Диссертация (1145773), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Анализ метаболического отклика на действие кадмия и цинка в органах растенийA.cruentusПри исследовании воздействия Zn и Cd на растения A.cruentus, анализ составаметаболитов в пробах из корней и листьев этого растения проводили без разделения листьевна ювенильные и зрелые.Результаты, полученные на основании анализа метаболитных профилей, былиобработаны статистически с использование алгебраической модели, выполненной методомглавных компонент, который позволяет отобразить многомерные данные на 2-х мернойповерхности (см.
раздел «Материалы и методы»). В нашем эксперименте былоаннотитровано 76 метаболитов и создано многомерное пространство из 76 координат, на118котором представлено 9 точек. При этом расположение каждой точки в системе координат напредставленной модели зависело от концентраций всех содержащихся в образцеаннотированных метаболитов. Далее прокладывалась первая главная компонента (PC1) стаким условием, чтобы сумма квадратов расстояний от нее до всех точек была минимальна.Вторая главная компонента (PC2) была отложена перепендикулярно первой с тем жеусловием минимизации расстояний. Таким образом, все данные нашей матрицы, состоящейиз показателей концентраций 684 метаболитов, оказались отображены на 2-мерной плоскостии представлены на Рисунках 54 и 55.На каждой из представленных моделей, созданной для листьев (Рисунок 54) и корней(Рисунок 55), точкираспределились по 3 классам (контроль, кадмий, цинк), чтосвидетельствует о достоверных биохимических различиях между листьями контрольныхрастений и растений, подвергнутых 7 сут воздействию высоких концентраций кадмия ицинка в среде (Рисунок 54), и, соответственно, между корнями контрольных растений икорнями растений, подвергнутых 7 сут воздействию Cd Zn.
(Рисунок 55). Согласно этимданным, оба металла оказали существенный эффект на метаболитные профили листьев икорней A.cruentus. Процент объясненной дисперсии для построенной модели составил влистьях для компоненты 1 (PC1) 41,9%, для компоненты PC2 - 17,02%. В корнях процентобъясненной дисперсии составил соответстсвенно 39,66% для компоненты РС1 и 38,88% длякомпоненты РС2, т.е. общий процент объясненной информации выше для корней. В целомполученные данные свидетельствовали о том, что продолжительное 7 сут воздействиевысоких концентраций Cd и Zn в среде привело к существенным биохимическимперестройкам в листьях и корнях растений A.cruenthus.119ЛистьяРис.54. Распределение экспериментальных точек, соответствующих метаболитным профилямлистьев растений A.cruentus в контроле и при воздействии Cd и Zn, в координатах первой ивторой главных компонент (РС1 и РС2), рассчитанное методом главных компонент.КорниРис.
55. Распределение экспериментальных точек, соответствующих метаболитнымпрофилям корней растений A.cruentus в контроле и при воздействии Cd и Zn, в координатахпервой и второй главных компонент (РС1 и РС2), рассчитанное методом главных компонент.120Результатыхромато-масс-спектрометрическогоанализанизкомолекулярныхметаболитов были также обработаны и визуализированы с помощью построения теплокарт(Рисунки 56 и 57), на которых относительное обилие метаболитов, аннотированных висследуемых пробах, отображено при помощи цвета согласно приведенным шкалам.
Каждаястрока на теплокарте представляет метаболит, а каждая колонка - пробу.Анализ метаболитных профилей листьев A.cruentus показал, что под действием ТМ влистьях амаоанта происходило увеличение содержания ряда аминокислот (Рисунок 56),однако отмеченный эффект во многом носил металлоспецифичный характер.Выявленозаметное увеличение, особенно при действии Cd, содержания в листьях таких аминокислот,как фенилаланин и глицин, а при действии Zn - оксопролина, тогда как уровни валина исерина возросли только в присутствии Zn, но снижались а присутствии Cd. В то же времясодержание таких аминокислот, как аланин, глутамин, лейцин и треонинснижалось влистьях A.cruentus под воздействием обоих металлов.
В отличие от неоднозначной реакции,наблюдаемой в отношении аминокислот, содержания большинства органических кислот влистьях A.cruentus повышались в условиях присутствия металлов в среде, однако болеезначимое их возрастание было отмечено в присутствии Cd. При этом данные,свидетельствующие об очевидном повышенииуровня оксалата на фоне Cd, хорошокоррелируют с данными о формировании кристаллов оксалата кадмия в листьях амаранта.Под воздействием Cd также происходило значительное возрастание уровней кислот циклаКребса, среди которых в наибольшей степени повышался уровень цитрата, а также малата,сукцината, ацетата, фумарата, лактата и малоната. В присутствии Zn указанный эффект былвыражен значительно слабее. В то же время, содержание аконитовой и γ-аминомаслянойкислот в присутствии обоих металлов снижалось.
