Exogenous calcium modulates the activity of adenylate cyclases in potato plants under biotic stress

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

Abstract: This article aims to study the influence of different concentrations of calcium ions on the activity of transmembrane (tmAC) and soluble forms of adenylyl cyclase (sAC) in the cells of roots and stems of the plants of two types of potatoes. It compares and contrasts their stability to the agent of the annular rot Clavibacter michiganensis ssp. Sepedonicus (Cms) when exposed to its exopolysaccharides. The experimental results have shown that the reaction of tmAC from the roots and stems to exogenous Ca2+ was almost opposite in the plants of both types. In the root cells of the plants of the resistant types, 1 and 10 mM of Ca2+ have activated tmAC in a very intensive way. In the stem, the average concentrations of Ca2+ inhibited the tmAC activity, while the highest, 1 and 10 mM, did not affect it. the activity of tmAC taken from the root cells of the receptive type of plants was not activated significantly by the increased concentrations of Ca2+, whereas, in the stems, all the concentrations of Ca2+, tmAC activity increased substantially starting with 1 μM. Thus, the unequal reaction of adenylate cyclases of the potato plants of both types to different concentrations of exogenous calcium, testifies, most likely, the presence of several isoform of this ferment that differ in the sensitivity to calcium ions. At the same time, it is possible that the plants of both types may also differ in the spectrum of such isoforms. Since the influence of Cms exopolysaccharides significantly changes the sensitivity to the calcium ions of both forms of adenylate cyclases in the cells of plants of both types, it can be assumed that this feature is one of the mechanisms of these plants’ resistance to the pathogen.

