25 May 2022, 23:00

Биологи показали, как активные формы кислорода способствуют успешному размножению растений

Российские ученые выяснили, что активные формы кислорода контролируют прорастание пыльцы и оплодотворение цветковых растений. Такие молекулы крайне охотно окисляют различные биологические вещества, благодаря чему влияют на процессы, происходящие в клетках. Оказалось, что наиболее важным компонентом, регулирующим процесс размножения растений, является перекись водорода. Это наблюдение поможет контролировать развитие значимых для человека декоративных и сельскохозяйственных культур. 

Биологи показали, как активные формы кислорода способствуют успешному размножению растений
Графическое описание сути работы: динамика содержания АФК в рыльце пестика и влияние ингибитора супероксиддисмутазы на прорастание пыльцевых трубок
Source: Мария Брейгина

В размножении цветковых растений большую роль играет пестик, поскольку именно на его кончик, часто называемый рыльцем, попадает пыльца, которая затем прорастает и обеспечивает оплодотворение. Рыльца многих растений часто покрыты вязкой жидкостью, помогающей удерживать пыльцевые зерна — так называемым экссудатом. Он содержит воду, препятствующую высыханию пыльцы, и питательные вещества для поддержания роста пыльцевых трубок. Кроме того, в состав экссудата рыльца входят активные формы кислорода (АФК). В биологии очень популярна концепция АФК как важного фактора, контролирующего прорастание пыльцы и стимулирующего рост растений, хотя до сих пор роль этих молекул мало изучена в условиях in vivo, то есть непосредственно на живых растениях и их цветках.

Ученые из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) выяснили, какое значение имеет АФК в процессах прорастания и оплодотворения на примере растений табака обыкновенного (Nicotiana tabacum). При этом они рассмотрели разные стадии развития цветка, первая из которых соответствовала лишь появлению окраски лепестков, вторая — раскрытию цветка, третья — раскрытию пыльников тычинок и изменению окраски лепестков. Биологи оценили уровень двух типов АФК на рыльце пестика: супероксид-радикала O2- и перекиси водорода. Авторы впервые применили на живых цветках спиновую ловушку DEPMPO, которая стабилизирует радикалы и позволяет их изучать.

Оказалось, что ювенильные (молодые) рыльца выделяли супероксидный радикал гораздо активнее, чем зрелые. Далее, по мере созревания пестика, уровень супероксид-радикала заметно снижался, а активность фермента супероксиддисмутазы, которая превращает его в менее токсичную для клеток перекись, напротив, возрастала. Таким образом, решающее значение для нормального прорастания пыльцы и оплодотворения в первую очередь имела перекись водорода, которая образовалась из супероксида.

Ученые также оценили роль активных форм кислорода, обработав пестики ингибитором супероксиддисмутазы, чтобы узнать скорость и эффективность прорастания пыльцы при сниженных уровнях перекиси на рыльце. Оказалось, что в этом случае скорость врастания пыльцевых трубок в рыльце снижалась на 76%, а вероятность успешного оплодотворения и завязывания семян уменьшалась в полтора раза.

«Мы установили важные закономерности, необходимые для успешного прорастания пыльцы цветковых растений in vivo. В дальнейшем мы планируем подробнее изучить этот процесс у разных групп цветковых растений. Например, сейчас мы проводим опыты с однодольным растением — лилией — и уже обнаружили у нее важные особенности», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Мария Брейгина, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник кафедры физиологии растений биологического факультета МГУ.

Source:  Пресс-служба РНФ

News article publications

Read also

Исследователи выяснили, как системное взаимодействие белков помогает растениям пережить недостаток света
Оказалось, что регуляторная сеть связывает рецепторы, воспринимающие уровень освещения, с абсцизовой кислотой — одним из основных гормонов стресса у растений.
Biochemistry
Botany
Plant physiology
14 February 2022
Разработаны таргосомы — наночастицы для лечения и диагностики рака
Исследователи Института биофизики будущего МФТИ разработали инновационный класс наночастиц — таргосомы — для терапии и диагностики онкозаболеваний. Наночастицы прошли лабораторные испытания на грызунах. Эффективность уничтожения опухоли составила более 90%.
Biochemistry
Cancer Research
Nanomedicine
29 December 2023
Созданы новые искусственные аналоги ферментов
Коллектив исследователей из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Химического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Медико-генетического научного центра и Факультета химии Высшей школы экономики получил новые гибридные органо-неорганические материалы на основе оксида церия, свойства которых имитируют свойства природных ферментов (энзимов).
Biochemistry
Biomaterials
Biomedicine
5 December 2023
Получена самособирающаяся система, которая усовершенствует доставку лекарств
Ученые создали систему, в которой в ходе химических превращений самостоятельно образуется эмульсия — смесь двух жидкостей разной плотности, которая напоминает капли масла в воде. Такая система может использоваться при создании новых биосинтетических материалов, применяемых в производстве пищевых продуктов и косметики, а также для доставки лекарств к различным органам.
Biochemistry
Organic Chemistry
Synthesis
5 November 2023
Ученые изучили хромогенные свойства производных человеческих гормонов
Ученые из ЮФУ в сотрудничестве с коллегами из СКФУ и из Египта получили спиропирановые производные человеческих гормонов - бета-эстрадиола и этрона, изучили эффект изменения их оптических свойств под действием облучения или изменения кислотности среды, а также оценили их цитотоксичность.
Biochemistry
Organic Chemistry
Photochemistry
23 October 2023
Созданы наночастицы для терапии под визуальным контролем рака молочной железы
Ученые МФТИ и Института биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН создали уникальные биосовместимые наночастицы, которые способны распознать и визуализировать раковые клетки в организме, а также уничтожать их под воздействием внешнего света.
Biochemistry
Nanomedicine
Theranostics
15 September 2023