THE EFFECT OF BRASSINOLIDE ON ARABIDOPSIS SEEDLINGS GROWTH AND HORMONAL BALANCE UNDER GREEN LIGHT.pdf В связи с прикрепленным образом жизни растения вынуждены быть особенно пластичными в ответах на воздействия окружающей среды. Свет, как наиболее важный внешний фактор, является не только источником энергии для фотосинтеза, но и сигналом, изменяющим программу развития растения. Особый интерес представляет роль зеленого света (ЗС) в жизнедеятельности растений [1]. Его регулирующее действие на растения осуществляется через ряд фоторецепторов [2-4] с участием системы вторичных мессенджеров. Согласно мнению ряда исследователей, в эту систему регуляции вовлечены гормоны. Показано, что гормональный статус растений меняется в зависимости от селективного света [5-7]. Известно, что цитокинины (ЦК) участвуют в регуляции ското- и фотоморфогенеза, но в отношении участия брассиностероидов (БР) в светорегуляции морфогенеза данных недостаточно [7, 8]. В настоящее время показано, что наиболее активный представитель брассиностероидов - брассинолид - регулирует многие процессы в растении от активности протонного насоса, роста клетки, стебля, дифференциации ксилемы, положения листьев, биосинтеза этилена и пигментов, мужской плодови-14И. Ф. Головацкая, Р. А. Карначуктости и до регуляции фотосинтеза, реакций стресса и фотоморфогенеза [9-12]. В связи с этим целью работы являлось изучение роли брассинолида в регуляции уровня фитогормонов (ауксинов, цитокининов и абсцизинов) в процессе роста растений Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. на ранних этапах онтогенеза на зеленом свету.Объект и методики исследованияОбъектами исследования служили растения двух линий Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. экотипа Columbia (Col) и его мутантная форма det2 с нарушенным биосинтезом брассиностероидов [13].Стерильные семена Arabidopsis высевали в чашки Петри на жидкую питательную среду 1А МС [14] с добавлением 1(Г М брассинолида (БЛ). Брасси-ностероиды любезно предоставлены профессором В.А. Хрипачом (Институт биоорганической химии НАН Беларуси, г. Минск). В контроле использовали среду без добавления гормона. Для синхронизации прорастания семена выдерживали в течение 3 сут в темноте при +6°С, затем 3 ч освещали с помощью люминесцентных ламп ЛД-40 (33 Вт/м ) и помещали в темноту, где экспонировали 7 сут в условиях полной темноты или ежедневного кратковременного (60 мин) освещения ЗС (X = 543 нм, плотность потока квантов 3,0 мкмоль/(м с)). Длину гипокотилей и площадь семядолей измеряли у ста проростков каждого варианта.Количественное определение ИУК, АБК и цитокининов (зеатина и рибо-зида зеатина - РЗ) проводили с помощью твердофазного иммуноферментного метода [15], используя моноклональные антитела к свободным формам ИУК, АБК и зеатину и антивидовые антитела, меченные пероксидазой («Фармхим-инвест», Россия). Измерение плотности растворов определяли на микрофотометре «Specord М-40» при длине волны 492 нм.Далее на рис. 1, 2 приведены данные в виде средних арифметических со стандартными ошибками.Результаты и обсуждениеМоделью для изучения фотоморфогенеза были выбраны растения араби-допсис мутантной формы, имеющие многие характеристики светового фенотипа при выращивании в темноте [16]. Световой фенотип растущих в темноте мутантных форм det2 проявлялся в коротких и утолщенных гипокотилях, открытых и расширенных семядолях, раскрытых первичных зародышевых листьях. Гипокотиль у таких проростков был короче и толще дикого типа, а семядоли - крупнее, чем Col (рис. 1).Преждевременное прекращение роста осевого органа и развитие семядолей в темноте показывают, что в растениях без видимой необходимости происходит экспрессия генов, обычно регулируемых светом. Кроме того, нарушается метаболизм БР, т.к. нарушены реакции преобразования Н-кампестерола в Н-кампестанол. Растения формы det2 накапливают только 8-15% уровня кам-пестанола и меньше 10% других брассиностероидов по сравнению с растения-Роль брассинолида е регуляции роста и гормонального баланса\ 5ми дикого типа. Такие фенотипические и метаболические различия между мутантным det2 и диким типами арабидопсис позволяют предполагать важную роль DET2 в развитии этих растений.Данные, представленные на рис. 1, показывают участие БЛ в регуляции морфогенеза линий Col и det2, различающихся по содержанию эндогенных БР, в темноте и на ЗС. Действие 10" М БЛ в темноте было малоэффективно в отношении растяжения семядолей обеих линий. Тогда как растяжение гипо-котилей проростков дефицитного по БР мутанта det2 увеличилось (на 27%), частично восстанавливая этиолированный фенотип гипокотилей исходной линии. Действие экзогенного БЛ на рост корня зависело от уровня эндогенных БР: при их недостатке (detT) растяжение увеличивалось, тогда как при норме (Col) - тормозилось. Аналогичная ростовая реакция растений дикого типа отмечена и другими авторами [17, 18].