Редокс-статус лесных мхов и его изменение в стрессовых условиях

1.

КИББ ФИЦ КазНЦ РАН
КФУ
Редокс-статус лесных мхов и его изменение в стрессовых условиях
Часов Андрей Васильевич
кандидат биологических наук,
доцент каф. биохимии, биотехнологии и фармакологии КФУ,
старший научный сотрудник лаб. окислительно-восстановительного метаболизма КИББ ФИЦ КазНЦ РАН
Sphagnum magellanicum
Hylocomium splendens
Dicranum scoparium
Pylaisia polyantha
При поддержке РФФИ и Правительства РТ (гранты № 17-44-160142 и 18-44-160031),
РФФИ 18-04-01060, РНФ 18-14-00198

2.

Филогенетическое древо наземных
растений
Флуоресценция хлорофилла a
регидратированных побегов
Hylocomium splendens после 4-х
летнего хранения (от +5° до -20° С)
100
3
80
60
2
40
1
20
(Cosio, Dunand, 2008)
0
0
0
200
400
600
800
Интенсивность излучения, мкмоль фотонов/м 2 с
Нефотохимическое тушение, ед.
Chorisodontium aciphyllum
ожил после 1530-летнего
нахождения в вечной
мерзлоте Антарктиды
Скорость переноса электронов, мкмоль/м2 с
4

3.

Ионообменная хроматография
пероксидазы D. scoparium
Пероксидазная активность S. magellanicum
после кипячения экстракта
после высушивания побегов в
течение суток при 105°С
100
UV mAU
Gradient concentration % B
POX %
80
60
40
20
0
0
4,8
4 4,6 5,1
Активность редокс-ферментов
D. scoparium
Фермент
нкат/г сухой массы
105 °
контроль
9846 ± 876
Каталаза
93,8 ± 18
Фенолоксидаза
2,27 ± 0,04
4
6
8
10 12 14 16 18 20 22 24
ml
10
кДа
263
197
Пероксидаза
pI 3.5
2
2D-электрофорез
частично
очищенной
пероксидазы
D. scoparium

4.

Изоферментный спектр редокс-ферментов
различных мхов в 10 % ПААГ
а
Аскорбатпероксидаза:
а – Dicranum scoparium,
б – Pleurozium schreberi,
в – Pylaisia polyantha.
м – маркеры
б
Схема взаимодействия пероксидазы и АФК
в
D. scoparium:
а – СОД,
б – пероксидаза,
в – супероксидобразующая активность
(Liszkay et al. 2003)
Впервые в дикрануме показано, что одна из изоформ пероксидазы способна к
образованию супероксидного анион-радикала и проявлению СОД-подобной активности.

5.

Медленное обезвоживание над парами CaCl2
и регидратация талломов мха D. scoparium
50
0
0
4
48
96
Время, ч
**
***
3
***
144
2
1
0
80
100
ОСВ, %
90
Активность аскорбатпероксидазы,
нкат/г сухой массы
5
100
ОСВ, %
Активность пероксидазы, мкат/г белка
6
50
70
**
**
0
0
60
48 96 144 192 240 288 336
Время, ч
50
**
*
**
*
40
30
*
20
10
0
0
1/6
1
2
4
24
Время, ч
48 144 168
1
2
0
1
2
24
48
72
96 120 163 187 257 331 0,17 1
Время, ч
• Пероксидаза III класса и аскорбатпероксидаза активируются при обезвоживании мха

6.

80
70
ОСВ, %
100
50
Содержание H2O2
***
60
***
45
**
***
30
***
***
0
0
60
24 48 72
Время, ч
***
50
96
1
2
***
24
Время, ч
Время, ч
***
***
40
30
***
*
20
10
0
0
сухой мох
1
2
гидратация
24
Время, ч
72
DsAPX
***
15
0
0
Экспрессия DsAPX при
обезвоживании над силикагелем
побегов мха D. scoparium
0,5
обезвоживание регидратация
72
0,5
2
Относительный уровень экспрессии
Относительное
содержание воды
90
Активность APX, (нкат/г сухой массы)
Содержание H2O2, (мкм/г сухой массы)
Активность аскорбатпероксидазы при обезвоживании
над силикагелем побегов мха D. scoparium
5
4
***
**
**
3
*
***
2
1
0
2
0
1
2
24
Время, ч
72
0.5
2
Содержание H2O2 в цикле обезвоживания/регидратации
мха коррелирует с активностью APX и экспрессией DsAPX

7.

Изменение экспрессии DsPOD6 изоформы D. scoparium в стрессовых условиях
2
DsPOD3
DsPOD6
2.5
Cotrol
Относительный уровень экспрессии
5
Относительный уровень экспрессии
3.5
CdCl2
3
Paraquat
2.5
2
1.5
1
0.5
1
Относительный уровень экспрессии
+30
2
**
-20
**
*
*
1.5
1
0.5
0
0
DsPOD8
Control
Время, ч
12
1
Время, ч
12
*
1.6
*
1.2
0.8
0.4
0
0
сухой мох
1
2
гидратация
24
Время, ч
72
0.5
2
обезвоживание регидратация
•Показано, что бриофиты, обладают высокой
стрессоустойчивостью. Пероксидазы бриофитов
вовлечены в стрессовые ответы посредством
про- или антиоксидантных активностей.

8.

DsPOD2
Изменение экспрессии DsPOD6 изоформы
D. scoparium
в стрессовых DsPOD3
условиях
DsPOD1
2.5
Control
Относительный уровень экспрессии
Cotrol
CdCl2
3
Paraquat
2.5
2
1.5
1
+30
2
**
-20
**
*
*
1.5
1
DsPOD4
0.5
0.5
DsPOD5
DsPOD6
0
0
1
Относительный уровень экспрессии
Относительный уровень экспрессии
3.5
12
Время, ч
1
*
1.6
*
1.2
DsPOD7
0.8
0.4
0
0
сухой мох
1
2
гидратация
24
Время, ч
72
0.5
2
обезвоживание регидратация
Время, ч
12
•Показано, что бриофиты,
обладают высокой
стрессоустойчивостью.
DsPOD8
•Пероксидазы
бриофитов
вовлечены в стрессовые ответы
посредством про- или
антиоксидантных активностей.

9.

Флуоресценция хлорофилла a в
регидратированных (24 ч при 5° С)
побегах Hylocomium splendens
разного возраста
Тепловая карта генов
D. scoparium разных ярусов
160
Побег этого года
Побег прошлого года
Скорость переноса электронов, мкмоль/м 2 с
140
(Chen et al., 2018)
Photosystem I chlorophyll a/b-binding protein 2
Chlorophyll a-b binding protein 6
Photosystem II 10 kDa polypeptide
Plastocyanin, chloroplastic-like
Lycopene epsilon cyclase, chloroplastic-like
Cytochrome P450
Cytochrome P450
Chlorophyll a-b binding protein
Protochlorophyllide reductase
Chlorophyll a-b binding protein
Cytochrome P450
Cytochrome P450
Catalase
Cytochrome P450 71AV8
Polyphenol oxidase
"Нераскрывшийся" побег следующего года
120
100
80
60
40
20
0
0
100
200
300
400
500
600
700
Интенсивность излучения, мкмоль фотонов/м2 с
800
top
middle
bottom