Диссертация (1145773), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Так, анализ метаболитных профилей в листьяхпшеницы при действии солевого стресса выявил увеличение в них уровней глюкозы,глюкозы-6-фосфата, фруктозы-6-фосфата, 3- ФГА, ФЭП, которые вовлечены в гликолиз, атакже ряда аминокислот - пролина, валина, лейцина и изолейцина, но снижение фумаровой ияблочной кислот, являющихся метаболитами цикла Кребса, сопряженного с гликолизом, атакже мальтозы, шикимовой и хинной кислот как участников шикиматного пути (Guo et al.,2015).
При этом авторы подчеркивают, что стресс, в том числе, солевой индуцирует53метаболический отклик и адаптивные стратегии. В частности, отмечается, что увеличениеуровня пролина, играющего важную роль в защите клеточных мембран и белков и какгасителя АФК, может быть связано с его ролью совместимого осмотика в цитозоле длябалансирования осмотического потенциала вакуоли, а одновременно отмеченное снижениеуровня глутамина и GABA может указывать на промотирование солевым стрессом конверсииглутамина в пролин (Rodziewicz et al., 2014).
Увеличение пула сахаров в ответ на действиеNaCl могло быть связано как с деградацией полисахаридов, так и с усилениемглюконеогенеза, связанного с работой глиоксилатного цикла (Wu et al., 2013). В данномслучае приоритет отдается глюконеогенезу, и подчеркивается, что это результат активнойметаболической регуляции. В отличие от листьев, цикл ДТК и аккумуляция органическихкислот в корнях увеличивались, т.е. эффект стрессового фактора на метаболитные профили влистьях и корнях могут различаться.
Усиление протекторной роли пролина отмечается пристрессах разного генезиса, при этом, однако, отмечено, что у чувствительного к засухегенотипов картофеля пролин аккумулируется сильнее, чем у устойчивого, а при солевомстрессе аналогичная зависимость прослеживается в отношении пролина и GABA у ячменя(Rodziewicz et al., 2014).Метаболический отклик растений на действие тяжелых металлов исследовался внескольких работах в основном для свинца и кадмия. Так, на растениях томата при действииCd отмечены изменения впервичных метаболитах, особенно аккумуляция амино- иорганических кислот, вовлеченных в клеточную компартментацию и детоксификациюкадмия (Zoghlami et al., 2011).
При длительном 90-дневном культивировании растений томатав гидропонной культуре с внесением Cd в концентрациях 20 и 100 мкМ (Hediji et al., 2010)авторы квантифицировали в листьях 28 метаболитов, среди которых пролин и общийаскорбат снижались в листьях Cd-обработанных растений, а аспарагин и тирозин, наоборот,накапливались, особенно на фоне 100мкМ Cd. В последнем случае также снижалосьсодержание каротиноидов и хлорофилла, что позволило авторам сделать заключение обакклимации растений томата при длительном действии низкой (20мкМ) концентрации Cd инарушениях физиологических процессов и метаболизма в случае 100 мкМ Cd.Метаболический отклик растений A.thaliana на внесение в раствор Cd в концентрациях5 и 50 мкМ при 2 недельном экспонировании был охарактеризован в работе (Sun et al., 2009)с использованием GC-MS на основе идентификации более 80 метаболитов.
Под влиянием Cdстресса изменялись уровни углеводов, органических и аминокислот и других метаболитов.54Особенно подчеркивается повышение уровней аланина, пролина, серина, путресцина,сахарозы и других совместимых растворимых метаболитов, таких как глицерол, раффиноза,трегалоза, а также ряда антиоксидантов (α - токоферол, изофлавон и др.).
Уровни такихуглеводов, как сахароза, глюкоза, рафиноза, фруктоза и мальтоза увеличивались также приводном стрессе, что, прежде всего, связывают с гидролизом крахмала, а мио-инозитола снижались (Rodziewicz et al., 2014). В работе (Keunen et al., 2010) отклик на сублетальныеконцентрации Cd (5 и 10 мкМ) исследовали в корнях и листьях A.thaliana при 24 и 72 часахэкспозиции.Показаныопределенныеразличиявоткликах,наблюдаемыхприкратковременной и более длительной экспозициях с Cd. Так, после 24 часов уровни сахаров(сахароза, глюкоза, фруктоза), пирувата и кислот цикла ДТК заметно снижались в корняхарабидопсиса, но увеличивались в листьях, а уровни большинства аминокислотувеличивались в обоих органах. Поскольку корни являются первым сайтом контакта с Cd,можно говорить об активации защитных механизмов, усиления путей гликолиза и активностицикла ДТК для обеспечения энергии и углеродных скелетов (в частности, 2-оксоглутарат) длясинтеза аминокислот и белков.
