Биотехнологические подходы в создании растений, толерантных к гипоксии и аноксии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Представлены результаты ряда работ, направленных на создание клеточных линий, а также целых растений, устойчивых к анаэробному стрессу. В основу разработанных биотехнологических подходов легли более ранние фундаментальные исследования анаэробного стресса растений, поэтому во «Введении» кратко отмечена актуальность самой проблемы, подчеркнуто значение работ, в которых рассмотрены две главные стратегии адаптации растений к анаэробному стрессу - адаптации на молекулярном уровне, в которой ключевую роль играет анаэробный энергетический метаболизм (истинная толерантность), и адаптации на уровне целого организма растений путем формирования аэренхимы и облегченного транспорта кислорода (кажущаяся толерантность). Так, путем ступенчатой клеточной селекции in vitro, проведенной в условиях аноксии в отсутствие экзогенных углеводов, были выделены толерантные к анаэробному стрессу клетки сахарного тростника и пшеницы. Из толерантных клеток пшеницы были регенерированы целые растения, более устойчивые к корневому анаэробиозу. Показано, что в толерантности клеток к аноксии существенную роль играет способность более активно утилизировать экзогенный нитрат. Толерантность клеток закреплялась на генном уровне и передавалась в ряду поколений. Рассмотрены также другие успешные попытки повысить толерантность растений к анаэробному стрессу путем сверхэкспрессии генов, ответственных за синтез цитокинина и за программированную клеточную смерть, а также благодаря стимуляции гликолиза. Представленные данные подтвердили концепцию о двух главных стратегиях адаптации растений к анаэробному стрессу, выдвинутую ранее на основе фундаментальных исследований.

Об авторах

Б. Б. Вартапетян

Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: borisvartapet@ippras.ru
Россия

Ю. И. Долгих

Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН

Email: borisvartapet@ippras.ru
Россия

Л. И. Полякова

Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН

Email: borisvartapet@ippras.ru
Россия

Н. В. Чичкова

Научно-исследовательский институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: borisvartapet@ippras.ru
Россия

А. Б. Вартапетян

Научно-исследовательский институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: borisvartapet@ippras.ru
Россия

