Стериновый состав лишайника Peltigera canina при действии неблагоприятных температур

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В настоящее время особое внимание уделяется исследованию механизмов стрессовой устойчивости организмов-экстремофилов, способных выживать в экстремальных условиях. К таким организмам относятся лишайники, представляющие собой симбиотические ассоциации грибов и водорослей и/или цианобактерий. Высокая стрессовая устойчивость лишайников обусловлена наличием у них широкого спектра биологически активных метаболитов, в том числе стеринов. Известно, что лишайники обладают разнообразным и уникальным стериновым составом, отличающимся от такового у грибов и водорослей. Стерин-опосредованные биохимические механизмы стрессовой устойчивости лишайников изучены недостаточно полно и не систематизированы. Температурный стресс является достаточно привычным для лишайников, часто произрастающих в неблагоприятных условиях. Известно, что сухие талломы лишайников способны выдерживать изменения температур в больших диапазонах, тогда как гидратированные талломы гораздо более чувствительны к действию неблагоприятных температур. В настоящей работе были исследованы стресс-индуцированные изменения дыхательной активности и индекса мембранной стабильности (ИМС), а также стеринового профиля гидратированных талломов лишайника Peltigera canina (L.) Willd. при действии повышенной (+40°С) и пониженной (– 20°С) температур. Было показано, что неблагоприятные температуры вызывали подавление интенсивности дыхания и снижение ИМС талломов лишайника. Хроматомасс-спектрометрический анализ показал наличие у лишайника P. canina эргостерина, дегидроэргостерина, эпистерина, лихестерина и фунгистерина. При действии обоих стрессовых факторов происходило снижение уровня эргостерина и увеличение доли эпистерина. В условиях холодового стресса также увеличивалась доля дегидроэргостерина, доля лихестерина снижалась, а относительное содержание более насыщенного стерина фунгистерина оставалось на контрольном уровне. Можно полагать, что стресс-индуцированные изменения стеринового профиля лишайника при низкотемпературном воздействии создают оптимальный баланс стеринов в мембранах, который обеспечивает условия для разворачивания успешной стратегии, ведущей к адаптации лишайника к действию стрессора.

Об авторах

Ю. Н. Валитова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра
Казанский научный центр Российской академии наук

Email: yulavalitova@mail.ru
Россия, Казань

В. Р. Хабибрахманова

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра
Казанский научный центр Российской академии наук; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Казанский национальный исследовательский технологический университет

Email: yulavalitova@mail.ru
Россия, Казань; Россия, Казань

В. М. Бабаев

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра Казанский научный центр Российской академии наук

Email: yulavalitova@mail.ru
Россия, Казань

В. Л. Уваева

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра
Казанский научный центр Российской академии наук

Email: yulavalitova@mail.ru
Россия, Казань

А. Ф. Хайруллина

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра
Казанский научный центр Российской академии наук

Email: yulavalitova@mail.ru
Россия, Казань

Д. Ф. Рахматуллина

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра
Казанский научный центр Российской академии наук

Email: yulavalitova@mail.ru
Россия, Казань

Е. И. Галеева

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра
Казанский научный центр Российской академии наук

Email: yulavalitova@mail.ru
Россия, Казань

М. А. Свид

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра
Казанский научный центр Российской академии наук

Email: yulavalitova@mail.ru
Россия, Казань

Ф. В. Минибаева

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский институт биохимии и биофизики – обособленное структурное подразделение Федерального исследовательского центра
Казанский научный центр Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: yulavalitova@mail.ru
Россия, Казань

