Специфические и неспецифические изменения содержания липидов плазмалеммы при разных видах абиотического стресса

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проводили сравнение изменений липидного профиля плазмалеммы после воздействия разных абиотических стрессов (гиперосмотический, гипоосмотический и окислительный). Изменения в составе мембранных липидов при разных видах стресса имели свои отличительные особенности. Ряд изменений в составе липидов плазмалеммы был одинаковым при всех изучаемых стрессовых воздействиях и может быть отнесен к неспецифическим. К таким липидам можно отнести фосфатидилэтаноламины (ФЭ), фосфатидилглицерины, моногалактозилдиацилглицериды (МГДГ), пентодекановую жирную кислоту, холестерин, кампестерин и стигмастерин. Их содержание в плазмалемме уменьшалось при всех стрессах. Содержание дигалалактозилдиацилглицеридов (ДГДГ), отношения ДГДГ/МГДГ, арахиновой жирной кислоты и β-ситостерина увеличивалось при всех стрессах. Тогда как у ряда липидов содержание при одних стрессах увеличивалось, а при других – уменьшалось. Заметные различия между стрессами были отмечены в содержании сфинголипидов (существенно увеличивалось при гиперосмотическом стрессе и снижалось при гипоосмотическом и окислительном), стеринов (увеличивалось при гипоосмотическом стрессе и снижалось при гиперосмотическом), эфиров стеринов (увеличивалось только при окислительном стрессе). Изменения в составе этих липидов могут быть отнесены к специфическим. Также к специфическим можно отнести изменения в содержании фосфатидной кислоты, фосфатидилсеринов, фосфатидилинозитов, фосфатидилхолинов (ФХ), в отношении ФХ/ФЭ, в содержании большинства жирных кислот и ряде других параметров. Проведенное исследование показало разный характер изменений в содержании мембранных липидов при различных абиотических стрессах, что может способствовать лучшему пониманию адаптационных механизмов и разработке новых стратегий для повышения устойчивости растений.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. В. Озолина

Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ozol@sifibr.irk.ru
Россия, 664033, Иркутск

И. С. Капустина

Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Email: ozol@sifibr.irk.ru
Россия, 664033, Иркутск

В. В. Гурина

Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Email: ozol@sifibr.irk.ru
Россия, 664033, Иркутск

Е. В. Спиридонова

Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Email: ozol@sifibr.irk.ru
Россия, 664033, Иркутск