Список литературы

  1. Jackson M.B., Ishizawa K., Ito O. // Ann. Bot. 2009, V.103, P.137-142
  2. Visser E.J.W., Voesenec L.A.C.J., Vartapetian B.B., Jackson M.B. // Ann. Bot. 2003, V.91, P.107-109
  3. Maltby E., Jackson M.B., Davies D.D., Lambers H. // Plant life under oxygen deprivation: ecology, physiology and biochemistry.The Hague: SPB Academic 1991, P.3-21
  4. Setter T.L., Waters I., Sharma S.K., Sing K.N., Kulshreshtha N., Yaduvanshi N.P.S., Ram P.C., Singh B.N., Rane J., McDonald G. // Ann. Bot. 2009, V.103, P.221-235
  5. Perata P., Armstrong W., Voesenec L.A.C.J. // New Phytol. 2011, V.190, №2, P.269-273
  6. Smucker A.L.M., Allmaras R.R., Buxton D.R., Shibles R., Forsberg R.A., Blad B.L., Asay K.H., Paulsen G.M., Wilson R.F. // Internat. Crop Sci. I. Madison, Wisconsin: Crop Sci. Soc. America 1993, P.727-731
  7. Andrews C.J.A. // Ann. Bot. 1997. V. 79. Suppl. A. P.87-92
  8. Knee M., Jackson M.B., Davies D.D., Lambers H. // Plant life under oxygen deprivation: ecology, physiology and biochemistry. The Hague: SPB Academic 1991, P.229-243
  9. Hook D.D., Crawford R.M.M., Arbor Ann. // Arbor Ann. Plant life in anaerobic environments. Science, Ist and 2nd eds 1978, 1980 1980
  10. Crawford R.M.M. // Plant life in aquatic and amphibious habitats Oxford: Blackwell 1987
  11. Hook D.D., McKee W.H., Smith Jr. H.K., Gregory J., Burrell V.G., DeVoe Ir. M.R., Solka R.E., Gilbert S., Banks R., Stolzy L.H., Brooks C., Matthews T.D., Shear T.H. // The ecology and management of wetlands London: Croom Helm 1988
  12. Jackson M.B., Davies D.D., Lambers H. // Plant life under oxygen deprivation. The Hague: SPB Academic 1991
  13. Jackson M.B., Black C.R. // Interacting stresses on plants in a changing climate. NATO ASI Ser. Berlin: Springer-Verlag 1993
  14. Crawford R.M.M., Hendry G.A.F., Goodman B.A. // Oxygen and environmental stress in plants. Edinburgh: Proc. Royal Soc. Edinburgh Ser. B. 1994, V.102
  15. Vartapetian B.B., Hook D.D., Crawford R.M.M. // Ann Arbor. Plant life in anaerobic environments Michigan: Science. 1980, P.1-12
  16. Vartapetian B.B., Andreeva I.N., Kursanov A.L. // Nature (London). 1974, V.248, №445, P.258-259
  17. Vartapetian B.B., Sachs M.M., Fagerstedt K. // Plant Stress. 2008, V.2, №1, P.1-19
  18. Magneschi L., Perata P. // Ann. Bot. 2009, V.103, P.181-196
  19. Steffens B., Gesrt T., Sauter M. // New Phyt. 2011, V.190, №2, P.369-378
  20. Jackson M.B., Ram P.C. // Ann. Bot. 2003, V.91, №Spec. Issue, P.227-241
  21. Vartapetian B.B., Andreeva I.N., Kozlova G.I., Agapova L.P. // Protoplasma. 1977, V.93, P.243-256
  22. Vartapetian B.B., Andreeva I.N., Generozova I.P., Polyakova L.I., Maslova I.P., Dolgikh Y.I., Stepanova A.Y. // Ann. Bot. 2003, V.91, P.155-172
  23. Zhang Q., Greenway H. // J. Exp. Bot. 1994, V.45, P.567-575
  24. Perata P., Guglielminetti L., Alpi A. // Ann. Bot. 1997, V.79, P.49-56
  25. Stepanova A.Yu., Polyakova L.I., Dolgikh Yu.I., Vartapetian B.B. // Russ. J. Plant Physiol. 2002, V.49, P.406-412
  26. Tereshonok D., Stepanova A., Dolgikh Yu.I., Osipova E., Belyaev D., Vartapetian B. B. // Plant Stress. 2010, V.4, №1, P.79-82
  27. Stepanova A.Yu., Dolgikh Yu.I., Vartapetian B.B. // Biotechnology (Russ.). 2010. N 2010, №3, P.1-6
  28. Vartapetian B. B., Polyakova L.I., Stepanova A.Yu., Dolgikh Yu.I. // Russ. J. Plant Physiol. 2012, V.59, P.741-747
  29. Bucher M., Brändle R., Kuhlemeier C. // EMBO J. 1994, V.13, P.2755-2763
  30. Tadege M., Brändle R., Kuhlemeier C. // Plant J. 1998, V.14, P.327-335
  31. Quimio C.A., Torrizo L.B., Setter T.L., Ellis M., Grover A., Abrigo E.M., Oliva N.P., Ella E.S., Carpena A.L., Ito O. // Plant Phys. 2000, V.156, P.516-521
  32. Ismond K.P., Dolferus R., Pauw M.D., Dennis E.S., Good A.G. // J. Plant Phys. 2003, V.132, P.1292-1302
  33. Tereshonok D.V., Stepanova A.Yu., Dolgikh Yu.I., Osipova E.S., Belyaev D.V., Kudoyarova G.R., Vysotskaya L.B., Vartapetian B.B. // Russ. J. Plant Physiol. 2011, V.58, P.799-807
