Влияние стрессовых температур на электрофоретический спектр белков и ультраструктуру клеток листьев растений разных типов экологических стратегий

Abstract

Показано, что после действия низких и высоких стрессовых температур происходят изменения количественных и качественных характеристик растворимых белков, Рубиско, Рубиско ьактивазы (RA) и Рубиско связывающего белка (RBP), а также ультраструктуры клеток листа у растений разных экологических стратегий. В контрольных условиях эксплеренты сурепица озимая (Brassica campestris var. olifera) и амарант хвостатый (Amarantus caudathus L.), а также виолент овсяница луговая (Festuca pratensis L.) содержат в 2-2,5 раза больше белка по сравнению с патиентом щавнатом (Rumex patienta L. × R. tianshanicus A. Los). Для всех исследованных растений характерно наличие 50 кД полипептида в стрессовых и контрольных условиях. После температурных воздействий у эксплерентов возрастало количество 72 и 94 кД полипептидов, а у патиента наблюдалось появление 71 кД и увеличение количества 44, 78 и 109 кД белков. У виолента выявлен 60 кД полипептид, отсутствующий в контроле. У эксплерентов и виолента в ответ на действие гипертермии увеличивалось количество Рубиско и RBP. Рубиско патиента по сравнению с RBP оказался менее устойчивым к действию теплового стресса. Выявлены изменения в ультраструктурной организации клеток листа эксплерентов. Белки и ультраструктурные характеристики рассматриваются как возможные биомаркеры растений с разными типами экологических стратегий.

To select potential biomarkers we screened plants with different types of ecological strategies. Brassica campestris var. olifera and Amaranthus caudathus L. were chosen from among ruderals, a new culture – hybrid Rumex patienta L. × R. tianshanicus A. Los was selected from among stress tolerant and Festuca pratensis L. - from among concurrent. We determined that under the condit of short-term heat stress observed a 2-fold increase of protein content in stress-tolerant seedlings. Using polyacrylamide gel electrophoresis we investigated the proteins spectrum. All species were characterized by presence of 50 kDa polypeptide in control and stress conditions. In R. patienta × R. tianshanicus seedlings the biosynthesis of 50 kDa polypeptide was considerably amplified during heat shock. Changes due to temperature influences took place across the entire spectrum of molecular weights. B. campestris seedlings under temperature influences synthesized 72 kDa polypeptides; A. caudathus seedlings synthesized 94 kDa polypeptides. Temperature influences caused the synthesis of 71 kDa polypeptide and an increase in 44, 78 and 109 kDa proteins in R. patienta × R. tianshanicus seedlings. In B. campestris seedlings the reduction in 47 kDa protein content was observed under temperature influences. Heat stress was associated with ramped-up synthesis of 60 kDa proteins in F. pratensis seedlings. Temperature influences caused the increase in Rubisco and RBP contents of concurrent and ruderals. Rubisco of stress-tolerant was more sensitive to heat stress than RBP. Ultra structural investigations revealed different features and directions in changes of cells organelles from plants with different types of ecological strategies under stress conditions. Perspectives of proteins usage as biomarkers of plants with different types of ecological strategies and probable role of ultra structural changes in cells organelles during adaptation to environmental stresses are discussed.

Показано, що після дії низьких і високих стресових температур відбуваються зміни кількісних та якісних характеристик розчинних білків, Рубіско, Рубіско активази (RA) та Рубіско зв’язуючого білка (RBP), а також ультраструктури клітин листка у рослин різних екологічних стратегій. В контрольних умовах експлеренти суріпиця озима (Brassica campestris L. var. olifera) та щириця хвостата (Amarantus caudathus L.), а також віолент костриця лугова (Festuca pratensis L.) містять у 2-2,5 раза більше білка порівняно з патієнтом щавнатом (Rumex patienta L. × R. tianshanicus A. Los). В усіх досліджених рослин присутній 50 кД поліпептид у стресових та контрольних умовах. Після температурних впливів у эксплерентів зростала кількість 72 та 94 кД поліпептидів, а у патієнта спостерігалась поява 71 кД та збільшен ня вмісту 44, 78 и 109 кД білків. У віолента виявлено 60 кД поліпептид, відсутній в контролі. У експлерентів та віолента у відповідь на дію гіпертермії збільшувалася кількість Рубіско та RBP. Рубіско патієнта порівняно з RBP виявився менш стійким до дії високих температур. Виявлені зміни в ультраструктурній орагнизації клітин листка експлерентів. Білки та ультраструктурні характеристики розглядаються як можливі біомаркери рослин з різними типами екологічних стратегій.