Zmiana ekspresji genu mitochondrialnej manganowej dysmutazy ponadtlenkowej (MnSOD) w zbożach pod wpływem miedzi i manganu


Abstrakt

Spośród wielu różnych działań cytotoksycznych metali ciężkich w komórkach roślinnych jedno z najważniejszych wiąże się z wytwarzaniem reaktywnych form tlenu (ROS). Mechanizm obrony komórek roślinnych przed ROS i wolnymi rodnikami ma kompleksowy charakter. Celem prezentowanej pracy jest charakterystyka zmian w poziomie transkryptów genu mitochondrialnej manganowej dysmutazy ponadtlenkowej (MnSOD), które wystąpiły w siewkach pszenicy zwyczajnej (Triticum aestivum L.) i jęczmienia zwyczajnego (Hordeum vulgare L.) podczas traktowania ich miedzią i manganem. W badanym materiale w większości przypadków obserwowano obniżenie ekspresji genu MnSOD w wyniku stresu oksydacyjnego wywołanego nadmiarem miedzi. Z kolei traktowanie siewek nadmiarem manganu powodowało zróżnicowaną reakcję, co wskazuje na dużą rolę tła genetycznego badanych odmian w odpowiedzi na wywołane warunki stresowe.


Słowa kluczowe

metale ciężkie; manganowa dysmutaza ponadtlenkowa (MnSOD); Triticum aestivum L.; Hordeum vulgare L.

Aust S.D., Marehouse C.E., Thomas C.E., 1985. Role of metals in oxygen radical reactions. J. Free Radi. Biol. Med. 1, 3–25.
Baek K.H., Skinner D.Z., 2003. Alteration of antioxidant enzyme gene expression during cold acclimation of near-isogenic wheat lines. Plant Sci. 165, 1221–1227. https://doi.org/10.1016/S0168-9452(03)00329-7
Bhattacharjee S., 2005. Reactive oxygen species and oxidative burst: Roles in stress, senescence and signal transduction in plants. Curr. Sci. India 89(7), 1113–1121.
Burton R.A., Shirley N.J., King B.J., Harvey A.J., Fincher G.B., 2004. The CesA gene family of barley. Quantitative analysis of transcripts reveals two groups of co-expressed genes. Plant Physiol., 134, 224–236. https://doi.org/10.1104/pp.103.032904
Chakraborty U., Pradhan B., 2012. Drought stress–induced oxidative stress and antioxidative re-sponses in four wheat (Triticum aestivum L.) varieties. Arch. Agron. Soil Sci. 58(6), 617–630. https://doi.org/10.1080/03650340.2010.533660
Demirevska-Kepova K., Simova-Stoilova L., Stoyanova Z., Hölzer R., Feller U., 2004. Biochemical changes in barley plants after excessive supply of copper and manganese. Environ. Exp. Bot. 52, 253–266. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2004.02.004
Garnier L., Simon-Plas F., Thuleau P., Agnel J.P., Blein J.P., Ranjeva R., Montillet J.L., 2006. Cadmium affects tobacco cells by a series of three waves of reactive oxygen species that contribute to cytotoxicity. Plant Cell Environ. 29, 1956–1969. https://doi.org/10.1111/j.1365–3040.2006.01571.x
Gill S.S., Anjum N.A., Gill R., Yadav S., Hassanuzzaman M., Fujita M., Mishra P., Sabat S.C., Tuteja N., 2015. Superoxide dismutase – mentor of abiotic stress tolerance in crop plants. Environ. Sci. Pollut. Res. 22, 10375–10394. https://doi.org/10.1007/s11356-015-4532-5
Harb A., Awad D., Samarah N., 2015. Gene expression and activity of antioxidant enzymes in barley (Hordeum vulgare L.) under controlled severe drought. J. Plant Interact. 10(1), 109–116. https://doi.org/10.1080/17429145.2015.1033023
Kacienė G., Juknys R., Januškaitienė I., 2017. The role of oxidative stress in spring barley cross-adaptation to different heavy metals Arch. Agron. Soil Sci. 63(8), 1037–1048. https://doi.org/10.1080/03650340.2016.1256474
Karimi J., Mohsenzadeh S., 2017. Expression of some genes in response to cadmium stress in Triticum aestivum. Int. Lett. Nat. Sci. 63, 10–17.
Kobayashi F., Takumi S., Kume S., Ishibashi M., Ohno R., Murai K., Nakamura C., 2005.
Regulation by Vrn-1/Fr-1 chromosomal intervals of CBF-mediated Cor/Lea gene expression and freezing tolerance in common wheat. J. Exp. Bot. 56(413), 887–895. https://doi.org/10.1093/jxb/eri081
Li G., Peng X., Xuan H., Wei L., Yang Y., Guo T., Kang G., 2013. Proteomic analysis of leaves and roots of common wheat (Triticum aestivum L.) under copper-stress conditions, J. Proteome Res. 12(11), 4846–4861. https://doi.org/10.1021/pr4008283
Li X., Ma H., Jia P., Wang J., Jia L., Zhang T., Yang Y., Chen H., Wei X., 2012a. Responses of seedling growth and antioxidant activity to excess iron and copper in Triticum aestivum L. Ecotoxicol. Environ. Saf. 86, 47–53. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2012.09.010
Li H., Luo H., Li D., Hu T., Fu J., 2012b. Antioxidant enzyme activity and gene expression in re-sponse to lead stress in perennial ryegrass. J. Am. Soc. Hortic. Sci. 137(2), 80–85. https://doi.org/10.21273/JASHS.137.2.80
Livak, K.J., Schmittgen T.D., 2001. Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2–ΔΔCT method. Methods 25, 402–408. https://doi.org/10.1006/meth.2001.1262
Luo H., Li H., Zhang X., Fu J., 2011. Antioxidant responses and gene expression in perennial ryegrass (Lolium perenne L.) under cadmium stress. Ecotoxicology 20(4), 770–778. https://doi.org/10.1007/s10646-011-0628-y
Mahmood T., Islam K.R., 2006. Response of rice seedlings to copper toxicity and acidity. J. Plant Nutr. 29, 943–957. https://doi.org/10.1080/01904160600651704
Miller A.F., 2012. Superoxide dismutases: ancient enzymes and new insights. FEBS Lett. 586(5), 585–595. https://doi.org/10.1016/S1360-1385(02)02312-9
Mittler R., 2002. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends Plant Sci. 7(9), 405–410.
Nagajyoti P.C., Lee K.D., Sreekanth T.V.M., 2010. Heavy metals, occurrence and toxicity for plants: a review. Environ. Chem. Lett. 8(3), 199–216. https://doi.org/10.1007/s10311-010-0297-8
Olteanu Z., Truta E., Oprica L., Zamfirache M.M., Rosu C.M., Vochita G., 2013. Copper-induced changes in antioxidative response and soluble protein level in Triticum aestivum cv. Beti seed-lings. Rom. Agric. Res. 30, 2012–2190.
Rao A., Ahmad S.D., Sabir S.M., Awan S.I., Shah A.H., Abbas S.R., Chaudhary A., 2013. Potential antioxidant activities improve salt tolerance in ten varieties of wheat (Triticum aestivum L.). Am. J. Plant Sci. 4(6A), 69–76. https://doi.org/10.4236/ajps.2013.46A010
Sgherri C., Quartacci M.F., Navari–Izzo F., 2007. Early production of activated oxygen species in root apoplast of wheat following copper excess. J. Plant Physiol. 164, 1152–1160. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2006.05.020
Sheng H., Zeng J., Yan F., Wang X., Wang Y., Kang H., Zhou Y., 2015. Effect of exogenous salicylic acid on manganese toxicity, mineral nutrients translocation and antioxidative system in Polish wheat (Triticum polonicum L.). Acta Physiol. Plant. 37(2), 32. https://doi.org/10.1007/s11738-015-1783-1
Sheoran S., Thakur V., Narwal S., Turan R., Mamrutha H.M., Singh V., Tiwari V., Sharma I., 2015. Differential activity and expression profile of antioxidant enzymes and physiological changes in wheat (Triticum aestivum L.) under drought. Appl. Biochem. Biotechnol. 177(6), 1282–1298. https://doi.org/10.1007/s12010-015-1813-x
Singh D., Nath K., Sharma Y.K., 2007. Response of wheat seed germination and seedling growth under copper stress. J. Environ. Biol. 28(2), 409–414.
Tamás L., Šimonovičová M., Huttová J., Mistrík I., 2004. Aluminium stimulated hydrogen peroxide production of germinating barley seeds. Environ. Exp. Bot. 51, 281–288. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2003.11.007
Yuan J.S., Reed A., Chen F., Stewart C.N., 2006. Statistical analysis of real-time PCR data. BMC Bioinformatics 7, Article number: 85. https://doi.org/10.1186/1471-2105-7-85