Увеличение (а не снижение) содержания сахаров и ДТКкислот в листьях после 24 часов стресса авторы объясняют прямой и сильной аккумуляциеймальтозы, которая рассматривается как главный продукт ночного пути деградации крахмалав листьях арабидопсиса. Полагают, что листья в присутствии Cd в основном утилизируютсвои резервы крахмала для получения энергии для защиты от стресса.
Через 72 часа Cdвоздействия уровни сахарозы и цитрата в корнях восстанавливаются, т.е. происходитснабжение корней энергией со стороны листа. Отмечается, что такие связанные со стрессомметаболиты, как раффиноза и трегалоза, ведут себя по-разному в корнях и листьях: их уровнивозрастают в корнях при 10мкМ Cd и 72 часах воздействия, но в листьях трегалозаснижается, а рафиноза возрастает, особенно в конце экспозиции. Полагают, что наблюдаемоеснижение трегалозы в листьях указывает на увеличение сахарозы для поддержания дыхания,что можно предположить на основании повышения содержания интермедиатов цикла Кребса.Сахароза под лействием Cd также может экспортироваться в акцепторные органы, на чтоуказывает ее увеличение в корнях через 72 часа после 24 ч падения.
Серьезные различияметаболитных профилей в листьях и корнях при действии Cd наблюдались в отношенииметаболитов цикла ДТК: органические кислоты снижались в корнях, но увеличивадись влистьях при 24ч и 72ч экспозициях, т.е. имеют место дифференцированные ответы на Cd намитохондриальном уровне, указывая на изменение спроса или предложения на углеродные55скелеты, восстановительные эквиваленты и АТФ в этих тканях при Cd экспонировании.Более того, растения обеспечены альтернативным путем электронного транспорта за счетальтернативного пути дыхания, что может быть важным в условиях Cd стресса, когданеобходимы перестройки метаболизма для поддержания метаболического гомеостаза ипродукции стресс - сглаживающих компонентов.Отмечается, что в метаболических ответах на стресс имеют место заметные различия вразных органах растений (листья и корни), а также в зависимости от таксона, сорта истрессоустойчивости растений (Kralova et al., 2012; Xie et al., 2014).
Например, в ответныхреакциях растений Brassica juncea на 25 и 100мкМ Cd важную роль играют компоненты Sметаболизма, и в меньшей степени - гликолиза, циклов Кальвина и Кребса (D’Alessando et al.,2013). При этом авторы не наблюдали существенного увеличения содержания кислот циклаКребса - цитрата, фумарата и малата- в листьях горчицы, которые, согласно другимисследованиям, участвуют в транспорте металлов в побег, что они связали с недоступностьюкомплексов кислот с металлами для использованного аналитического подхода. С другойстороны, несмотря на рост аккумуляции гликолитических интермедиатов (гексозофосфатов иФЭП) пропорционально концентрации Cd, роста уровня АТФ, как и лактата, не происходило,а уровень ПВК снижался, что, возможно, определялось переключением с гликолиза напентозофосфатный путь.Метаболические ответы на Cd могут быть связаны с различиями в Cd устойчивостирастений.
Опыты, выполненные на растениях бермудской травы Cynodon dactylon L. ,естественно произрастающих на загрязненных Cd почвах, показали определенные различия вметаболитных профилях более устойчивых и менее устойчивых генотипов этого растения(Xie et al., 2014). Так,7 аминокислот (глицин, пролин, норвалин, серин, треонин,глутаминовая и гулоновая кислоты), 4 органических кислоты (лимонная, яблочная,глицериновая и оксоглутаровая), и 3 сахара (ксилулоза, галактоза, талоза) накапливалисьбольше в Cd устойчивом генотипе, хотя по сравнению с контролем в чувствительномгенотипе накапливалось больше сахаров, чем в устойчивом, при воздействии Cd. При этом врастениях обнаружены заметные количества щавелевой кислоты, которые при действии Cdболее возрастали у устойчивого генотипа, как и цитрат и малат.
Возрастание уровней кислотцикла Кребса в присутствии Cd, особенно у устойчивого генотипа, авторы связывают сповышением митохондриальной активности, генерирующей восстановительные агенты иАТФ, а также углеродные скелеты для биосинтеза аминокислот, и в итоге - с56металлоустойчивостью растений. Сходный результат был получен и в отношении действияZn, инициирующего высокие уровни малата в побегах растений A. halleri. Подчеркивается,что наблюдаемые быстро активируемые механизмы ограничивают повреждающее действиеCd на листья, обеспечивая участие органических кислот в хелатировании ионов металлов(Xie et al., 2014).Согласно (Kieffer et al., 2008) накопление различных сахаров - фруктозы, глюкозы,галактозы, сахарозы - может быть одним из эффектов кадмия, провоцирующих торможениероста.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