  34. Romanov G.A. // Russ. J. Plant Physiol. 2009, V.56, P.268-290
  35. Lomin S.N., Krivosheev D.M., Steklov M.Yu., Osolodkin D.I., Romanov G.A. // Acta Naturae 2012, V.4, №3, P.31-45
  36. Chichkova N.V., Kim S.H., Titova E.S., Kalkum M., Morozov V.S., Rubtsov Y.P., Kalinina N.O., Taliansky M.E., Vartapetian A.B. // Plant Cell. 2004, V.16, P.157-171
  37. Chichkova N.V., Shaw J., Galiullina R.A., Drury G.E., Tuzhikov A.I., Kim S.H., Kalkum M., Hong T.B., Gorshkova E.N., Torrance L., Vartapetian A.B., Taliansky M. // EMBO J. 2010, V.29, №6, P.1149-1161
  38. Vartapetian A.B., Tuzhikov A.I., Chichkova N.V., Taliansky M., Wolpert T.J. // Cell Death Differ. 2011, V.18, P.1289-1297
  39. Reggiani R., Brambilla I., Bertani A. // J. Exp. Bot. 1985, V.36, P.1193-1199
  40. Botrel A., Magne C., Kaiser W. // Plant Phys. Biochem. 1996, V.34, P.645-652
  41. Fan T.W.M., Higashi R.M., Frenkiel T., Lane A.N. // J. Exp. Bot. 1997, V.48, P.1655-1666
  42. Botrel A., Kaiser W. // Planta. 1997, V.201, P.496-501
  43. Oberson I., Pavelic D., Braendle R., Rawyler A. // Plant Phys. 1999, V.155, P.792-794
  44. Vartapetian B.B., Polyakova L.I., Svensson O.L. // Mitochondria: Structure, Functions and Dysfunctions. USA: Nova Publ. 2010, P.955-966
  45. Igamberdiev A.U., Hill R.D. // J. Exp. Bot. 2004, V.55, P.2473-2482
  46. Igamberdiev A.U., Hill R.D. // Ann. Bot. 2009, V.103, P.259-268
  47. Stoimenova M., Igamberdiev A.I., Gupta K.J., Hill R.D. // Planta. 2007, V.226, P.465-474
  48. Xia J.H., Saglio P. // Plant Phys. 1990, V.93, P.453-459
  49. Waters I., Kuiper P.J.C., Watkin E., Greenway H. // J. Exp. Bot. 1991, V.42, P.1427-1435
  50. Waters I., Morell S., Greenway H., Colmer T.D. // J. Exp. Bot. 1991, V.42, P.1437-1447
  51. Hole D.J., Cobb B.G., Hole P., Drew M.C. // J. Plant Phys. 1992, V.99, P.213-218
  52. Xia J.-H., Saglio P. H., Roberts J.K.M. // J. Plant Phys. 1995, V.108, P.589-595
  53. Ricard B., van Toai T., Chourey P., Saglio P.H. // J. Plant Phys. 1998, V.116, P.1323-1331
  54. Sato T., Harada T., Ischizawa K. // J. Exp. Bot. 2002, V.53, P.1847-1856
  55. Loreti E., Alpi A., Perata P. // Plant Phys. 2003, V.50, P.737-742
  56. Voesenek L.A.C.J., Benschop J.J., Bou J., Cox M.C.H., Groeneveld H.W., Millenaar F.F., Vreburg R.A.M., Peeters A.J.M. // Ann. Bot. 2003, V.91, P.205-211
  57. Magneschi L., Perata P. // Ann. Bot. 2009, V.103, P.181-196
  58. Trought M.C.T., Drew M.C. // Plant Soil. 1980, V.54, P.77-94
  59. Singh S., Letham D.S., Palni L.M.S. // Phys. Plant. 1992, V.86, P.388-397
  60. Zhang J., van Toai T., Huynh L., Preiszner J. // Mol. Breed. 2000, V.6, P.135-144
  61. Hoeberichts F.A., Woltering E.J. // BioEssays. 2003, V.25, №1, P.47-57
  62. Williams B., Dickman M. // Mol. Plant Pathol. 2008, V.9, №4, P.531-544
  63. Reape T.J., McCabe P.F. // New Phytol. 2008, V.180, №1, P.13-26
  64. Reape T.J., McCabe P.F. // Apoptosis. 2010, V.15, №3, P.249-256
  65. Zhang J., Teng C., Liang Y. // Protein Cell. 2011, V.2, №10, P.837-844
  66. Van Doorn W.G., Beers E.P., Daugl J.L., Franklin-Tong V.E., Gallois P., Hara-Nishimura I., Jones A.M., Kawai-Yamada M., Lam E., Mundy J. // Cell Death Differ. 2011, V.18, №8, P.1241-1246
  67. Fomicheva A.S., Tuzhikov A.I., Beloshistov R.E., Trusova S.V., Galiullina R.A., Mochalova L.V., Chichkova N.V., Vartapetian A.B. // Biochemistry (Moscow). 2012, V.77, №13, P.1452-1464
  68. Chichkova N.V., Galiullina R.A., Taliansky M.E., Vartapetian A.B. // Plant Stress. 2008, V.2, P.89-95
  69. Tuzhikov A.I., Vartapetian B.B., Vartapetian A.B., Chichkova N.V., Venkateswarla B., Shanker A. // Abiotic stress response in plants physiological, biochemical and genetic perspectives, Rijeka: Intech-Open Access Publ. 2011, P.183-195
  70. Chichkova N.V., Tuzhikov A.I., Taliansky M., Vartapetian A.B. // Phys. Plant. 2012, V.145, P.77-84

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Вартапетян Б.Б., Долгих Ю.И., Полякова Л.И., Чичкова Н.В., Вартапетян А.Б., 2014

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах