vestibИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Biological Series1029-89402524-230XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestib-330Research ArticleСтатьиВЛИЯНИЕ ВОДНОГО ДЕФИЦИТА НА ПАРАМЕТРЫ ВОДООБМЕНА МЕЗОФИЛЛА ЛИСТЬЕВ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПО ГЕНАМ PIP АКВАПОРИНОВ РАСТЕНИЙ ARABIDOPSIS THALIANA (L.) HEYNH.IMPACT OF WATER DEFICIT ON THE PARAMETERS OF THE WATER EXCHANGE OF LEAVE MESOPHYLL OF MODIFIED ON THE PIP AQUAPORINS GENES ARABIDOPSIS THALIANA (L.) HEYNH. PLANTSЗубейЕ. С.ZubeiE. S.

науч. сотрудник

ул. Академическая, 27, 220072

Researcher

27, Akademicheskaya Str., 220072

katya.zubej@yandex.byРеуцкийВ. Г.ReutskiyV. G.

д-р биол. наук, профессор

ул. Академическая, 27, 220072

D. Sc. (Biol.), Professor

27, Akademicheskaya Str., 220072

Институт экспериментальной ботаники им. В. Ф. Купревича НАН Беларуси, МинскV. F. Kuprevich Institute of Experimental Botany of the National Academy of Sciences of Belarus, Minsk201716122017048895Copyright © Зубей Е.С., Реуцкий В.Г., 20172017Зубей Е.С., Реуцкий В.Г.Zubei E.S., Reutskiy V.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestibio.belnauka.by/jour/article/view/330

Исследованы особенности водообмена листьев растений Arabidopsis thaliana, генетически модифицированных по PIP аквапоринам, при разном водном потенциале субстрата. Показано, что аквапорины PIP1 подгруппы оказывают существенное влияние на скорость устьичной водоотдачи, a вклад аквапоринов подгруппы PIP2 в поступление воды в клетки мезофилла более значим.

Показано, что модифицированные растения менее устойчивы к водному стрессу, чем растения дикого типа. Повышенная экспрессия PIP аквапоринов приводит к увеличению гигроморфности структуры листа, наименее устойчив к водному стрессу сверхэкспрессор pip2;2-23. В условиях водного стресса у растений knockout pip2;1-2 повышается устойчивость ткани мезофилла к обезвоживанию. 

The characteristics of water exchange of leaves of Arabidopsis thaliana plants, genetically modified on PIP aquaporins, at different substrate water potential. It is assumed that aquaporins PIP1 subgroup have a significant impact on the rate of stomatal water loss, the contribution of PIP2 aquaporins subgroup in a more significant flow of water into the mesophyll cells.

It is shown that the modified plants are less resistant to water stress than the wild-type plant. Increased expression of PIP aquaporins increases hygromorphic leaf structure, less resistant to water stress were overexpressor pip2; 2-23. Under the conditions of water stress in plants knockout pip2; 1-2 increases resistance to mesophyll tissue dehydration.