Авторлар туралы

N. Filinova

Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry SB RAS

Email: filinova@sifibr.irk.ru

L. Lomovatskaya

Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry SB RAS

Email: LidaL@sifibr.irk.ru

A. Romanenko

Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry SB RAS

Email: rom@sifibr.irk.ru

Әдебиет тізімі

  1. Gehring C., Turek I. Cyclic nucleotide monophosphates and their cyclases in plant signaling // Frontiers Plant Science. 2017. Vol. 8. Article 1704. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01704
  2. Leipe D.D., Koonin E.V., Aravind L. STAND, a class of P-loop NTPases including animal and plant regulators of programmed cell death: multiple, complex domain architectures, unusual phyletic patterns, and evolution by horizontal gene transfer // Journal of Molecular Biology. 2004. Vol. 343. Issue 1. P.1–28. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2004.08.023
  3. Al-Younis I., Wong A., Gehring C. The Arabidopsis thaliana K+-uptake permease 7 (AtKUP7) contains afunctional cytosolic adenylate cyclase catalytic centre // FEBS Letters. 2015. Vol. 589. Issue 21, part B. P. 3848–3852. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2015.11.038
  4. Chatukuta P., Dikobe T.B., Kawadza D.T., Sehlabane K.S., Takundwa M.M., Wong A., et al. An Arabidopsis clathrin assembly protein with a predicted role in plant defense can function as an adenylate cyclase // Biomolecules. 2018. Vol. 8. Issue 2. P. 15. https://doi.org/10.3390/biom8020015
  5. Kasahara M., Suetsugu N., Urano Y., Yamamoto C., Ohmori M., Takada Y., et al. An adenylyl cyclase with a phosphodiesterase domain in basal plants with a motile sperm system // Scientific Reports. 2016. Vol. 6. Article no. 39232. https://doi.org/10.1038/srep39232
  6. Halls M.L., Cooper D.M.F. Regulation by Ca2+- signaling pathways of adenylyl cyclases // Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 2011. Vol. 3. Issue 1. Article no. a004143. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a004143
  7. Johnson J.M., Reichelt M., Vadassery J., Gershenzon J., Oelmüller R. An Arabidopsis mutant impaired in intracellular calcium elevation is sensitive to biotic and abiotic stress // BMC Plant Biology. 2014. Vol. 14. Issue 1. Article no. 162. https://doi.org/10.1186/1471-2229-14-162
  8. Hepler P.K. Calcium: a central regulator of plant growth and development // The Plant Cell. 2005. Vol. 17. Issue 8. P. 2142–2155. https://doi.org/10.1105/tpc.105.032508
  9. Ma S.Y., Zhao M. Calcium regulation of Arabidopsis salt resistance // Acta Agronomica Sinica. 2006. Vol. 32. Issue 11. P. 1706–1711.
  10. Moeder W., Urquhart W., Ung H., Yoshioka K. The role of cyclic nucleotide-gated ion channels in plant immunity // Molecular Plant. 2011. Vol. 4. Issue 3. P. 442–452. https://doi.org/10.1093/mp/ssr018
  11. Strobel G.A. Purification and properties of a phytotoxic polysaccharide produced by Corynebacterium sepedonicum // Plant Physiology. 1967. Vol. 42. Issue 10. P. 1433–1441. https://doi.org/10.1104/pp.42.10.1433
  12. Lomovatskaya L.A., Romanenko A.S., Filinova N.V., Dudareva L.V. Determination of cAMP in plant cells by a modified enzyme immunoassay method // Plant Cell Reports. 2011. Vol. 30. Issue 1. P. 125–132. https://doi.org/10.1007/s00299-010-0950-5
  13. Medvedev S.S. Calcium signaling system in plants // Russian Journal of Plant Physiology. 2005. Vol. 52. Issue 2. P. 249–270. https://doi.org/10.1007/s11183-005-0038-1
  14. Willoughby D., Cooper. D.M.F. Organization and Ca2+ regulation of adenylyl cyclases in cAMP microdomains // Physiological Reviews. 2007. Vol. 87. Issue 3. P. 965–1010. https://doi.org/10.1152/physrev.00049.2006
  15. Швартау В.В., Вирыч П.А., Маковейчук Т.И., Артеменко А.Ю. Кальций в растительных клетках // Вестник Днепропетровского университета. Серия: Биология. Экология. 2014. Т. 22. N 1. С. 19–32. https://doi.org/10.15421/011403
  16. Graskova I.A., Borovskii G.B., Kolesnichenko A.V., Voinikov V.K. Peroxidase as a component of the signaling pathway in potato cells during ring rot infection // Russian Journal of Plant Physiology. 2004. Vol. 51. Issue 5. P. 621–626. https://doi.org/10.1023/B:RUPP.0000040747.61131.a9
  17. Tanzarella P., Ferretta A., Barile S.N., Ancona M., de Rasmo D., Signorile A., et al. Increased levels of cAMP by the calcium-dependent activation of soluble adenylyl cyclase in parkin-mutant fibroblasts // Cells. 2019. Vol. 8. Issue 3. P. 250. https://doi.org/10.3390/cells8030250
  18. Witters E., Quanten L., Bloemen J., Valcke R., van Onckelen H. Product identification and adenylyl cyclase activity in chloroplasts of Nicotiana tabacum // Rapid Communications in Mass Spectrometry. 2004. Vol. 18. Issue 4. P. 499–504. https://doi.org/10.1002/rcm.1365
  19. Witters E., Valcke R., van Onckelen H. Cytoenzymological analysis of adenylyl cyclase activity and 3’:5’-cAMP immunolocalization in chloroplasts of Nicotiana tabacum // New Phytologist. 2005. Vol. 168. Issue 1. P. 99–108. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2005.01476.x
  20. Carricarte V.C., Bianchin G.M., Muschietti J.P., Téllez-Iñón M.T., Perticari A., Torres N., et al. Adenylate cyclase activity in a higher plant, alfalfa (Medicago sativa) // The Biochemical Journal. 1988. Vol. 249. Issue 3. P. 807–811. https://doi.org/10.1042/bj2490807
  21. Moutinho A., Hussey P.J., Trevawas A.J., Malho R. cAMP acts as a second messenger in pollen tube growth and reorientation // Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 2001. Vol. 98. Issue 18. P. 10481–1048. https://doi.org/10.1073/pnas.171104598
  22. Ma W., Berkowitz G.A. Ca2+ conduction by plant cyclic nucleotide gated channels and associated signaling components in pathogen defense signal transduction cascades // New Phytologist. 2011. Vol. 190. Issue 3. P. 566–572. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2010.03577.x
  23. Duszyn M., Świeżawska B., Szmidt-Jaworska A., Jaworski K. Cyclic nucleotide gated channels (CNGCs) in plant signalling-Current knowledge and perspectives // Journal of Plant Physiology. 2019. Vol. 241. Article no. 153035. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2019.153035
  24. Ломоватская Л.А., Романенко А.С., Криволапова Н.В., Копытчук В.Н., Саляев Р.К. Системная активация аденилатциклазы, локализованной в плазмалемме клеток картофеля при бактериальном патогенезе // Доклады Академии наук. 2007. Т. 413. N 3. C. 420–423.
  25. Ломоватская Л.А., Романенко А.С., Филинова Н.В. Аденилатциклазы растений: влияние биотического стрессора на кинетические параметры трансмембранной и «растворимой» форм аденилатциклазы // Биологические мембраны. 2014. Т. 31. N 2. С. 129–136. https://doi.org/10.7868/S0233475514010071
  26. Romanenko A.S., Lomovatskaya L.A., Shafikova T.N., Borovskii G.B., Krivolapova N.V. Potato сell plasma membrane receptors to ring rot pathogen extracellular polysaccharides // Journal of Phytopathology. 2003. Vol. 151. Issue 1. P 1–6. https://doi.org/10.1046/J.1439-0434.2003.00667.x
  27. Bianchet C., Wong A., Quaglia M., Alqurashi M., Gehring C., Ntoukakis V., et al. An Arabidopsis thaliana leucine-rich repeat protein harbors an adenylyl cyclase catalytic center and affects responses to pathogens // Journal of Plant Physiology. 2019. Vol. 232. P. 12–22. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2018.10.025
  28. Пятыгин С.С., Воденеев В.А., Опритов В.А. Деполяризация плазматической мембраны как универсальная первичная биоэлектрическая реак- ция растительных клеток на действия различных // Успехи современной биологии. 2006. Т. 126. N 5. C. 492–502.
  29. Соореr D.M.F., Shell M.J., Thorn P., Irvine R.F. Regulation of adenylyl cyclase by membrane potential // Journal of Biological Chemistry. 1998. Vol. 273. Issue 42. P. 27703–27707. https://doi.org/10.1074/jbc.273.42.27703
  30. Pittman J.K. Vacuolar Ca2+ uptake // Cell Calcium. 2011. Vol. 50. Issue 2. P. 139–146. https://doi.org/10.1016/j.ceca.2011.01.004

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».