Opublikowane : 2020-07-17


NOWAK, M., LEŚNIOWSKA-NOWAK, J., & SOZONIUK, M. (2020). Zmiana ekspresji genu mitochondrialnej manganowej dysmutazy ponadtlenkowej (MnSOD) w zbożach pod wpływem miedzi i manganu. Agronomy Science, 75(2), 59-71. https://doi.org/10.24326/as.2020.2.5

MICHAŁ NOWAK 
Institute of Plant Genetics, Breeding and Biotechnology, University of Life Sciences in Lublin, Akademicka, 20-950 Lublin, Poland  Polska
https://orcid.org/0000-0002-9166-2530
JUSTYNA LEŚNIOWSKA-NOWAK  justyna.lesniowska@up.lublin.pl
Institute of Plant Genetics, Breeding and Biotechnology, University of Life Sciences in Lublin Akademicka, 20-950 Lublin, Poland  Polska
https://orcid.org/0000-0003-4910-5690
MAGDALENA SOZONIUK 
Institute of Plant Genetics, Breeding and Biotechnology, University of Life Sciences in Lublin, Akademicka, 20-950 Lublin, Poland  Polska
https://orcid.org/0000-0001-7990-8000




Creative Commons License

Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Użycie niekomercyjne – Bez utworów zależnych 4.0 Międzynarodowe.

Artykuły są udostępniane na zasadach CC BY-NC-ND 4.0 – uznanie autorstwa, użycie niekomercyjne, bez utworów zależnych.
Przysłanie artykułu do redakcji oznacza, że nie był on opublikowany wcześniej, nie jest rozpatrywany do publikacji w innych wydawnictwach.

Autor podpisuje oświadczenie o oryginalności dzieła i wkładzie poszczególnych osób.