Сезонные изменения дегидринов в ксилеме и коре Betula pendula Roth при формировании устойчивости к холоду в условиях криолитозоны

На примере центрально-якутской популяции березы повислой (Betula pendula Roth) показано, что в однолетних побегах при подготовке к покою (август, сентябрь) наблюдается накопление ряда суммарных белков, вероятно, ассоциированных с перезимовкой растений в условиях криолитозоны. Их уровень остается стабильно высоким в течение длительной зимы. В период возобновления роста весной содержание этих полипептидов резко снижается. Обнаружен полиморфизм суммарных белков у отдельных экземпляров берез в двух вариабельных областях: 23–27 и 16–18 кДа. Впервые изучен состав и сезонные изменения дегидринов в отдельных тканях – ксилеме и коре березы, где выявлены две группы мажорных низкомолекулярных (17, 18 и 21 кДа) и среднемолекулярных (66 и 69 кДа) дегидринов. Низкомолекулярные дегидрины имели более выраженную сезонную динамику, чем среднемолекулярные. Их содержание было самым высоким во время покоя, когда морозоустойчивость растений достигала максимума. Дегидрины 17, 18 и 21 кДа исчезали во время вегетации. Уровень дегидринов в ксилеме во время покоя был выше, чем в коре, что, вероятно, связано с разными стратегиями криотолерантности этих тканей. Выявленные особенности адаптивных изменений дегидринов, а также суммарных белков центрально-якутской популяции B. pendula указывают на их важную роль в формировании устойчивости к экстремальным условиям криолитозоны.

1. Sakai А., Larcher W. Frost survival of plants. – 1987. – V. 62. – P. 210–213.

2. Quamme H.A., Chen P.M., Gusta L.V. Rela- tionship of deep supercooling and dehydration re- sistance to freezing injury in dormant stem tissues of «Starkrimson Delicious» apple and «Siberian C» peach // J. Amer. Soc. Hort. Sci. – 1982. – V. 107. – P. 299–304.

3. Ashworth E.N., Echlin P., Pearce R.S., Hayes

4. T.L. Ice formation and tissue response in apple twigs // Plant, Cell and Environment. – 1988. –

5. V.11. – P. 703–710.

6. Malone S.R., Ashworth E.N. Freezing stress response in woody tissues observed using low- temperature scanning electron microscopy and freeze substitution techniques // Plant Physiol. – 1991. – V. 95. – P. 871–881.

7. Takata N., Kasuga J., Takezawa D., Arakawa K., Fujikawa S. Gene expression associated with increased supercooling capability in xylem paren- chyma cells of larch (Larix kaempferi) // J. Exp. Bot. – 2007. – V. 58, № 13. – P. 3731–3742.

8. Hara M., Terashima S., Kuboi T. Characteri- zation and cryoprotective activity of cold- responsive dehydrin from Citrus unshiu // J. Plant Physiol. – 2001. – V. 158. – P. 1333–1339.

9. Welling A., Palva E.T. Molecular control of cold acclimation in trees // Physiol. Plant. – 2006. – V. 127. – P. 167–181.

10. Kosova K., Prasil I.T., Vitamvas P. Role of dehydrins in plant stress response // Handbook of plant and crop stress. – CRC Press, Tucson. – 2010. – P. 239–285.

11. Svensson J., Ismail A.M., Palva E.T., Close

12. T.J. Dehydrins // Cell and molecular responses to stress. – Amsterdam, NL: Elsevier Press. – 2002. – V. 8. – P. 155–171.

13. Close T.J. Dehydrins: a commonality in the response of plants to dehydration and low tempera- ture // Physiol. Plant. – 1997. – V. 100. – P. 291–296.

14. Danyluk J., Perron A., Houde M., Limin A., Fowler B., Benhamou N., Sarhan F. Accumulation of an acidic dehydrin in the vicinity of the plasma membrane during cold acclimation of wheat // The Plant. Cell. – 1998. – V. 10. – P. 623–638.

15. Patterson J.L., Duman J.G. The role of the thermal hysteresis factor in Tenebrio molitor larvae // J. Exp. Biol. – 1978. – V. 74. – P. 37–45.

16. Wisniewski M., Webb R., Balsamo R., Close T.J., Yu X.M., Griffith M. Purification, immuno- localization, cryoprotective, and antifreeze activity of PCA60: a dehydrin from peach (Prunus persica) // Physiol. Plant. – 1999. – V. 105. – P. 600–608.

17. Kasuga J., Arakawa K., Fujikawa S. High accumulation of soluble sugars in deep supercool- ing Japanese white birch xylem parenchyma cells // New Phytologist. – 2007. – V. 174. – P. 569–579.

18. Welling A., Moritz T., Palva E.T., Junttila O. Independent activation of cold acclimation by low temperature and short photoperiod in hybrid aspen

19. // Plant Physiol. – 2002. – V. 129. – P. 1633–1641.

20. Уткин А.И. Леса Республики Саха (Яку- тия) – феномен таежного пояса Северной Евра- зии // Хвойные бореальной зоны. – 2006. – Вып.3. – С. 7–14.

21. Пономарев А.Г., Татаринова Т.Д., Перк А.А., Бубякина В.В., Алексеев В.А. Физиолого-биохи- мические характеристики Betula platyphylla в связи с условиями произрастания на многолет- ней мерзлоте // Вестник Московского гос. ун-та леса – Лесной вестник. – 2009. – № 2. – С. 12–16.

22. Бубякина В.В., Татаринова Т.Д., Понома- рев А.Г., Перк А.А., Соломонов Н.Г. Особенно- сти сезонной динамики дегидринов Betula pla- typhylla Sukacz., ассоциированные с формирова- нием морозоустойчивости в условиях криолито- зоны // ДАН. – 2011. – Т.439, № 6. – С. 844–847.

23. Татаринова Т.Д., Пономарев А.Г., Перк А.А., Васильева И.В., Бубякина В.В. Сезонные изме- нения дегидринов почек Betula platyphylla Sukacz., связанных с формированием устойчи- вости к экстремальному климату Якутии // Вестник Санкт-Петербургского гос. ун-та. – Сер. 3. – 2011.– Вып. 4. – С. 107–114.

24. Пономарев А.Г., Татаринова Т.Д., Перк А.А., Васильева И.В., Бубякина В.В. Дегидрины, ассо- циированные с формированием морозоустойчи- вости березы плосколистной // Физиология рас- тений. – 2014. – Т. 61, № 1. – С. 114–120.

25. Sarnighausen E., Karlson D., Ashworth E. Seasonal regulation of a 24-kDa protein from red- osier dogwood (Cornus sericea) xylem // Tree Physiol. – 2002. – V. 22 – P. 423–430.

26. Laemmli U.K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage. T.4 // Nature. – 1970. – V. 227. – P. 680–685.

27. Timmons T.M., Dunbar B.S. Protein blotting and immunodetection // Methods enzymol. – 1990. – V. 182. – P. 679–701.