водообменPIP аквапориныводный стрессгенетически модифицированные растения Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.water exchangePIP aquaporinswater stressgenetically modified plants Arabidopsis thaliana (L.) HeynhReferencesChaumont, F. Aquaporins : highly regulated channels controlling plant water relations / F. Chaumont, S. D. Tyerman // Plant Physiol. – 2014 – Vol. 164, iss. 4. – P. 1600–1618.Chaumont F., Tyerman S. D. Aquaporins : highly regulated channels controlling plant water relations. Plant Physiology, 2014, vol. 164, iss. 4, pp. 1600–1618. DOI: https://doi.org/10.1104/pp.113.233791The complete set of genes encoding major intrinsic proteins in Arabidopsis provides a framework for a new nomenclature for major intrinsic proteins in plants / U. Johanson [et al.] // Plant Physiol. – 2001. – Vol. 126, N 4. – P. 1358–1369.Johanson U., Karlsson M., Johansson I. Gustavsson S., Sjövall S., Fraysse L., Weig A. R., Kjellbom P. The complete set of genes encoding major intrinsic proteins in Arabidopsis provides a framework for a new nomenclature for major intrinsic proteins in plants. Plant Physiology, 2001, vol. 126, no. 4, pp. 1358–1369.Barrieu, F. Modulation of aquaporin gene expression in Arabidopsis leads to altered membrane water permeability / F. Barrieu, R. Morillon, M. J. Chrispeels // Molecular Biology and Physiology of Water and Solute Transport / S. Hohmann, S. Nielsen. – New York, 2000. – P. 255–259.Barrieu F., Morillon R., Chrispeels M. J. Modulation of aquaporin gene expression in Arabidopsis leads to altered membrane water permeability. Molecular Biology and Physiology of Water and Solute Transport. New York, 2000, pp. 255–259.Regulation of Arabidopsis leaf hydraulics involves light-dependent phosphorylation of aquaporins in veins / K. Prado [et al.] // Plant Cell. – 2013. – Vol. 25, iss. 3. – P. 1029–1039.Prado K., Boursiac Y., Tournaire-Roux C., Postaire O., Da Ines O., Schäffner A. R., Hem S., Santoni V., Maurel C. Regulation of Arabidopsis leaf hydraulics involves light-dependent phosphorylation of aquaporins in veins. The Plant Cell, 2013, vol. 25, iss. 3, pp. 1029–1039. DOI: 10.1105/tpc.112.108456A PIP1 aquaporin contributes to hydrostatic pressure-induced water transport in both the root and rosette of Arabidopsis / O. Postaire [et al.] // Plant Physiol. – 2010. – Vol. 152. – P. 1418–1430.Postaire O., Tournaire-Roux C., Grondin A., Boursiac Y., Morillon R., Schäffner A. R., Maurel C. PIP1 aquaporin contributes to hydrostatic pressure-induced water transport in both the root and rosette of Arabidopsis. Plant Physiology, 2010, vol. 152, no. 3, pp. 1418–1430. DOI: 10.1104/pp.109.145326Overexpression of PIP2;5 aquaporin alleviates effects of low root temperature on cell hydraulic conductivity and growth in Arabidopsis / S. H. Lee [et al.] // Plant Physiol. – 2012. – Vol. 159, iss. 1. – P. 479–488.Lee S. H., Chung G. C., Jang J. Y., Ahn S. J., Zwiazek J. J. Overexpression of PIP2;5 aquaporin alleviates effects of low root temperature on cell hydraulic conductivity and growth in Arabidopsis. Plant Physiology, 2012, vol. 159, iss. 1, pp. 479–488.Overexpression of a plasma membrane aquaporin in transgenic tobacco improves plant vigor under favorable growth conditions but not under drought or salt stress / R. Aharon [et al.] // Plant Cell. – 2003. – Vol. 15. – P. 439–447.Aharon R., Shahak Y., Wininger S. Bendov R., Kapulnik Y., Galili G. Overexpression of a plasma membrane aquaporin in transgenic tobacco improves plant vigor under favorable growth conditions but not under drought or salt stress. Plant Cell, 2003, vol. 15, pp. 439–447.PIP1 plasma membrane aquaporins in tobacco: from cellular effects to functions in plants / F. Siefritz [et al.] // Plant Cell. – 2002. – Vol. 14. – P. 869–876.Siefritz F., Tyree M. T., Lovisolo C., Schubert A., Kaldenhoff R. PIP1 plasma membrane aquaporins in tobacco: from cellular effects to functions in plants. Plant Cell, 2002, vol. 14, pp. 869–876. DOI: 10.1074/mcp.M113.028241Новые пленкообразующие биотехнические средства сельскохозяйственного назначения на основе химически сшитых функционализированных полиакриламидов / Е. В. Гринюк [и др.] // Свиридовские чтения = Sviridov Readings : сб. ст. / Белорус. гос. ун-т, Науч.-исслед. ин-т физ.