Динамика активности пероксидазы и ее изоформ в листьях разных сортов яблони

Актуальность. Выявление наиболее устойчивых сортов плодовых культур на определенных территориях произрастания включает различные подходы исследования, в числе которых немалую роль играют физиолого-биохимические показатели. В настоящей работе представлены результаты расчета активности пероксидазы, одного из основных ферментов антиоксидантной системы защиты растений, при естественных изменениях гидротермического режима в летний период, которые были приняты в качестве контрольных условий, и при искусственном воздействии экстремально высоких температур.

Материалы и методы. Изучены три сорта яблони отечественной селекции ‘Фортуна’, ‘Союз’, ‘Прикубанское’ и сорт ‘Лигол’ польского происхождения. В отобранных листьях в течение летнего периода 2018, 2019 г. определяли активность пероксидазы и ее изоферментный состав в контрольных и стрессовых условиях (при искусственном прогреве листьев). Для разделения пероксидаз на изоформы использовали нативный электрофорез на полиакриламидном геле. Оценку интенсивности развития окислительного стресса в листьях проводили по показателю перекисного окисления липидов, а именно по содержанию малонового диальдегида.

Результаты. Установлено, что исследованные показатели характеризуются высокой степенью неоднородности, обусловленной как сортовой спецификой, так и изменчивостью погодных условий. Были выделены изоформы пероксидаз с молекулярной массой от 70 до 60 кДа, отличающиеся максимальным уровнем изменчивости – от одной до четырех изоформ. К двум другим группам отнесли изоформы с молекулярной массой ~130–100 кДа (1–3 изоформы) и ~55 кДа (1 изоформа). Наибольшая активность фермента была выявлена в самый жаркий месяц за исследованный период (июль 2018 г.) у сортов ‘Фортуна’ и ‘Союз’, но в лабораторных условиях наименее восприимчивым к воздействию стрессового фактора оказался триплоидный сорт ‘Союз’.

1. Андреева В.А. Фермент пероксидаза: участие в защитном механизме растений. Москва; 1988.

2. Araujo L., Stadnik M.J. Cultivar-specific and ulvan-induced resistance of apple plants to Glomerella leaf spot are associated with enhanced activity of peroxidases. Acta Scientiarum: Agronomy. 2013;35(3):287-293. DOI: 10.4025/actasciagron.v35i3.16174

3. Barnes M.F. Leaf peroxidase and catechol oxidase polymorphism and the identification of commercial apple varieties. New Zealand Journal of Crop and Horticultural Science. 1993;21(2):207-210. DOI: 10.1080/01140671.1993.9513769

4. Blokhina O., Virolainen E., Ferstedt K.V. Antioxidants, oxidative damage and oxygen deprivation stress: a review. Annals of Botany. 2003;91(2):179-194. DOI: 10.1093/aob/mcf118

5. Bradford M. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry. 1976;72:248-254. DOI: 10.1016/0003-2697(76)90527-3

6. Cosio C., Dunand C. Specific functions of individual class III peroxidase genes. Journal of Experimental Botany. 2009;60(2):391-408. DOI: 10.1093/jxb/ern318

7. Методы биохимического исследования растений / под ред. А.И. Ермакова. Ленинград; 1987.

8. Gao T., Zhang Z., Liu X., Wu Q., Chen Q., Liu Q. et al. Physiological and transcriptome analyses of the effects of exogenous dopamine on drought tolerance in apple. Plant Physiology and Biochemistry. 2020;148:260-272. DOI: 10.1016/j.plaphy.2020.01.022

9. Голышкина Л.В. Электрофорез в полиакриламидном геле белковых систем плодовых культур. В кн.: Селекция и сорторазведение садовых культур. Орел: ВНИИСПК; 2007. С.56-63.

10. Heath R.L., Packer L. Photoperoxidation in isolated chloroplasts. I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Archives of Biochemistry and Biophysics. 1968;125(1):189-198. DOI: 10.1016/0003-9861(68)90654-1

11. Jia D., Jiang Q., van Nocker S., Gong X., Ma F. An apple (Malus domestica) NAC transcription factor enhances drought tolerance in transgenic apple plants. Plant Physiology and Biochemistry. 2019;139:504-512. DOI: 10.1016/j.plaphy.2019.04.011

12. Кривобочек В.Г., Стаценко А.П., Горешник И.Д., Капустин Д.А., Юрова Ю.А. Использование изменчивости пероксидазы в оценке засухоустойчивости яровой пшеницы. Инновационные техники и технологии. 2015;4:34-40.