Список литературы

  1. Дьяков Ю.Т. Ботаника. Курс альгологии и микологии. Москва: Изд-во МГУ, 2007. 559 с.
  2. Armstrong R.A. Adaptation of lichens to extreme conditions // Plant Adaptation Strategies Changing Environment / Eds Shukla V., Kumar S., Kumar N. Springer. 2017. P. 1. https://doi.org/10.1007/978-981-10-6744-0_1
  3. Stocker-Wörgötter E. Stress and developmental strategies of lichens // Symbioses and Stress. Cellular Origin, Life in Extreme Habitats and Astrobiology / Eds Seckbach J., Grube M. Springer, Dordrecht. 2010. V. 17. P. 525. https://doi.org/10.1007/978-90-481-9449-0_27
  4. Stanton D.E., Ormond A., Koch N.M., Colesie C. Lichen ecophysiology in a changing climate // Am. J. Bot. 2023. V. 110. E16131. https://doi.org/10.1002/ajb2.16131
  5. Chen K., Wei J.-C. Heat tolerance of the mycobionts and phycobionts from three desert lichens // Mycosystema. 2015. V. 34. P. 1007.
  6. Калугина Ю.В., Никитина И.И. Криобиология. Киев: Наукова думка, 1994. 432 с.
  7. Порядина Л.Н., Прокопьев И.А., Конорева Л.А., Чесноков С.В., Слепцов И.В., Филиппова Г.В., Шашурин М.М. Адаптационные биохимические механизмы, обеспечивающие устойчивость лишайников к экстремальным условиям среды обитания // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. 2018. Т. 26. С. 109. https://doi.org/10.31242/2618-9712-2018-26-4-109-117
  8. Вайнштейн Е.А. Некоторые вопросы физиологии лишайников. I. Дыхание // Ботанический журнал. 1972. Т. 7. С. 832.
  9. Beckett R.P., Minibayeva F.V., Vylegzhanina N.N. Tolpysheva T. High rates of extracellular superoxide production by lichens in the suborder Peltigerineae correlate with indices of high metabolic activity // Plant, Cell Environ. 2003. V. 41. P. 1827.
  10. Семихатова О.А., Чулановская М.В. Манометрические методы изучения дыхания и фотосинтеза растений. Москва: Наука, 1965. 168 с.
  11. Sundberg B., Ekblad A., Näsholm T., Palmqvist K. Lichen respiration in relation to active time, temperature, nitrogen and ergosterol concentrations // Funct. Ecol. 2002. V. 13. P. 119. https://doi.org/10.1046/j.1365-2435.1999.00295.x
  12. Гришенкова Н.Н., Лукаткин А.С. Определение устойчивости растительных тканей к абиотическим стрессам с использованием кондуктометрического метода // Поволжский экологический журнал. 2005. № 1. С. 3.
  13. Bligh E.C., Dyer W.J. A rapid method of total lipid extraction and purification // Can J. Biochem. Physiol. 1959. V. 37. P. 911.
  14. ОФС 1.2.1.0010.15. Потеря в массе при высушивании. Государственная фармакопея Российской Федерации. XIII изд. Т. 1.
  15. Safe S., Safe L.M., Maass W.S.G. Sterols of three lichen species: Lobaria pulmonaria, Lobaria scrobiculata and Usnea longissima // Phytochemistry. 1975. V. 14. P. 1821.
  16. Solberg Y. Chemical constituents of the lichens Cetraria delisei, Lobaria pulmonaria, Stereocaulon tomentosum and Usnea hirtal // J. Hattori Bot. Lab. 1987. V. 63. P. 357.
  17. Горбач Н.В. Лишайники Белоруссии. Определитель. Минск: Наука и техника, 1973. 77 с.
  18. Sundberg B., Palmqvist K., Esseen P.-A., Renhorn K.-E. Growth and vitality of epiphytic lichens. II. Modelling of carbon gain using field and laboratory data // Oecologia. 1997. V. 13. P. 10.
  19. Ahmadjian V. The lichen symbiosis. Chichester: John Wiley & Sons. New York, 1993. 250 p.
  20. Nash T.H. Photosynthesis, respiration, productivity and growth. Lichen Biology. Cambridge: Cambridge University Press, 1996. 88 p.
  21. Smyth E.S. A Contribution to the physiology and ecology of Peltigera canina and P. polydactyla // Ann. Bot. 1934. V. 48. P. 781.