В. Н. Нурминский

Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН

Email: ozol@sifibr.irk.ru
Россия, 664033, Иркутск

Список литературы

  1. Chaudhry S., Sidhu G. 2022. Climate change regulated abiotic stress mechanisms in plants: A comprehensive review. Plant Cell Rep. 41 (1), 1–31. https://doi.org/10.1007/s00299-021-02759-5
  2. Liu X., Ma D., Zhang Z., Wang S., Dua S., Deng X., Yin L. 2019. Plant lipid remodeling in response to abiotic stresses. Environ. Exp. Bot. 165, 174–184. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2019.06.005
  3. Su K., Bremer D.J., Jeannotte R., Welti R., Yang C. 2009. Membrane lipid composition and heat tolerance in cool-season turfgrasses, including a hybrid bluegrass. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 134, 511–520. https://doi.org/10.21273/JASHS.134.5.511
  4. Narayanan S., Tamura P.J., Roth M.R., Vara Prasad P.V., Welti R. 2015. Wheat leaf lipid composition during heat stress: I. High day and night temperatures result in major lipid alterations. Plant Cell Environ. 39 (4), 787–803. https://doi.org/10.1111/pce.12649
  5. Чудинова Л.А., Орлова Н.В. 2006. Физиолоия устойчивости растений: учебное пособие. Пермь: Изд-во Перм. гос. ун-та. 124 с.
  6. Пятыгин С.С. 2008. Стресс у растений: физиологический подход. Журн. общ. биол. 69 (4), 294–298.
  7. Larsson C., Widell S., Kjellbon P. 1987. Preparation of high-purity plasma membranes. Methods Enzymol. 14, 558–568. https://doi.org/10.1016/0076-6879(87)48054-3
  8. Ozolina N.V., Kapustina I.S., Gurina V.V., Bobkova V.A., Nurminsky V.N. 2021. Role of plasmalemma microdomains (rafts) in protection of the plant cell under osmotic stress. J. Membr. Biol. 254 (4), 429–439. https://doi.org/10.1007/s00232-021-00194-x
  9. Ozolina N.V., Gurina V.V., Nesterkina I.S., Nurminsky V.N. 2020. Variations in the content of tonoplast lipids under abiotic stress. Planta. 251, 107. https://doi.org/10.1007/s00425-020-03399-x
  10. Folch J., Lees M., Sloane Stanley G.H. 1957. A simple method for the isolation and purification of total lipids from animal tissues. J. Biol. Chem. 226, 497–509. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(18)64849-5
  11. Ozolina N.V., Kapustina I.S., Gurina V.V., Spiridonova E.V., Nurminsky V.N. 2024. Influence of oxidative stress upon the lipid composition of raft structures of the vacuolar membrane. Rus. J. Plant Phys. 71, 29. https://doi.org/10.1134/S102144372460449X
  12. Jouhet J. 2013. Importance of the hexagonal lipid phase in biological membrane organization. Front. Plant Sci. 4, 494. https://doi.org/10.3389/fpls.201300494
  13. Rawata N., Singla-Pareek S.L., Pareek A. 2021. Membrane dynamics during individual and combined abiotic stresses in plants and tools to study the same. Physiol. Plant. 171, 653–676. https://doi.org/10.1111/ppl.13217
  14. Wang X. 2004. Lipid signaling. Curr. Opin. Plant Biol. 7, 329–336. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2004.03.012
  15. Wu J, Seliskar D.M., Gallagher J.L. 2005. The response of plasma membrane lipid composition in callus of the halophyte Spartina patens (Poaceae) to salinity stress. Am. J. Bot. 92, 852–858. https://doi.org/10.3732/ajb.92.5.852
  16. Yeagle P.L. 1989. Lipid regulation of cell membrane structure and function. FASEB J. 3, 1833–1842.
  17. Attard G.S., Templer R.H., Smith W.S., Hunt A.N., Jackowski S. 2000. Modulation of CTP: Phosphocholine cytidylyltransferase by membrane curvature elastic stress. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 97, 9032–9036.
  18. Latowski D., Akerlund H.E., Strzalka K. 2004. Violaxanthin de-epoxidase, the xanthophylls cycle enzyme, required lipid inverted hexagonal structures for its activity. Biochemistry. 43, 4417–4420.
  19. Vogler O., Casas J., Capo D., Nagy T., Borchert G., Martorell G., Escriba P.V. 2004. The Gbetagamma dimer drives the interaction of heterotrimeric Gi proteins with nonlamellar membrane structures. J. Biol. Chem. 279, 36540–36545.
  20. Tenchov B., Koynova R. 2012. Cubic phases in membrane lipids. Eur. Biophys. J. 41, 841–850.
  21. Almsherqi Z.A., Kohlwein S.D., Deng Y. 2006. Cubic membranes: A legend beyond the Flatland of cell membrane organization. J. Cell Biol. 19, 839–844.
  22. De Kruijff B. 1997. Lipid polimorfism and biomembrane function. Opin. Chem. Biol. 1. 564–569.
  23. Wu S., Hu C., Yang X., Tan Q., Yao S., Zhou Y., Wang X., Sun X. 2020. Molybdenum induces alterations in the glycerolipidome that confer drought tolerance in wheat. J. Exp. Bot. 71 (16), 5074–5086. https://doi.org/10.1093/jxb/eraa215
  24. Okazaki Y., Saito K. 2014. Roles of lipids as signaling molecules and mitigators during stress response in plants. Plant J. 79 (4), 584–596. https://doi.org/10.1111/tpj.12556
  25. Zhou Y., Pan X., Qu H., Underhill S.J. 2014. Low temperature alters plasma membrane lipid composition and ATPase activity of pineapple fruit during blackheart development. J. Bioenerg. Biomembr. 46, 59–69. https://doi.org/10.1007/s10863-013-9538-4
  26. Xue H.-W., Chen X., Mei Y. 2009. Function and regulation of phospholipid signaling in plants. Biochem. J. 421, 145–156. https://doi.org/10.1042/BJ20090300
  27. Berridge M.J., Irvine R.F. 1984. Inositol trisphosphate, a novel second messenger in cellular signal transduction. Nature. 312 (5992), 315.
  28. Omoto E., Iwasaki Y., Miyaki H., Taniguchi M. 2016. Salinity induces membrane structure and lipid changes in maize mesophyll and bundle sheath chloroplasts. Physiol. Plant. 157 (1), 13–23. https://doi.org/10.1111/ppl.12404
  29. Валитова Ю.Н., Сулкарнаева Ф.Г., Минибаева Ф.В. 2016. Растительные стерины: многообразие, биосинтез, физиологические функции. Биохимия. 81 (8), 1050–1068. https://doi.org/10.1134/S0006297916080046
  30. Kumar M.S., Ali K., Dahuia A., Tyagi A. 2015. Role of phytosterols in drought stress tolerance in rice. Plant Phys. Biochem. 96, 83–89.
  31. Los D.A., Mironov K.S., Allakhverdiev S.I. 2013. Regulatory role of membrane fluidity in gene expression and physiological functions. Photosynth. Res. 343, 489–509.
  32. Hidayathulla S., Shahat A.A., Ahamad S.R., Moqbil A.N., Alsaid M.S., Divakar D.D. 2018. GC/MS analysis and characterization of 2-hexadecen-1-ol and beta sitosterol from Schimpera Arabica extract for its bioactive potential as antioxidant and antimicrobial. J. Appl. Microbiol. 124,1082–1091. https://doi.org/10.1111/jam.13704
  33. Жигачева И.В., Бурлакова Е.Б., Мишарина Т.А., Теренина М.Б., Крикунова Н.И., Генерозова И.П., Шугаев А.Г., Фаттахов С.Г. 2013. Жирнокислотный состав липидов мембран и энергетика митохондрий проростков гороха в условиях дефицита воды. Физиол. раст. 60 (2), 205–213. https://doi.org/10.1134/S1607672911020104
  34. Badea C., Basu S.K. 2009. Effect of low temperature on metabolism of membrane lipids in plants and associated gene expression. Plant OMICS. 2 (2), 78–84. https://www.pomics.com/Saikat_2_2_2009_78_84.pdf
  35. Gigon A., Matos A.-R., Laffray D., Zuily-Fodil Y., Pham-Thi A.-T. 2004. Effect of drought on lipid metabolism in the leaves of Arabidopsis thaliana (Ecotype Columbia). Ann. Bot. 94 (3), 345–351. https://doi.org/10.1093/aob/mch150