13. Liu S., Chen S., Chen Ya, Guan Z., Yin D., Chen F. In vitro induced tetraploid of Dendranthema nankingense (Nakai) Tzvel. shows an improved level of abiotic stress tolerance. Scientia Horticulturae. 2011;127(3):411-419. DOI: 10.1016/j.scienta.2010.10.012

14. Ma Y.H., Ma F.W., Zhang J.K., Li M.J., Wang Y.H., Liang D. Effects of high temperature on activities and gene expression of enzymes involved in ascorbate-glutathione cycle in apple leaves. Plant Science. 2008;175(6):761-766. DOI: 10.1016/j.plantsci.2008.07.010

15. Manganaris A.G., Alston F.H. Inheritance and linkage relationships of peroxidase isoenzymes in apple. Theoretical and Applied Genetics. 1992;83(3):392-399. DOI: 10.1007/BF00224288

16. Mei Y., Sun H., Du G., Wang X., Lyu D. Exogenous chlorogenic acid alleviates oxidative stress in apple leaves by enhancing antioxidant capacity. Scientia Horticulturae. 2020;274:109676. DOI: 10.1016/j.scienta.2020.109676

17. Møller I.M., Jensen P.E., Hansson A. Oxidative modifications to cellular components in plants. Annual Review of Plant Biology. 2007;58:459-481. DOI: 10.1146/annurev.arplant.58.032806.103946

18. Petrokas R., Stanys V. Leaf peroxidase isozyme polymorphism of wild apple. Agronomy Research. 2008;6(2):531-541.

19. Prisedsky Y., Kabar A., Lykholat Y., Martynova N., Shupranova L. Activity and isoenzyme composition of peroxidase in the vegetative organs of Japanese quince under steppe zone conditions. Biologija. 2017;63(2):185-192. DOI: 10.6001/biologija.v63i2.3530

20. Раченко М.А., Раченко Е.И., Живетьев М.А., Романова И.М., Граскова И.А. Активность и изоформы пероксидазы в листьях сортов яблони, различающихся по устойчивости к парше. Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2014;5:20-25.

21. Rácz A., Hideg É., Czégény G. Selective responses of class III plant peroxidase isoforms to environmentally relevant UV-B doses. Journal of Plant Physiology. 2018;221:101-106. DOI: 10.1016/j.jplph.2017.12.010

22. Радюкина Н.Л., Иванов Ю.В., Шевякова Н.И. Методы оценки содержания активных форм кислорода, низкомолекулярных антиоксидантов и активностей основных антиоксидантных ферментов. В кн.: Молекулярно-генетические и биохимические методы в современной биологии растений / под ред. Вл.В. Кузнецова, В.В. Кузнецова, Г.А. Романова. Москва; 2012. С. 355-356.

23. Ranieri A., Castagna A., Baldan A., Soldatini G.F. Iron deficiency differently affects peroxidase isoforms in sunflower. Journal of Experimental Botany. 2001;52(354):25-35. DOI: 10.1093/jexbot/52.354.25

24. Ульяновская Е.В.Летние сорта яблони: Союз, Золотое летнее, Фея, Фортуна. Плодоводство и виноградарство Юга России. 2020;65(5):1-18. DOI: 10.30679/2219-5335-2020-5-65-1-18

25. Wei Z., Gao T., Liang B., Zhao Q., Ma F., Li C. Effects of exogenous melatonin on methyl viologen-mediated oxidative stress in apple leaf. International Journal of Molecular Sciences. 2018;19(1):316. DOI: 10.3390/ijms19010316

26. Yamada M., Hidaka T., Fukamachi H. Heat tolerance in leaves of tropical fruit crops as measured by chlorophyll fluorescence. Scientia Horticulturae. 1996;67(1-2):39-48. DOI: 10.1016/S0304-4238(96)00931-4

27. Yanchevskaya T.G., Grits A.N., Kolomiets E.I., Romanovskaya T.V., Yarullina L.G., Ibragimov R.I. et al. Stimulation of cellular mechanisms of anti–virus sta bility of potatoes by the action of the preparation based on Bacillus subtilis bacteria. Applied Biochemistry and Microbiology.·2018;54(3):324-330. DOI: 10.7868/S0555109918030108

28. Zhang F., Xue H., Lu X., Zhang B., Wang F., Ma Y. et al. Autotetraploidization enhances drought stress tolerance in two apple cultivars. Trees. 2015;29:1773-1780. DOI: 10.1007/s00468-015-1258-4

29. Zhu Y., Jia X.,·Wu Y., Hu Y., Cheng L., Zhao T. et al. Quantitative proteomic analysis of Malus halliana exposed to salt-alkali mixed stress reveals alterations in energy metabolism and stress regulation. Plant Growth Regulation. 2020;90(2):205-222. DOI: 10.1007/s10725-019-00563-6