Монооксид углерода (CO) у растений: участие в клеточном сигналинге и адаптивных реакциях

Abstract

Колупаев Ю.Е., Бесчасный С.П., Шкляревский М.А., Карпец Ю.В. Монооксид углерода (CO) у растений: участие в клеточном сигналинге и адаптивных реакциях. Обзор посвящен роли монооксида углерода (CO) в стрессовом сигналинге и адаптации растений к неблагоприятным абиотическим факторам. Описаны основные пути синтеза CO в растительных клетках, коротко охарактеризована гемоксигеназа-1 как основной ферментативный источник монооксида углерода, приведены данные о ее субклеточной локализации. Сопоставляются отдельные аспекты действия CO в растительных и животных клетках. Обобщены сведения об индуцировании синтеза монооксида углерода под влиянием различных стрессоров: обезвоживания, засоления, ионов тяжелых металлов, УФ-B, экстремальных температур. Проанализированы данные о действии экзогенного CO и его доноров на устойчивость растений к стресс-факторам различной природы. Акцентировано внимание на влиянии монооксида углерода на состояние антиоксидантной и осмопротекторной систем растений, его участии в регуляции функционирования устьичного аппарата. Обсуждается роль других сигнальных посредников в реализации физиологического (стресс-протекторного) действия CO в клетках растений, в частности, цГМФ, оксида азота, ионов Ca2+, активных форм кислорода (АФК), сероводорода. Приводятся сведения о роли монооксида углерода в передаче сигналов АФК, новых газотрансмиттеров метана и водорода, фитогормонов (ауксина, цитокининов, абсцизовой кислоты). Отмечается, что механизмы участия CO в функционировании сигнальной сети растительных клеток пока не раскрыты. Обсуждаются возможности использования CO для активации стресс-протекторных реакций растений и для улучшения сохранности собранных плодов.

Yu.E. Kolupaev, S.P. Beschasnyi, M.A. Shkliarevskyi, Yu.V. Karpets. Carbon monoxide (CO) in plants: participation in cell signaling and adaptive reactions. The review is devoted to the role of carbon monoxide (CO) in stress signaling and plant adaptation to unfavorable abiotic factors. Main pathways of CO synthesis in plant cells are described, hemoxygenase-1 is briefly characterized as the main enzymatic source of carbon monoxide, and data on its subcellular localization are presented. Individual aspects of the CO action in plant and animal cells are compared. Information about induction of carbon monoxide synthesis under influence of various stressors: dehydration, salinization, heavy metal ions, UV-B, extreme temperatures are summarized. Data about influence of exogenous CO and its donors on resistance of plants to stress factors of va rious natures are analyzed. Attention is accented on the influence of carbon monoxide on state o f antioxidant and osmoprotective systems of plants, its participation in the regulation of stomatal app aratus functioning. Role of other signaling mediators in physiological (stress-protective) action of CO in plant cells, in particular, cGMP, nitric oxide, Ca2+ ions, reactive oxygen species (ROS), and hydrogen sulfide, is discussed. Information is given about the role of carbon monoxide in transduction of ROS signals, new gasotransmitters methane and hydrogen, phytohormones (auxin, cytokinins, and abscisic acid). It is noted that the mechanisms of CO participation in functioning of signal ne twork of plant cells have not yet been disclosed. Possibilities of using CO for activating of stressprotective reactions of plants and for improving preservation of harvested fruits are discussed.

Колупаєв Ю.Є., Бесчасний С.П., Шкляревський М.А., Карпець Ю.В. Монооксид вуглецю (CO) у рослин: участь у клітинному сигналінгу і адаптивних реакціях. Огляд присвячений ролі монооксиду вуглецю (CO) в стресовому cигналінгу і адаптації ро слин до несприятливих абіотичних чинників. Описано основні шляхи синтезу CO в рослинних клітинах, коротко охарактеризована гемоксигеназа-1 як основне ферментативне джерело монооксиду вуглецю, наведені дані про її субклітинну локалізацію. Зіставляються окремі аспекти дії CO у рослинних і тваринних клітинах. Узагальнено відомості про індукування синтезу монооксиду вуглецю під впливом різних стресорів: зневоднення, засолення, іонів важких м еталів, УФ-B, екстремальних температур. Проаналізовано дані про дію екзогенного CO і його донорів на стійкість рослин до стрес-факторів різної природи. Акцентовано увагу на впливі монооксиду вуглецю на стан антиоксидантної та осмопротекторної систем рослин, його уча сті в регуляції функціонування продихового апарату. Обговорюється роль інших сигнальних посередників у реалізації фізіологічної (стрес-протекторної) дії CO в клітинах рослин, зокрема, цГМФ, оксиду азоту, іонів Ca2+, активних форм кисню (АФК), сірководню. Наводяться відомості про роль монооксиду вуглецю в передачі сигналів АФК, нових газотрансмітерів метану і водню, фітогормонів (ауксину, цитокінінів, абсцизової кислоти). Відзначається, що механізми участі CO в функціонуванні сигнальної мережі рослинних клітин поки не розкриті. Обговорюються можливості використання CO для активації стрес-протекторних реакцій рослин і для поліпшення збереження зібраних плодів.