/10.3390/agronomy14081744
Tariq, S., Kumar, M., Alam, B. et al. (2022). Abiotic stress and plant response: Adaptive mechanisms of plants against multiple stresses. In S. Tariq, M. Kumar, B. Alam, S. Kumar, S. Roy, S. Kumar, J. Rane, & S. Kumar (Eds.), Abiotic Stress in Plants: Mechanisms and Adaptations (pp. 1–18). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-90568-8.00001-8
Wang, M., Wang, J., Wang, Z., Teng, Y. (2024). Nitrate signaling and its role in regulating flowering time in Arabidopsis thaliana. International Journal of Molecular Sciences, 25(10), 5310. https://doi.org/10.3390/ijms25105310
Watanabe, S., Xia, Z., Tsubokura, Y. et al. (2011). The soybean FT homolog, GmFT2a, is involved in photoperiodic flowering control. Plant and Cell Physiology, 52(5), 894–903. https://doi.org/10.1093/pcp/pcr042
Weber, K., Burow, M. (2018). Nitrogen – essential macronutrient and signal controlling flowering time. Physiologia Plantarum, 162(2), 251–260. https://doi.org/10.1111/ppl.12664
Xia, Z. J., Watanabe, S., Yamada, T. et al. (2012). Positional cloning and characterization reveal the molecular basis for soybean maturity locus E1 that regulates photoperiodic flowering. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 109(32), 2155–2164. https://doi.org/10.1073/pnas.1117982109
Xu, M., Xu, Z., Liu, B. et al. (2013). Genetic variation in four maturity genes affects photoperiod insensitivity and PHYA-regulated post-flowering responses of soybean. BMC Plant Biology, 13(91), 1–14. https://doi.org/10.1186/1471-2229-13-91
Xu, Y., Koroma, A. A., Weise, S. E. et al. (2023). Daylength variation affects growth, photosynthesis, leaf metabolism, partitioning, and metabolic fluxes. Plant Physiology, 194(1), 475–490. https://doi.org/10.1093/plphys/kiad507
Zhou, H., Yao, X., Zhao, Q. et al. (2019). Rapid effect of nitrogen supply for soybean at the beginning flowering stage on biomass and sucrose metabolism. Scientific Reports, 9, 15530. https://doi.org/10.1038/s41598-019-52043-6
Lyashenko, V. V., Lotysh, I. I., Taranenko, A. O. et al. (2019). Vplyv azotnykh dobryv na urozhaynistʹ ta yakistʹ nasinnya soyi. Scientific Progress & Innovations, (4), 58–65. https://doi.org/10.31210/visnyk2019.04.07 (In Ukrainian)
Shepilova, T. (2011). Vplyv dobryv ta inokulyatsiyi nasinnya na urozhaynistʹ soyi. Silʹsʹkohospodarsʹka mikrobiolohiya, 13, 117–123. https://doi.org/10.35868/1997-3004.13.117-123 (In Ukrainian)
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.
