Влияние гипотермии на содержание белков в тканях растений

Влияние гипотермии на содержание белков в тканях растений

1. Влияние гипотермии на содержание водорастворимых белков в тканях высших растений

Предположение о том, что во время закаливания растений к холоду происходит синтез белков, было впервые высказано Дж. Дойлом и П. Клинчем в 1927 году. Первые доказательства того, что процесс синтеза белка непосредственно участвует в закаливании растения, были получены Г. Симинович. Впоследствии во многих работах сообщалось об изменении содержания нуклеиновых кислот и общего белка во время закаливания растений к холоду. Анализ изменений водо- и солерастворимых белков озимой пшеницы после закаливания и перезимовки показал увеличение содержания водорастворимых белков. В то же время содержание солерастворимых белков снижалось. По этим признакам обнаружены различия между озимой пшеницей сорта Безостая 1 и высокозимостой мутантом этого сорта, полученным под действием нитрозометилмочевины. Аминокислотный анализ изучаемых белков выявил значительные изменения по этому признаку как у исходно формы, так и у мутанта под действием перезимовки. В ряде других работ сообщалось об изменении содержания общего белка во время действия низкой температуры и закаливания. При изучении биосинтеза белка во время низкотемпературно адаптации озимых злаков в связи с их морозостойкостью было установлено, что у озимой пшеницы, озимой ржи и ячменя при снижении температуры с 18⁰ С до 2⁰ С в первые – третьи сутки адаптации происходит снижение уровня синтеза белка, но на пятые – седьмые сутки синтез белка возрастает, при этом 10–15% обще массы растительного белка составляют вновь синтезированные белки, не присутствовавшие в контрольных растениях.

Во время перезимовки растений озимой пшеницы происходят значительные изменения в содержании белков в тканях корня и узлов кущения: наблюдается гидролиз белков в корнях и перемещение свободных аминокислот в узлы кущения, причем если осенью с понижением температуры количество растворимых белков в корнях уменьшается, то к весне оно увеличивается. Накопление белков за счет более слабого по сравнению с ростом замедления скорости белкового синтеза отмечалось в клетках корня кукурузы под влиянием пониженной температуры.

Применение электрофореза для разделения растительных белков позволило получить новую информацию о влиянии гипотермии на состав белков растений. Резкое снижение температуры вызывает заметные изменения в электрофоретическом спектре легкорастворимых белков. В частности, у озимой пшеницы в период перезимовки обнаружены значительные изменения в составе белков, выделенных из узлов кущения. В процессе закаливания образование белков, судя по количеству полос в электрофоретическом спектре, нарастало, а в осенне-зимний период уменьшалось. Была отмечена сортовая специфика в отношении этого признака. В частности, морозоустойчивый сорт озимой пшеницы отличался от морозочувствительного сорта большим числом полос в электрофоретическом спектре.

Появление новых полос в спектре белков под действием гипотермии и в процессе закаливания растений к холоду отмечается многими исследователями. В частности, в ходе процесса адаптации озимой пшеницы к низким отрицательным температурам отмечалось появление в электрофоретическом спектре белков с молекулярными массами 24 и 85 кДа, а также в дополнение к ним 67 и 74 кДа. При изучении полипептидного состава белков узла кущения озимой пшеницы в процессе зимовки было обнаружено изменение содержания глобулинов с молекулярными массами 23 и 48 кДа. Закаливание озимой пшеницы приводит и к изменениям в составе белков надземных органов, при этом наблюдается новообразование четко выраженных полос в электрофоретическом спектре в зонах высоко- и низкоподвижных белков. Авторы, учитывая, что значительная часть белков обладает ферментативными свойствами, предполагают появление ферментов, которые обнаруживаются только при холодовом воздействии на озимую пшеницу.

При исследовании белков, синтез которых коррелирует с возрастанием холодоустойчивости клеточных культур BromusinermisLeyss. cv. Manchar было отмечено усиление синтеза белков с молекулярными массами 25, 165, 190 и 200 кДа.

Одним из наиболее изученных к настоящему времени семейств белков, содержание которых в растении коррелирует с холодоустойчивостью, являются дегидрины. Данное семейство белков имеет определенные, характерные для этого семейства последовательности аминокислот, что позволяет достаточно легко и уверенно идентифицировать его членов как на уровне транскриптов, так и на уровне индивидуальных белков. В связи с этим члены данного семейства в настоящее время интенсивно изучаются.

Значительные изменения под действием холодовой акклиматизации были обнаружены при изучении экспрессии дегидринов у яровых и озимых зерновых культур. Было установлено, что содержание дегидриновых транскриптов возрастает с сентября по ноябрь, причем их содержание у яровых культур возрастает меньше, чем у озимых. При исследовании экспрессии гена дегидрина было обнаружено, что после 14 дне закаливания в контролируемых условиях в значительных количествах обнаруживаются три транскрипта, гибридизующихся с кДНК белка DHN-4. После низкотемпературно закалки растений в полевых условиях к ноябрю в растениях накапливался высоки уровень транскриптов дегидрина, при этом растения развивали очень высокую морозостойкость. Увеличение уровня синтеза дегидрина с молекулярной массой 50 кДа во время холодовой акклиматизации был