Темнота (Т)Т+БЛТ+ЗСТ+ЗС+БЛ□ Col Н det2Темнота (Т)Т + БЛТ + ЗСТ + ЗС+БЛ□ Col П det2□ Col H det2Темнота (Т)Т + БЛТ + ЗСТ + ЗС+БЛРис. 1. Влияние брассинолида (БЛ, 1(Г7 М) на морфогенез 7-дневных проростковарабидопсиса в темноте (Т) и при деэтиоляции на зеленом свету(ЗС, 543 нм, 3 мкМквант/(м2с), 60 мин)16И. Ф. Голоеацкая, Р. А. КарначукДеэтиоляция на ЗС низкой интенсивности (543 нм, 3 мкМквант/(м с)) была малоэффективна в отношении ингибирования роста гипокотилей у обеих линий, но существенно увеличила размеры семядолей (на 17 и 25% соответственно у det2 и Col). Из полученных данных видно, что чувствительность ростовых реакций к ЗС у мутантного типа арабидопсис была меньше, чем у дикого типа. Возможно, недостаток БР, выступающих в качестве трансдукто-ров светового сигнала, снижал ответные реакции растений типа det2 на свет.Обработка БЛ (КГ М) повысила ростовой ответ семядолей на действие ЗС. При этом был отмечен аддитивный эффект совместного действия ЗС и экзогенного гормона на рост семядолей дикого типа и синергический эффект- на рост семядолей мутантного типа (см. рис. 1). Последняя ростовая реакция была аналогична реакции, отмеченной нами для линий экотипа Landsberg erecta (Ler) при совместном действии ЗС и другого брассиносте-роида 24-эпибрассинолида (ЭБЛ) [19]. Кроме того, экзогенный БЛ восстанавливал ростовую реакцию корня растений мутантного типа на ЗС до уровня дикого типа.Различия в морфогенезе проростков Col и det2 были обусловлены изменениями их гормонального статуса (рис. 2). В темноте деэтиолированные проростки фенотипа det2 характеризовались повышенным уровнем ЦК (зеатина и РЗ) и связанной ИУК, пониженным уровнем свободной ИУК и обеих форм АБК по сравнению с этиолированными проростками фенотипа Col. Подобную динамику гормонов отмечали для выращенных на свету растений и другие авторы [7]. Результаты анализа гормонального баланса показали, что мутация гена DET2 сопряжена с 7-кратным снижением отношения ИУК свобод-ная/зеатин и 2-кратным увеличением отношения свободных форм ИУК/АБК по сравнению с нормой.Деэтиоляция на ЗС уменьшила содержание обеих форм ИУК в растениях мутантного фенотипа и только свободной формы гормона в проростках дикого типа. Светозависимое снижение активности ауксинов после облучения красным светом показано другими авторами [20, 21]. ЗС повысил уровень зеатина у дикого типа за счет высвобождения из связанных форм, а у мутантного типа снизил уровень обеих форм ЦК. В деэтиолированных проростках обеих линий уменьшилось содержание свободной и связанной АБК по сравнению с этиолированными проросткамиОбработка 10" М БЛ проростков мутантного фенотипа в темноте по уровню ИУК и ЦК частично напоминала их деэтиоляцию на ЗС. Оба фактора, гормон и свет, действующие по отдельности, устанавливали одинаковый уровень ингибитора роста АБК у обеих линий растений.Совместное действие факторов (БЛ+ЗС) на проростки арабидопсиса снизило уровень РЗ у обеих линий и синергически увеличило уровень свободной АБК в проростках мутантного типа (рис. 2), что показано нами ранее для her при действии ЭБЛ на ЗС [19]. Регуляция БЛ гормонального баланса арабидопсиса, вероятно, зависела от светорегулируемого изменения уровня эндогенных гормонов, в том числе и БР [22, 23].Темнота (Т)Т + БЛП ИУК свободная Н ИУК связанная■iikJjТемнота (Т)Т + БЛТ + ЗСТ + ЗС + БЛ200150100500□ ИУК свободная Q ИУК связаннаяЙ1i ri i -*Т + ЗСТ + ЗС + БЛ□ Зеатин И Рибозид зеатина□ Зеатин И Рибозид зеатинаг^ HIк к" 2-Т + ЗСТ + ЗС + БЛОТемнота (Т)Col64 -2 0□ АБК свободная И АБК связаннаяТемнота (Т)Т + БЛТ + ЗСТ + ЗС + БЛ8 -л 6 -2 -0 -1Темнота (Т)1Темнота (Т)_£SL?этТ + ЗСТ + ЗС + БЛП АБК свободная И АБК связаннаяmТ + ЗСТ + ЗС + БЛРис. 2. Влияние брассинолида (БЛ, 10 М) на содержание фитогормонов в 7-дневных проростках арабидопсиса в темноте (Т) и при деэтиоляции на зеленом свету (ЗС, 543 нм, 3 мкМ-квантам2 с), 60 мин)18И. Ф. Голоеацкая, Р. А. КарначукТаким образом, впервые показано, что брассинолид участвует в регуляции морфогенеза на начальных этапах онтогенеза A. thaliana в темноте и при де-этиоляции на зеленом свету. Брассинолид изменяет баланс эндогенных фито-гормонов. Аддитивный или синергический характер совместного действия брассинолида и зеленого света с длиной волны 543 нм на рост семядолей разных линий арабидопсиса проявляется через изменение уровня эндогенных фитогормонов, в том числе и уровня АБК (det2).Полученные данные позволяют предполагать участие брассиностероидов в трансдукции сигнала зеленого света при регуляции фотоморфогенеза растений арабидопсиса.Авторы выражают благодарность М.В. Ефимовой за помощь в проведении ряда экспериментов.Литература

Скачать электронную версию публикации