Індукування стійкості рослин до дії абіотичних стресорів екзогенними брасиностероїдами

Abstract

Ю.Е. Колупаев, Ю.В. Карпец, А.К. Поляков. Индуцирование устойчивости растений к действию абиотических стрессоров экзогенными брассиностероидами. Брассиностероиды (БС) – класс растительных полигидроксистероидов, структурно родственных стероидным гормонам позвоночных животных и насекомых. Они играют ключевую роль в поддержании нормального роста растений как в оптимальных условиях, так и при действии неблагоприятных факторов окружающей среды. БС связываются со специфическими рецепторами и опосредствуют свое действие через каскад передачи сигнала, что в конечном итоге влечет за собой изменение экспрессии тысяч ядерных генов, участвующих в регуляции самых разнообразных функций растительного организма. Кроме специфических белков, в трансдук- ции сигналов БС задействованы универсальные сигнальные посредники небелковой природы, такие как ионы кальция, активные формы кислорода, оксид азота (NO), сероводород (H2S), а также компоненты липидного сигналинга. БС оказывают протекторное влияние на растения при действии неблагоприятных факторов разнообразной природы – гипо- и гипертермии, засухи, засоления, тяжелых металлов и т.п. Широкий спектр эффектов БС, вероятно, связан с их способностью регулировать экспрессию ключевых генов, задействованных в обеспечении устойчивости растений: генов, кодирующих транскрипционные факторы MYB/MYC, семейства белков WRKY, COR, дегидринов, белков теплового шока, белков цитоскелета, антиоксидантных ферментов. От функционирования этих генов зависит выполнение программ адаптации растений к стрессорам различной природы. Также изменение содержания БС у растений вызывает изменение их гормонального статуса в целом. В обзоре проанализированы данные о специфических протекторных эффектах БС и регулируемых ими генах, задействованных в адаптации к определенным стрессовым факторам, обобщены сведения о физиологических эффектах новых синтетических конъюгатов БС с другими фитогормонами, в частности с салициловой кислотой. Отмечается, что модификация сигнального пути БС может быть одним из стратегических направлений решения проблемы адаптации культурных растений.

Yu.E. Kolupaev, Yu.V. Karpets, O.K. Polyakov. Induction of plants resistance to influence of abiotic stressors by exogenous brassinosteroids. Brassinosteroids (BS) are the class of plant polyhydroxysteroids structurally related to steroid hormones of vertebrates and insects. They play a key role in the maintaining of normal plant growth both under the optimal conditions and under the influence of unfavorable environmental factors. BS bind to specific receptors and mediate their action through the cascade of signal transduction, which ultimately entails the change in the expression of thousands of nuclear genes involved in the regulation of various functions of the plant organism. In addition to specific proteins, universal signaling mediators of non-protein nature, such as calcium ions, reactive oxygen species, nitric oxide (NO), hydrogen sulfide (H2S), as well as components of lipid signaling, are involved in the transduction of BS signals. BS exert the protective effect on plants under the influence of unfavorable factors of various natures – hypo- and hyperthermia, drought, salinity, heavy metals, etc. The wide range of BS effects is probably associated with their ability to regulate the expression of key genes involved in the ensuring of plant resistance: genes encoding the transcription factors MYB/MYC, genes of family of proteins WRKY and COR, dehydrins, heat shock proteins, cytoskeletal proteins, and antioxidant enzymes. The functioning of these genes determines the implementation of plant adaptation programs to stressors of various natures. Also, the change in the BS content in plants causes the change in their hormonal status in general. The review analyzes the data on the specific protective effects of BS and genes regulated by them, involved in adaptation to certain stress factors, summarizes the information on the physiological effects of new synthetic conjugates of BS with other phytohormones, in particular with salicylic acid. It is noted that the modification of signaling pathway of BS can be one of the strategic directions for solving the problem of adaptation of cultivated plants.

Колупаєв Ю.Є., Карпець Ю.В., Поляков О.К. Індукування стійкості рослин до дії абіотичних стресорів екзогенними брасиностероїдами. Брасиностероїди (БС) є класом рослинних полігідроксистероїдів, структурно споріднених до стероїдних гормонів хребетних тварин і комах. Вони відіграють ключову роль у підтриманні нормального росту рослин як в оптимальних умовах, так і за дії несприятливих чинників навколишнього середовища. БС зв'язуються зі специфічними рецепторами і опосередковують свою дію через каскад передачі сигналу, який в кінцевому підсумку спричиняє зміну експресії тисяч ядерних генів, що беруть участь в регуляції найрізноманітніших функцій рослинного організму. Крім специфічних білків, у трансдукції сигналу БС задіяні універсальні сигнальні посередники небілкової природи, такі як іони кальцію, активні форми кисню, монооксид азоту (NO), сірководень (H2S), а також компоненти ліпідного сигналінгу. БС чинять протекторний вплив на рослини за дії несприятливих чинників найрізноманітнішої природи – гіпо- і гіпертермії, посухи, засолення, важких металів тощо. Широкий спектр ефектів БС, ймовірно, пов’язаний з їх здатністю регулювати експресію ключових генів, задіяних у забезпеченні стійкості рослин: генів, що кодують транскрипційні фактори MYB/MYC, родини білків WRKY, COR, дегідринів, білків теплового шоку, білків цитоскелету, антиоксидантних ферментів. Від функціонування цих генів залежить виконання програм адаптації рослин до стресорів різної природи. Також зміна вмісту БС у рослин спричиняє зміну їх гормонального статусу в цілому. В огляді проаналізовано дані про специфічні протекторні ефекти БС та регульовані ними гени, що задіяні в адаптації до певних стресових чинників, узагальнено відомості про фізіологічні ефекти нових синтетичних кон’югатів БС з іншими фітогормонами, зокрема із саліциловою кислотою. Відзначається, що модифікація сигнального шляху БС може бути одним із стратегічних напрямів вирішення проблеми адаптації культурних рослин.