Существенно, что в присутствии Zn и вменьшей степени Cd, наблюдалось возрастание содержания в листьях большинства сахарови, прежде всего, глюкозы, фруктозы, сахарозы и маннозы, хотя уровень мальтозы, напротив,снижался. Также следует отметить возрастание содержания в листьях ряда вторичныхметаболитов- бензойной, кофейной и линолевой кислот, мио-инозитола и инозитолфосфата, атакже спиртов- рибитола и фитола- в основном в ответ на воздействие кадмия.Анализ метаболитных профилей корней A.cruentus выявил тенденции, во многомпротивоположные наблюдаемым в отношении листьев (Рисунок 57). Так, содержаниемоносахаров -глюкозы, фруктозы, мальтозы снижалось в корнях, прежде всего, вприсутствии цинка, а содержание сахарозы, напротив, снижалось при действии Cd, но121возрастало в присутствии Zn.
Содержание органических кислот в корнях A.cruentus, впротивоположность отмеченному в листьях, также преимущественно снижалось, причемуровни малата, сукцината, фумарата и глицератаснижались под воздействием обоихметаллов, а оксалата, цитрата и малоната - только в присутствии Cd, увеличиваясь в ответ надействие Zn, тогда как содержание лактата, напротив, снижалось только в присутствии Zn, ноне Cd. Также снижался уровень фосфорной кислоты.В отношении аминокислот было установлено снижение содержания таких кислот как ,аланин, валин, глутамин, гамма-аминомасляная при одновременном возрастании уровняглицина.
Следует также отметить увеличение, как и в листьях, содержания бензойной икофейной кислот, а также спиртов - фитола и рибитола - в основном в присутствии Cd, носнижение мио-инозитола.122Рис. 56. Визуализация концентрацийнизкомолекулярных метаболитов (теплокарта),выделенных из листьев A.cruentus.
Control 1-3 – контроль, Zn 1-3 – Zn 300 мкМ, Cd 1-3 – Cd90 мкМ.123Рис. 57. Визуализация концентрацийнизкомолекулярных метаболитов (теплокарта),выделенных из корней A.cruentus. Control 1-3 – контроль, Zn 1-3 – Zn 300 мкМ, Cd 1-3 – Cd90 мкМ.1243.5.2. Анализ метаболического отклика на действие кадмия и цинка в органах растенийA.caudatus.В растениях A.caudatus исследование метаболического отклика на действия Zn и Cdбыло проведено раздельно в корнях, зрелых и ювенильных листьях с целью охарактеризоватьособенности биохимических перестроек, возникающих при действии тяжелых металлов наразных этапах онтогенеза листа.В результате анализа метаболитных профилей, выполненного с использованиемметода газовой хромато-масс-спектрометрии, в пробах, полученных из листьеви корней A.сaudatus, было аннотировано 64 метаболита.
Метаболитные профили были обработаны сиспользованием метода главных компонент. Полученные данные представлены на рисунках58, 59, 60. На каждой из моделей, созданой для молодых листьев (Рисунок 58), зрелыхлистьев (Рисунок 59) и корней (Рисунок 60), точки распределились по 3 классам (контроль,кадмий, цинк), что свидетельствует о достоверных биохимических различиях междуанализируемыми пробами. Согласно этим данным, воздействие Cd и Zn оказалосущественный эффект на метаболитные профили ювенильных и зрелых листьев, а такжекорней A. сaudatus.
Процент объясненной дисперсии для построенной модели составил вювенильных листьях для компоненты 1 (PC1) 46,16%, для компоненты 2 (PC2). -23,9%, взрелых листьях - соответственно 37,47% и 26,86%, а корнях - 65,22% и 25, 29%. Исходя изполученных данных можно говорить о том, что выраженность метаболических откликов навнесение Cd и Zn в среду в ювенильных листьях была несколько выше, чем в зрелых листьях,а наиболее значимые биохимические различия были установлены для корней A. сaudatus.Молодые листья125Рис. 58. Распределение экспериментальных точек, соответствующих метаболитнымпрофилям молодых листьев растений A.caudatus в контроле и при воздействии Cd и Zn, вкоординатах первой и второй главных компонент (РС1 и РС2).Зрелые листьяРис.
59. Распределение экспериментальных точек, соответствующих метаболитнымпрофилям зрелых листьев растений A.caudatus в контроле и при воздействии Cd и Zn, вкоординатах первой и второй главных компонент (РС1 и РС2).126КорниРис. 60. Распределение экспериментальных точек, соответствующих метаболитнымпрофилям корней растений A.caudatus в контроле и при воздействии Cd и Zn, вкоординатах первой и второй главных компонент (РС1 и РС2).Визуализация концентрацийнизкомолекулярных метаболитов, выделенных излистьев и корней A.caudatus, с помощью построения теплокарт позволила выявитьувеличение уровней одних и снижение уровней других метаболитов в органах растенийотносительно контроля в результате продолжительного 7 сут воздействия Zn и Cd.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