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Количественное содержание основных классов липидов плазмалеммы из контрольных корнеплодов и корнеплодов, подвергнутых абиотическим видам стресса, %. Данные получены методом денситометрии ТСХ; n = 5; * – наличие значимых различий, значимость различий рассчитана с помощью H-критерия Краскела–Уоллиса, последующее множественное сравнение медиан проводили по методу Стьюдента–Ньюмена–Кеулса. Различия между экспериментальными данными считали статистически значимыми при р < 0.05. ДГДГ – дигалактозилдиацилглицериды; МГДГ – моногалактозилдиацилглицериды; ПМ – плазмалемма; СФ – сфинголипиды; ФГ – фосфатидилглицерины; ФИ – фосфатидилинозитолы; ФК – фосфатидная кислота; ФС – фосфатидилсерины; ФХ – фосфатидилхолины; ФЭ – фосфатидилэтаноламины.

Скачать (489KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Количественное содержание основных классов стеринов плазмалеммы из контрольных корнеплодов и корнеплодов, подвергнутых абиотическим видам стресса, вес. %. Данные получены методом ГХ-МС; n = 5; Me, * – наличие значимых различий, значимость различий рассчитана с помощью H-критерия Краскела–Уоллиса, последующее множественное сравнение медиан проводили по методу Стьюдента–Ньюмена–Кеулса. Различия между экспериментальными данными считали статистически значимыми при р < 0.05.

Скачать (264KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изменения в индексе двойных связей (ИДС), сумме насыщенных (Σ НЖК) и ненасыщенных жирных кислот (ΣННЖК) и их отношении при разных видах абиотического стресса (ΣННЖК/ΣНЖК).

Скачать (210KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025