Растения и тяжелые металлы: рецепция и сигналинг.

Abstract

Тяжелые металлы являются естественными компонентами земной коры, которые накапливаются из геогенных и антропогенных источников, что приводит к загрязнению экосистем и значительным потерям продуктивности культурных и дикорастущих растений. Изучение того, как растения могут трансформировать сигналы о постоянно меняющейся среде в физиологические реакции, существенно для снижения вредных эффектов тяжелых металлов. Обзор касается функционирования существующих в растениях систем рецепции и сигналинга тяжелых металлов. Считается, что компонент сигнальной сети при стрессе, вызываемом тяжелыми металлами, может включать в себя рецепторы для восприятия сигнальных и небелковых мессенджеров, используемых для передачи сигнала. В ответ на воздействие тяжелого металла происходит усиленная генерация АФК, которая нарушает нормальное функционирование клетки и вызывает окислительные повреждения биомакромолекул. Ряд ферментов, включая митогенактивируемые протеинкиназы и фосфатазы, ретранслируют сигналы и вызывают экспрессию генов различных транскрипционных факторов. Недавние исследования расширили представления о роли гормонов растений в рецепции стресса тяжелых металлов. В последнее время рассматривается ряд новых участников процессов рецепции и трансдукции сигналов тяжелых металлов.

Heavy metals are natural components of the earth's crust that accumulate from geogenic and anthropogenic sources and remain for a long time in ecosystems, which leads to contamination of soil and water resources of the Earth and to significant losses of yields of cultivated and wild plants. Understanding the molecular and physiological responses of plants to the stress of heavy metals is critical to achieving their high productivity. A comprehensive study of how plants can transform signals about an ever-changing environment into physiological responses is essential to reduce the harmful effects caused by heavy metals. This review concerns aspects of the functioning these signaling systems and the perception of excess levels of heavy metals in plants. It is assumed that the signal network component under stress caused by heavy metals can include receptors for the perception of signaling and non-protein messengers such as calcium ions and hydrogen peroxide used for signal transmission. A number of enzymes, including mitogen-activated protein kinases and phosphatases, retranslate signals and cause gene overexpression of various transcription factors. In response to the effects of heavy metal, there is increased production of ROS, which disrupts the normal functioning of a plant cell and causes oxidative damage in biological molecules. Recent research has extended our understanding of how plant hormones can regulate responses to various environmental signals, the role of phytohormones (abscisic acid, auxin, brassinosteroids and ethylene) in the perception of heavy metal stress. Recently, a number of new participants in the processes of heavy metals perception and transduction has been considered.

Важкі метали є природними компонентами земної кори, які накопичуються з геогенних і антропогенних джерел, що призводить до забруднення екосистем і до значних втрат продуктивності культурних і дикорослих рослин. Вивчення того, як рослини можуть трансформувати сигнали про постійні зміни у середовищі в фізіологічні реакції, важливе для зниження шкідливих ефектів важких металів. Огляд стосується функціонування систем рецепції та сигналінгу важких металів, що існують в рослинах. Вважається, що компонент сигнальної мережі при стресі, спричинюваному важкими металами, може включати в себе рецептори для сприйняття сигнальних і небілкових месенджерів, які використовуються для передачі сигналу. Ряд ферментів, включаючи мітогенактивовані протеїнкінази і фосфатази, ретранслюють сигнали і викликають експресію генів різних транскрипційних факторів. У відповідь на вплив важкого металу відбувається посилена генерація АФК, що порушує нормальне функціонування клітини і викликає окиснювальне пошкодження біомакромолекул. Недавні дослідження розширили уявлення про роль гормонів рослин в рецепції стресу важких металів. Останнім часом розглядається ряд нових учасників процесів рецепції і трансдукції стгналів важких металів.