-хим. проблем. – Минск, 2012. – Вып. 8. – С. 194–201.Grinyuk E. V., Fomina E. K., Yakimtsova L. B., Krul L. P. New film-forming biotechnical preparations of agricultural purpose based on chemically cross-linked functionalized polyacrylamides. Sviridovskie chtenija = Sviridov’s readings, Belarusian State Institute, Research Institute of Physical and Chemical Problems, Faculty of Chemistry, Chair of Inorganic Chemistry, in Ivashkevich O. A. (ed.), et al. Minsk, 2012, iss. 8, pp. 194–201 (in Russian).Методика электронного мониторинга водного обмена ассимиляционной ткани листа / Е. С. Зубей [и др.] // Ботаника : (исследования) : сб. науч. тр. / Нац. акад. наук Беларуси, Отд-ние биол. наук, Ин-т эксперим. ботаники им. В. Ф. Купревича НАН Беларуси, Белорус. ботан. о-во, Белорус. обществ. об-ние физиологов растений ; редкол.: Н. А. Ламан [и др.]. – Минск, 2016. – Вып. 45. – С. 299–308.Zubej E. S., Rodionov P. A., Teljuk N. A., Reuckij V. G. Method of electronic monitoring of water exchange of leaf assimilation tissue. Botanika: (issledovanija) [Botanica: (research)], National Academy of Sciences of Belarus, Department of Biological Sciences, Institute of Experimental Botany of. V. F. Kuprevich National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian Botanical Society, Belarusian Society of Plant Physiologists, in Laman N. A. (ed.), et al. Minsk, 2016, iss. 45. pp. 299–308 (in Russian).Особенности водообмена в системе апопласт-протопласт клеток мезофилла листа как фактор стрессоустойчивости растений / В. Г. Реуцкий [и др.] // Ботаника: (исследования) : сб. науч. тр. / Нац. акад. наук Беларуси, Отд-ние биол. наук, Ин-т эксперим. ботаники им. В. Ф. Купревича НАН Беларуси, Белорус. ботан. о-во, Белорус. обществ. об-ние физиологов растений ; редкол. : Н. А. Ламан [и др.]. – Минск, 2010. – Вып. 39. – С. 375–388.Reuckij V. G., Zubej E. S., Skuratovich T. A., Rodionov P. A. Features of water exchange in the apoplast-protoplast system of mesophyll leaf cells as a stress-resistance factor of plants. Botanika: (issledovanija) [Botanica: (research)], National Academy of Sciences of Belarus, Department of Biological Sciences, Institute of Experimental Botany of. V. F. Kuprevich National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian Botanical Society, Belarusian Society of Plant Physiologists, in Laman N. A. (ed.), et al. Minsk, 2010, iss. 39, pp. 375–388 (in Russian).Гланц, С. Медико-биологическая статистика / С. Гланц. – М. : Практика, 1998. – С. 88–95.Glanc S. Medico-biological statistics. Moscow, Practica Publ., 1998. 459 p. (in Russian).Aquaporins: membrane channels with multiple integrated functions / C. Maurel [et al.] // Annu. Rev. Plant Biol. – 2008. – Vol. 59. – P. 595–624.Maurel C., Verdoucq L., Luu D., Santoni V. Aquaporins: Membrane Channels with Multiple Integrated Functions. Annual Review of Plant Biology, 2008, vol. 59, pp. 595–624. DOI: 10.1146/annurev.arplant.59.032607.092734Drought, abscisic acid and transpiration rate effects on the regulation of PIP aquaporin gene expression and abundance in Phaseolus vulgaris plants / R. Aroca [et al.] // Annals of Botany. – 2006. – Vol. 98. – iss. 6. – P. 1301–1310.Aroca R., Ferrante A., Vernier P., Chrispeels M. J. Drought, abscisic acid and transpiration rate effects on the regulation of PIP aquaporin gene expression and abundance in Phaseolus vulgaris plants. Annals of Botany, 2006, vol. 98. iss. 6, рр. 1301–1310. DOI:10.1093/aob/mcl219Телюк, Н. А. Водный режим ассимиляционной ткани листьев растений различных экологических групп / Н. А. Телюк, В. Г. Реуцкий, П. А. Родионов // Проблемы экспериментальной ботаники : к 100-летию со дня рождения В. Ф. Купревича / Акад. наук Беларуси, Ин-т эксперим. ботаники им. В. Ф. Купревича ; науч. ред. В. И. Парфенов. – Минск, 1997. – С. 436–448.Teljuk N. A., Reuckij V. G., Rodionov P. A. Water regime of assimilating leaf tissue of plants of different ecological groups. Problemy jeksperimental’noj botaniki : k 100-letiju so dnja rozhdenija V. F. Kuprevicha [Problems of experimental botany: to the 100th anniversary of the birth of V. F. Kuprevich], Academy of Sciences of Belarus, Institute of Experimental Botany named after V. F. Kuprevich, in Parfenov V. I. (ed.). Minsk, 1997, pp. 436–448 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.