БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ
ПЕЧАТНАЯ ВЕРСИЯ
ЭЛЕКТРОННАЯ ВЕРСИЯ
 
КАК ПОДАТЬ РУКОПИСЬ
 
КАРТА САЙТА
НА ГЛАВНУЮ

 

 

 

 

doi: 10.15389/agrobiology.2019.3.538rus

УДК 635.656:581.148.5:575.1::576.3

Работа выполнена в рамках госзадания ИБПК СО РАН на 2017-2020 годы № АААА-А17-117020110056-0.

 

ЦЕЛОСТНОСТЬ ЯДЕРНОЙ ДНК И ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ СЕМЯН У ГОРОХА ПОСЕВНОГО (Pisum sativum L.) ПРИ УСКОРЕННОМ СТАРЕНИИ

Г.В. ФИЛИППОВА1, Э.В. ФИЛИППОВ1, И.А. ПРОКОПЬЕВ1, А.А. ШЕИН1, А.Н. НЕУСТРОЕВ2

В настоящее время уделяется большое внимание изучению роли повреждений ДНК, а также основным механизмам поддержания стабильности генома в сохранении жизнеспособности семян при старении. Кроме того, формируются представления, согласно которым значительные окислительные повреждения ДНК генерируются во время набухания семени, а активно протекающие процессы восстановления ДНК представляют собой фактор, способствующий инициации репликации ДНК и быстрому прорастанию семян. Вместе с тем сведений по количественной оценке степени повреждения ДНК и влиянии таких повреждений на прорастание семян в научных работах представлено недостаточно, что, вероятно, обусловлено небольшим опытом применения метода ДНК-комет для растений. Оценка генотоксических эффектов, про- и антиоксидантных систем, сопровождающих старение семян, важна для понимания физиолого-биохимических изменений и прогнозирования восстановительных процессов у различных сортов и межсортовых гибридов в условиях долговременного хранения. Представленные нами в настоящем сообщении результаты не только подтвердили факт повреждений ДНК, но и позволили охарактеризовать их количественно, что частично восполняет имеющийся дефицит информации относительно роли, которую играет нарушение целостности ядерной ДНК в старении семян. Цель исследования — определить степень повреждения ДНК, активность про- и антиоксидантов в клетках зародышей и посевные качества семян при ускоренным старении на примере двух сортов и межсортового гибрида гороха посевного (Pisum sativum L.). Мы показали, что у изученных сортов и их гибрида ускоренное старение неодинаково влияло на состояние ядерной ДНК, функцию системы про- и антиоксидантов, прорастание и всхожесть семян. Наименее устойчивым к условиям ускоренного старения был сорт Мелкосемянный 2, средней устойчивостью обладали семена сорта Сарыал. Наибольшую устойчивость проявили семена гибрида этих сортов, что может быть обусловлено эффектом гетерозиса. Старение семян вызывало достоверное увеличение степени повреждения ДНК (процент ДНК в хвосте кометы и/или процент атипичных комет). Чем дольше семена находились в условиях, приводящих к индукции процессов старения, тем выше была степень фрагментации ДНК в клетках зародышей при набухании. Пребывание семян в условиях ускоренного старения в течение 24 нед вызывало повышение доли ДНК в хвосте кометы в 1,6-3,3 раза, а число атипичных комет в клетках зародышей увеличивалось в 17-40 раз относительно контроля, в зависимости от образца. Вероятно, значительное снижение физиологических характеристик у менее устойчивых образцов гороха, вызванное условиями старения, могло быть обусловлено высокой степенью фрагментации ядерной ДНК, снижением активности антиоксидантных ферментов (в частности, пероксидазы), а также нарастающей интенсификацией окислительных процессов в клетках зародышей. Последнее выражалось в 2,5-кратном превышении активности перекисного окисления липидов в клетках зародышей семян у быстро стареющего сорта (относительно контроля) на фоне низкой всхожести. Можно предположить, что увеличение степени повреждения ДНК у изученных сортов гороха происходит вследствие «истощения» энзимных антиоксидантных и репарационных систем и свидетельствует о замедлении или утрате восстановительных процессов в клетках зародышей стареющих семян.

Ключевые слова: Pisum sativum, горох посевной, семена, ускоренное старение, энергия прорастания, всхожесть, перекисное окисление липидов, пероксидаза, низкомолекулярные антиоксиданты, ДНК-кометы.

 

 

INTEGRITY OF NUCLEAR DNA AND PHYSIO-BIOCHEMICAL INDICATORS OF Pisum sativum L. SEEDS UNDER ACCELERATED AGING

G.V. Filippova1, E.V. Filippov1, I.A. Prokopiev1, A.A. Shein1,
A.N. Neustroyev2

Currently, much attention is paid to understanding the roles of DNA and the main mechanisms for ensuring stability of the genome in maintaining seed viability during aging. It is also shown that significant oxidative damage to DNA occurs during seed swelling, and active DNA restoration processes are a factor that facilitates the initiation of DNA replication and rapid germination of seeds. Our objective was to study, on the example of two pea varieties and their hybrid, the effect of accelerated seed aging on the level of DNA damage (by DNA comet method) and biochemical indicators (lipid peroxidation, peroxidase activity, content of low-molecular antioxidants) in cells of embryos during seed swelling to find a relationship between these parameters and the changes in physiological parameters of seed germination. It is shown that accelerated aging leads to changes in pea seed germination capacity which are varietal specific, as well as in the biochemical indicators studied. The least resistant to the accelerated aging was Melkosemyannyi 2 variety, and the seeds of Saryal variety were medium-resistant. The seeds of a hybrid of these varieties were the most resistant which may be due to the effect of heterosis. Seed aging causes a significant increase in DNA damage assessed as DNA per cent in the tail of the comet and/or atypical comets. The longer the seeds were under aging conditions, the higher was DNA fragmentation in cells of the embryos upon swelling. Under 24 weeks of accelerated aging, there was a 1.6-3.3 % increase in DNA found in the tail of the comet, and the number of atypical comets in the embryo cells increased 17-40-fold depending on the variety (hybrid) as compared to control. Probably, a significant reduction of seed physiological parameters was caused by higher degree of nuclear DNA fragmentation, decreased enzymatic antioxidants activity (in particular, activity of peroxidases) and intensified oxidation in embryos. Intensification of oxidative processes is expressed as a 2.5-fold excess of lipid peroxidation in germs of a rapidly aging variety which is accompanied by low seed germination. It is assumed that the increase in the degree of DNA damage is a consequence of the depletion of antioxidant and repair enzymes and indicates a slowdown or lack of regenerative processes in the embryos of aging seeds.

Keywords: Pisum sativum, pea, seeds, accelerated aging, germination energy, lipid peroxidation, peroxidase, low-molecular antioxidants, DNA comet.

 

1ФГБНУ Институт биологических проблем
криолитозоны Сибирского отделения РАН,

677980 Россия, г. Якутск, пр. Ленина, 41,
e-mail: nureeva@yandex.ru ✉, edy73@mail.ru, ilya.a.prokopiev@gmail.com, bg98saa@gmail.com;
2ФГБНУ Якутский НИИ сельского хозяйства
им. М.Г. Сафронова Сибирского отделения РАН,

677001 Россия, г. Якутск, ул. Бестужева-Марлинского, 23/1,
e-mail: anneystroevyniisx@mail.ru

Поступила в редакцию
22 сентября 2018 года

 

назад в начало

 


СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Полный текст PDF

Полный текст HTML