Гормональна система рослин за дії важких металів

Abstract

Косаківська І.В., Щербатюк М.М., Васюк В.А., Войтенко Л.В. Гормональна система рослин за дії важких металів. В огляді проаналізовано й узагальнено новітіні дані літератури щодо впливу важких металів (ВМ) на гормональну систему рослин. ВМ є природними складовими земної кори. Однак, через незбалансовану, екологічно небезпечну діяльність людини забруднення ВМ ґрунтів і водних ресурсів набуло значних масштабів. Есенціальні та чужорідні для рослин ВМ у підвищених концентраціях негативно впливають на ріст, накопичення біомаси, поглинання мінеральних речовин, фотосинтез, дихання, водний статус. Рослинні гормони ауксини, гібереліни, цитокініни, абсцизова та саліцилова кислоти, етилен, жасмонати і брасиностероїди регулюють процеси росту і розвитку від початку проростання насіння до його дозрівання, відіграють ключову роль в адаптації до абіотичних і біотичних стресорів. Фітогормони виконують роль сигнальних молекул, стимулюють реакції-відповіді на негативні впливи. За дії ВМ у процесах біосинтезу, транспортування, локалізації і кон'югації рослинних гормонів відбуваються суттєві зміни. Толерантність рослин формується в результаті прямої або опосередкованої дії фітогормонів. Наголошується, що в реакції-відповіді на високі концентрації ВМ задіяні перехресні шляхи гормональної сигналізації. В огляді обговорюється участь окремих класів фітогормонів в адаптації рослин до дії ВМ, роль у запобіганні згубному впливу активних форм кисню, що продукуються за високих рівнів забруднення, взаємодія між різними гормонами, їх вплив на компоненти транскриптому і протеому. Наведені приклади успішного використання екзогенних фітогормонів для стимулювання стійкості рослин до дії ВМ. Зазначено, що вивчення гормональної системи рослин поглиблює розуміння механізмів поглинання, транспорту та детоксикації ВМ.

I. V. Kosakivska, М. М. Shcherbatiuk, V. A. Vasyuk, L. V. Voytenko. Plant hormones under heavy metals stress. The review analyzes and summarizes the latest literature on the effect of heavy metals (HM) on plant hormonal systems. HM are natural constituent elements of the Earth's crust. Environmentally harmful human activities have caused significant levels of HM pollution in soil and aquatic resources. Elevated concentrations of HM, both essential and non-essential, can adversely affect growth, biomass accumulation, uptake of other mineral substances, photosynthesis, respiration, and water transport. Plant hormones auxins, gibberellins, cytokinins, abscisic and salicylic acids, ethylene, jasmonates and brassinosteroids regulate growth and development of plants during an entire life cycle, and play a key role in adaptation to abiotic and biotic stressors. Plant hormo nes act as signaling molecules and stimulate responses to different adverse environmental conditions. Excess concentrations of HM can profoundly affect biosynthesis, transport, localization and conjugation of plant hormones, as well as hormonal signaling p athways and crosstalk. Plant tolerance to HM is formed as the result of direct or indirect action of plant hormones. This review discusses the involvement of individual classes of plant hormones in the adaptation of plants to heavy metals, the role of plant hormones in mitigating damaging effects of reactive oxygen species (ROS) exacerbated by high levels by pollution, the interaction between various hormones, and their effect on plant transcriptomes and proteome. Examples of successful exogenous treatment with hormones to stimulate plant resistance to the negative impact of high concentrations of HM are presented. In summary, a study of the hormonal system of plants improves our understanding of mechanisms of absorption, transport and detoxification of HM.

И. В. Косаковская, Н. Н. Щербатюк, В. А. Васюк, Л. В. Войтенко. Гормональная система растений при действии тяжелых металлов. В обзоре проанализированы и обобщены новейшие данные литературы о влиянии тяжелых металлов (ТМ) на гормональную систему растений. ТМ являются естественными составляющими земной коры. Однако, из-за несбалансированной, экологически вредной деятельности человека загрязнение ТМ почв и водных ресурсов приобрело значительные масштабы. Эссенциальные и неэссенциальные ТМ в повышенных концентрациях негативно влияют на рост, накопление биомассы, поглощение минеральных веществ, фотосинтез, дыхание, водный статус. Растительные гормоны ауксины, гиббереллины, цитокинины, абсцизовая и салициловая кислоты, этилен, жасмонаты и брассиностероиды регулируют процессы роста и развития с момента прорастания семян до созревания нового урожая, играют ключевую роль в адаптации к абиотическим и биотическим стрессорам. Фитогормоны участвуют в передаче сигналов, стимулируют ответные реакции на негативные воздействия окружающей среды. При действии ТМ в процессах биосинтеза, транспорта, локализации и конъюгации растительных гормонов происходят существенные изменения. Толерантность растений формируется в результате прямого или опосредованного действия фитогормонов. Отмечается, что в реакцииответе на высокие концентрации ТМ задействованы перекрестные пути гормональной сигнализации. В обзоре обсуждается участие отдельных классов фитогормонов в адаптации растений к действию ТМ, их роль в предотвращении губительного действия активных форм кислорода, продуцируемых при высоких уровнях загрязнения, взаимодействие между различными гормонами, их влияние на компоненты транскриптома и протеома. Приведены примеры успешного использования экзогенных фитогормонов для стимулирования устойчивости растений к действию ТМ. Отмечено, что изучение гормональной системы растений углубляет понимание механизмов поглощения, транспорта и детоксикации ТМ.