Регистрация / Вход
Прислать материал

Анализ роли пероксида водорода в индукции вариабельного потенциала в проростках гороха

Сведения об участнике
ФИО
Ладейнова (Семина) Мария Михайловна
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Науки о жизни и медицина
Раздел области наук
Физико-химическая молекулярная и клеточная биология
Тема
Анализ роли пероксида водорода в индукции вариабельного потенциала в проростках гороха
Резюме
Электрическая реакция растений, возникающая в ответ на повреждающее воздействие, известна как вариабельный потенциал (ВП). В настоящее время дискуссионным вопросом является механизм его распространения. Существует несколько гипотез. Одна из них, химическая, предполагает наличие вещества, способного к быстрому распространению и индукции электрического ответа. Таким критериям отвечает пероксид водорода, поэтому он может быть рассмотрен в качестве кандидата на роль химического агента. В данной работе проведён анализ роли этого соединения как индуктора ВП.
Ключевые слова
электрические сигналы, вариабельный потенциал, пероксид водорода, высшие растения
Цели и задачи
Цель работы – исследовать роль пероксида водорода в индукции вариабельного потенциала, электрической реакции высших растений, возникающей в ответ на повреждение. В соответствии с целью были поставлены следующие задачи: установить взаимосвязь между содержанием пероксида водорода и электрической активностью, изучить механизмы повышения концентрации пероксида водорода в удаленных от зоны повреждения участках растения, исследовать влияние экзогенного пероксида водорода на мембранный потенциал клеток.
Введение

Растения находятся под постоянным влиянием неблагоприятных факторов окружающей среды. В ответ на их действие происходит активация сигнальных систем.  К наиболее значимым стрессовым сигналам относятся гормональные и электрические, а также сигналы, связанные с генерацией активных форм кислорода (АФК). Они влияют на устойчивость и продуктивность растений, и как следствие, на урожайность сельскохозяйственных культур. Поэтому необходимо выяснить природу стрессовых сигналов и раскрыть механизмы ответов. Данная работа посвящена изучению электрических сигналов и сигналов с участием АФК, а именно механизму распространения вариабельного потенциала и участию в этом процессе пероксида водорода, который является наиболее значимой АФК.

Методы и материалы

Эксперименты проводились на двухнедельных проростках гороха (Pisum sativum L.), выращенных в климатической камере. В каждом измерении использовали два растения: опытное и контрольное. ВП индуцировали ожогом кончика листа опытного растения, электрическую активность регистрировали внеклеточно. Через определённый интервал времени после раздражения растение фиксировали жидким азотом, разделяли стебель на фрагменты и гомогенизировали в 5% ТХУ. Полученный гомогенат разбавляли буфером, центрифугировали, отбирали супернатант и проводили измерение содержания пероксида водорода флуориметрическим методом с использованием  зонда AmplifluRed.

Для оценки влияния каталазы (1 мкг/мл) и ингибитора NADH-оксидазы DPI (20 мкМ) на распространение ВП использовали проростки гороха, стебель которых помещали в ячейку с раствором, расположенную между первым и вторым электродами (Э1 и Э2).

Внутриклеточную электрическую активность оценивали с помощью электрофизиологической установки для микроэлектродного отведения биопотенциалов на базе микроскопа SliceScope Pro (Scientifica, Великобритания). Данная система позволяет регистрировать абсолютные значения мембранного потенциала, электрические ответы на уровне отдельной клетки.

Описание и обсуждение результатов

В ходе экспериментов выяснено, что ожог листа вызывает в проростках гороха распространение ВП, амплитуда и скорость которого снижаются с увеличением расстояния от зоны повреждения.

Результаты экспериментов по изучению распределения пероксида водорода в стебле проростков гороха показали, что содержание H2O2 в неповреждённых растениях снижается в базипетальном направлении. При действии локального повреждения происходит изменение содержания пероксида в неповреждённых участках растения таким образом, что на расстоянии 3–6 см от зоны раздражения через 50 с имеет место значительное превышение содержания H2O2 над контрольным уровнем, а через 100 и 150 с такое увеличение содержания H2O2 происходит на участке 6–9 см, на расстоянии 9–12 см наблюдается невыраженная тенденция к изменению концентрации пероксида водорода.

Для исследования механизмов повышения содержания H2O2 в удалённых от зоны повреждения участках проростка гороха проводили оценку влияния снижения локальной концентрации H2O2 с помощью каталазы и DPI (ингибитора NADH-оксидазы). Наличие данных соединений в растворе, омывающем участок стебля, обуславливает изменение параметров ВП, а именно уменьшение амплитуды реакции, что свидетельствует о необходимости повышения концентрации H2O2 для распространения ВП. Вероятно, механизм повышения содержания H2O2 связан с активацией NADH-оксидазы плазматических мембран.

Для анализа возможной роли пероксида водорода в качестве индуктора ВП проводили обработку проростков гороха раствором H2O2, который вызывает в них изменение мембранного потенциала. С увеличением концентрации  H2O2 в омывающем растворе от 1 мМ до 10 мМ наблюдается рост амплитуды деполяризации, ответная реакция растения на внесение пероксида водорода по форме схожа с ВП. 

Используемые источники
1. Demidchik V., Sergey N. S., Julia M. D. Spatial variation in H2O2 response of Arabidopsis thaliana root epidermal Ca2+ flux and plasma membrane Ca2+ channels // The Plant Journal. 2007. V.49. P. 377-386.
2. Maffei M. E., Mithfer A., Arimura G.-I.et al. Effects of Feeding Spodoptera littoralis on Lima Bean Leaves. III. Membrane Depolarization and Involvement of Hydrogen Peroxide // Plant Physiol. 2006. V. 140. P. 1022-1035.
3. Miller G., Schlauch K., Tam R. The plant NADPH oxidase RBOHD mediates rapid systemic signaling in response to diverse stimuli // Sci. Signal. 2009. V. 2. ra45.
4. Mittler R., Vanderauwera S., Suzuki N. ROS signaling: the new wave? // Trends Plant Sci. 2011. V. 16. P. 300-309.
5. Petrov V.D., Van Breusegem F. Hydrogen peroxide – a central hub for information flow in plant cells // AoB Plants. 2012. pls014.
Information about the project
Surname Name
Semina Maria
Project title
Analysis of hydrogen peroxide role in induction of variation potential in pea seedlings
Summary of the project
Electric reaction induced by damaging factors is known as variation potential (VP). To date the mechanism of VP propagation is a debatable question. There are several hypotheses. One of them is chemical hypothesis. It assumes that damage induces synthesis of a wound substance which is capable of quick distribution and induction of electrical reactions. Hydrogen peroxide meets these requirements, so it can be considered as a candidate for this chemical agent. This work contains some analysis of hydrogen peroxide role as an inductor of variation potential.
Keywords
electrical signals, variation potential, hydrogen peroxide, higher plants