Фотоморфогенез та вміст вуглеводів в осьових органах проростків гороху посівного за дії селективного світла
Анотація
Актуальність. Світло, що є багатогранним екзогенним фактором, грає важливу роль в процесах росту та розвитку рослин. Спектральний склад світла є вирішальним для регуляції фотоморфогенетичних процесів. На цей час у рослин виділяють кілька груп фоторецепторів, до яких відносять рецептори червоного (ЧС) і далекого червоного світла (ДЧС) — фітохроми; рецептори ультрафіолетового випромінювання А-діапазону, синього (СС) і зеленого (ЗС) світла — кріптохроми, фототропіни, білки сімейства ZEITLUPE, а також рецептор УФ-В — білок UVR8. Одним із можливих механізмів, шляхом якого реалізуються ефекти активації фоторецепторних систем у рослині, можуть бути зміни обміну вуглеводів. Дослідження морфогенетичних реакцій проростків за дії опромінення селективним світлом шляхом активації фоторецепторних систем є важливим для розуміння механізмів регуляції програми онтогенезу рослинного організму.
Метою даної роботи було дослідити вплив селективного світла різних спектрів: ЧС (660 нм), ЗС (530 нм) та СС (450 нм) на ростові реакції, морфогенез та вміст розчинних вуглеводів у різних осьових органах проростків рослин з довгоденною фотоперіодичною реакцією.
Матеріали та методи. Досліди проводили на 10-добових етіольованих проростках гороху посівного сорту Меценат. Активацію фоторецепторних систем червоним (ЧС, 660 нм), зеленим (ЗС, 530 нм) та синім (СС, 450 нм) світлом проводили протягом 5-ти діб по 30 хвилин за допомогою LED матриць. Аналізували ростову реакцію, морфогенез та вміст розчинних моно- та олігоцукрів в осьових органах проростків.
Результати. Осьові органи проростків розрізняються за реакцією на опромінення селективним світлом. Коренева система є більш чутливою до дії селективного світла ніж надземна частина проростків довгоденної рослини гороху посівного сорту Меценат. За активації фоторецепторних систем стимулюються ростові процеси, активуються процеси фотоморфогенезу та біосинтез олігоцукрів de novo, найбільш вірогідно сахарози. Серед спектрів селективного світла максимально стимулюючий ефект проявляє опромінення ЗС (530 нм) в реакціях надземної частини та коренів. ЧС (660 нм) та СС (450 нм) проявляють протилежні ефекти: ЧС запускає фотоморфогенетичну програму розвитку надземної частини, а СС — більш впливає на фотоморфогенез коренів.
Висновки. Різний рівень ростових, морфогенетичних процесів та зміни у вмісті розчинних вуглеводів, вірогідно пов’язані зі здатністю систем фоторецепторів активувати реалізацію різних шляхів фотоморфогенезу в осьових органах проростків під впливом опромінення селективним світлом певного спектру.
Завантаження
Посилання
Kami C, Lorrain S, Hornitschek P, Fankhauser C. Light-regulated plant growth and development. Curr Top Dev Biol. 2010;91:29–66. https://doi.org/10.1016/s0070-2153(10)91002-8
Quail PH. Phytochromes. Curr Biol. 2010; 20 (12): 504– 7. https://doi.org/10.1016/j.cub.2010.04.014
Voitsekhovskaja O V. Phytochromes and Other (Photo) Receptors of Information in Plants. Russ J Plant Physiol. 2019;66(3):163–77. https://doi.org/10.1134/S1021443719030154
Golovatskaya I P, Karnachuk R A. Role of green light in physiological activity of plants. Russ J Plant Physiol. 2015;62(6):727–40. https://doi.org/10.1134/S1021443715060084
Franklin KA, Quail PH. Phytochrome function in Arabodopsis development. J Exp Bot. 2010;61:11–24. https://doi.org/10.1093/jxb/erp304
Sakr S, Wang M, Dédaldéchamp F, Perez-Garcia M-D, Ogé L, Hamama L, Atanassova R. The Sugar-Signaling Hub: Overview of Regulators and Interaction with the Hormonal and Metabolic Network. Int J Mol Sci. 2018;19(9):2506. https://doi.org/10.3390/ijms19092506
Franklin K A, Whitelam GC. Phytochromes and shade-avoidance responses in plants. Ann Bot. 2005;96(2):169–75. https://doi.org/10.1093/aob/mci165
Fujii Y, Tanaka H, Konno N, Ogasawara Y, Hamashima N, Tamura S, Hasegawa S, Hayasaki Y, Okajima K, Kodama Y. Phototropin perceives temperature based on the lifetime of its photoactivated state. Proc Natl Acad Sci USA. 2017;114(34):9206–11. https://doi.org/10.1073/pnas.1704462114
Canamero С R, Bakrim N, Bouly J-P, Garay A, Dudkin E, Habricot Y, Ahmad M. Cryptochrome photoreceptors cry1 and cry2 antagonistically regulate primary root elongation in Arabidopsis thaliana. Planta. 2006;224(5):995–1003. https://doi.org/10.1007/s00425-006-0280-6
Christie J M, Blackwood L, Petersen J, Sullivan S. Plant flavoprotein photoreceptors. Plant Cell Physiol. 2015;56(3):401–13. https://doi.org/10.1093/pcp/pcu196
Eveland A, Jackson D. Sugars, signalling, and plant development. J Exp Bot. 2012;63(9):3367–77. https://doi.org/10.1093/jxb/err379
Baier M, Hemman G, Holman R, Corke F, Card R, Smith C, et al. Characterization of mutants in Arabidopsis showing increased sugar-specific gene expression, growth, and developmental responses. Plant Physiol. 2004;134(1):81–91. https://doi.org/10.1104/pp.103.031674
Zhmurko V V. [Photoperiodism of plants: physiological, biochemical and genetic aspects]. In: Morgun VV, editor. [Plant physiology: problems and prospects of development]. V. 1. Kyiv: [Logos]; 2009. P. 537–64. (in Ukrainian)
Ermakov A I, editor. [Methods of biochemical research of plants]. L: Agropromizdat Publ; 1987. 430 p. (in Russian).
Kuznetsov V V, Doroshenko A S, Kudryakova N V, Danilova M N. Role of Phytohormones and Light in De-etiolation. Russ J Plant Physiol. 2020;67:971–84. https://doi.org/10.1134/S1021443720060102
Kim J Y, Song J T, Seo H S. COP1 regulates plant growth and development in response to light at the post-translational level. J Exp Bot. 2017; 68 (17): 4737–48. https://doi.org/10.1093/jxb/erx312
Ivanov V B. Cellular mechanisms of plant growth. M: Nauka; 2011. 104 p. (in Russian)
Koch K. Sucrose metabolism: regulatory mechanisms and pivotal roles in sugar sensing and plant development. Curr Opin Plant Biol. 2004;7(3):235–46. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2004.03.014
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