  22. Mulgrew A., Williams P. Biomonitoring of air quality using plants. Air Hygiene Report 10. London: Kings College, 2000. 171 p.
  23. Garty J., Tomer S., Levin T., Lehr H. Lichens as biomonitors around a coal-fired power station in Israel // Environ. Res. 2003. V. 91. P. 186. https://doi.org/10.1016/s0013-9351(02)00057-9
  24. Marques A.P., Maria C.F., Hubert T.W., Steinebach O.M., Verburg T., De Goeij J.J. Cell-membrane damage and element leaching in transplanted Parmelia sulcata lichen related to ambient SO2, temperature, and precipitation // Environ. Sci. Technol. 2005. V. 39. P. 2624. https://doi.org/10.1021/es0498888
  25. Гималов Ф.Р. Восприятие растениями холодового сигнала, или как устроен растительный “термометр” // Известия Уфимского научного центра РАН. 2018. С. 19. https://doi.org/10.31040/2222-8349-2018-0-2-19-24
  26. Los D.A., Mironov K.S., Allakhverdiev S.I. Regulatory role of membrane fluidity in gene expression and physiological functions // Photosynth. Res. 2013. V. 116. P. 489.
  27. Sangwan V., Orvar B.J., Beyerly J., Hirt H., Dhindsa R.S. Opposite changes in membrane fluidity mimic cold and heat stress activation of distinct plant MAP kinase pathways //The Plant Journal. 2002. V. 31. P. 629.
  28. Saidi Y., Peter M., Finka A., Cicekli C., Vigh L., Goloubinoff P. Membrane lipid composition affects plant heaty sebsing and modulates Ca+-dependent heat shock response // Plant Signaling behav. 2010. V. 5. P. 1530.
  29. Rawat N., Singla-Pareek S.L., Pareek A. Membrane dynamics during individual and combined abiotic stresses in plants and tools to study the same // Physiol. Plant. 2021. V. 171. P. 653. https://doi.org/10.1111/ppl.13217
  30. Renne M.F., IPM de Kroon A. The role of phospholipid molecular species in determining the physical properties of yeast membranes // FEBS Lett. 2018. V. 8. P. 1330.
  31. Suzuki I., Los D.A., Kanesaki Y., Mikami K., Murata N. The pathway for perception and transduction of low-temperature signals in Synechocystis // EMBO J. 2000. V. 19. P. 1327.
  32. Мысякина И.С., Фунтикова Н.С. Роль стеринов в морфогенетических процессах и диморфизме грибов // Микробиология. 2007. Т. 76. С. 5.
  33. Popov A.M. Comparative study of effects of various sterols and triterpenoids on permeability of model lipid membranes // J. Evol. Biochem. Physiol. 2003. V. 39. P. 314.
  34. Дембицкий В.М., Толстиков Г.А. Природные галогенированные органические соединения. Новосибирск: Изд-во СО РАН, Гео, 2003. 366 с.
  35. Berridge M.J., Irvine R.F. Inositol trisphosphate, a novel second messenger in cellular signal transduction // Nature. 1984. V. 312. P. 315.
  36. Xue H.-W., Chen X., Me Y. Function and regulation of phospholipid signaling in plants // Biochem. J. 2009. V. 421. P. 145.
  37. Su K., Bremer D.J., Jeannotte R. Membrane lipid composition and heat tolerance in cool-season turfgrasses, including a hybrid bluegrass // J. Amer. Soc. Hort. Sci. 2009. V. 134. P. 511.
  38. Ravchaudhuri S., Im Y.J., Hurley J.H., Prinz W.A. Nonvesicular sterol movement from plasma membrane to ER requires oxysterol-binding protein-related proteins and phosphoinositides // J. Cell Biol. 2006. V. 173. P. 107.
  39. Тарчевский И.А. Сигнальные системы клеток растений. М.: Наука, 2002. 294 с.
  40. Fabri J., de Sa N.P., Malavazi I., Del Poeta M. The dynamics and role of sphingolipids in eukaryotic organisms upon thermal adaptation // Prog Lipid Res. 2020. V. 80. P. e101063 https://doi.org/10.1016/j.plipres.2020.101063

Дополнительные файлы


© Ю.Н. Валитова, В.Р. Хабибрахманова, В.М. Бабаев, В.Л. Уваева, А.Ф. Хайруллина, Д.Ф. Рахматуллина, Е.И. Галеева, М.А. Свид, Ф.В. Минибаева, 2023