Changes in the lipid composition of Peltigera canina at an elevated temperature

封面

如何引用文章

全文:

详细

Extremophile organisms can survive under extreme conditions through tolerance mechanisms. Such organisms include lichens, which are symbiotic associations of fungi and algae and/or cyanobacteria. Among other factors, the high stress tolerance of lichens can be attributed to their ability to synthesize a wide range of metabolites, including chemically diverse lipid compounds. Despite their obvious relevance, the biochemical mechanisms of stress tolerance in lichens that are mediated by changes in the lipid profile remain understudied. Peltigerous lichens constitute a separate division of lichens characterized by high growth rates and metabolic activity indices. Taking into account the temperate climate in which these lichens grow, it can be assumed that they may be highly sensitive to temperature fluctuations. These factors led to the choice of Peltigera canina, epigeic lichen, as the subject matter of this study. The present work examined stress-induced changes in the redox status of P. canina, as well as changes in its lipid composition at an elevated temperature (40 °С). The exposure of hydrated lichen thalli to an unfavorable temperature led to an increase in the level of hydrogen peroxide, phenoloxidase activity, and lipid peroxidation, which constitutes an important part of stress response in lichen. The stress-induced changes in the redox status of lichen thalli stimulated an increase in lipophilic antioxidant agents: a dramatic increase in the level of α-tocopherol and an increase in carotenoids, specifically β-carotene. Thus, the accumulation of lipophilic antioxidants constitutes an important part of the lipid-mediated stress response of P. canina to temperature elevation.

作者简介

J. Valitova

Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics, Kazan Science Centre RAS

Email: yulavalitova@mail.ru

V. Khabibrakhmanova

Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics, Kazan Science Centre RAS; Kazan National Research Technological University

Email: venerakhabirakhmanova@gmail.com

O. Gurianov

Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics, Kazan Science Centre RAS

Email: gurjanov58@gmail.com

V. Uvaeva

Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics, Kazan Science Centre RAS

Email: vernicapux99@gmail.com

A. Khairullina

Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics, Kazan Science Centre RAS

Email: a16280110@gmail.com

D. Rakhmatullina

Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics, Kazan Science Centre RAS

Email: rdf137@mail.ru

E. Galeeva

Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics, Kazan Science Centre RAS

Email: kgu@mail.ru

T.  Trifonova

Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics, Kazan Science Centre RAS

Email: TrifonovaTatyana@yandex.ru

L. Viktorova

Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics, Kazan Science Centre RAS

Email: lar-viktorova@yandex.ru

F. Minibayeva

Kazan Institute of Biochemistry and Biophysics, Kazan Science Centre RAS

Email: fminibayeva@gmail.com

参考

  1. Beckett R.P., Kranner I., Minibayeva F.V. Stress physiology and the symbiosis // Lichen biology / ed. T.H. Nash III. Cambridge: Cambridge University Press, 2008. P. 134–151.
  2. Chen K., Wei J.-C. Heat tolerance of the mycobionts and phycobionts from three desert lichens // Mycosystema. 2015. Vol. 34, no. 5. P. 1007–1014. doi: 10.13346/j.mycosystema.140074.
  3. Beckett R.P., Minibayeva F.V., Vylegzhanina N.N. Tolpysheva T. High rates of extracellular superoxide production by lichens in the suborder Peltigerineae correlate with indices of high metabolic activity // Plant, Cell and Environment. 2003. Vol. 26, no. 11. P. 1827–1837. doi: 10.1046/j.1365-3040.2003.01099.x.
  4. Bolwell G.P., Bindschedler L.V., Blee K.A., Butt V.S., Davies D.R., Gardner S.L., et al. The apoplastic oxidative burst in response to biotic stress in plants: a three-component system // Journal of Experimental Botany. 2002. Vol. 53, no. 372. P. 1367–1376. doi: 10.1093/jexbot/53.372.1367.
  5. Веселова С.В., Нужная Т.В., Бурханова Г.Ф., Румянцев С.Д., Максимов И.В. Влияние этилена на содержание активных форм цитокининов в листьях пшеницы, инфицированных различными по вирулентности штаммами гриба Stagonospora nodorum Berk. // Экобиотех. 2020. Т. 3. N 1. С. 91–101. doi: 10.31163/2618964X-2020-3-1-91-101. EDN: NFQZQP.
  6. Bindschedler L.V., Minibaeva F., Gardner S.L., Gerrish C., Davies D.R., Bolwell G.P. Early signalling events in the apoplastic oxidative burst in suspension cultured French bean cells involve cAMP and Ca2+ // New Phytologist. 2001. Vol. 151, no. 1. P. 185–194. doi: 10.1046/j.1469-8137.2001.00170.x.
  7. Gomez-Toribio V., Garcia-Martin A.B., Martinez M.J., Martinez A.T., Guillen F. Enhancing the production of hydroxyl radicals by Pleurotus eryngii via quinone redox cycling for pollutant removal // Applied and Environmental Microbiology. 2009. Vol. 75, no. 12. P. 3954–3962. doi: 10.1128/AEM.02138-08.
  8. Kumar G.N.M., Knowles N.R. Changes in lipid peroxidation and lipolitic and free radical scavenging enzyme activities during aging and sprouting of potato (Solanum tuberosum) seed-tubers // Plant Physiology. 1993. Vol. 102, no. 1. P. 115–124. doi: 10.1104/pp.102.1.115.
  9. Часов А.В., Минибаева Ф.В. Методические подходы к исследованию редокс-активности апопласта. 2. Регуляция активности пероксидаз // Физиология растений. 2014. Т. 61. N 5. С. 668–675. doi: 10.7868/S0015330314050042. EDN: SHLPKN.
  10. Hildebrandt A.G., Roots I. Reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH)-dependent formation and breakdown of hydrogen peroxide during mixed function oxidation reaction in liver microsomes // Archives of Biochemistry and Biophysics. 1975. Vol. 171, no. 2. P. 385–397. doi: 10.1016/0003-9861(75)90047-8.
  11. Bligh E.G., Dyer W.J. A rapid method of total lipid extraction and purification // Canadian Journal of Biochemistry and Physiology. 1959. Vol. 37, no. 8. P. 911–917. doi: 10.1139/o59-099.
  12. Дымова О.В., Кузиванова О.А. Оптимизация способа экстракции фотосинтетических пигментов и их содержание в талломах лишайников // Химия растительного сырья. 2018. N 2. С. 137–144. doi: 10.14258/jcprm.2018023013. EDN: XQIGXB.
  13. Oukarroum А., Schansker G., Strasser R.J. Drought stress effects on photosystem I content and photosystem II thermotolerance analyzed using Chl a fluorescence kinetics in barley varieties differing in their drought tolerance // Physiologia Plantarum. 2009. Vol. 137, no. 2. P. 188–199. doi: 10.1111/j.1399-3054.2009.01273.x.
  14. Lange O.L., Green T.G.A., Heber U. Hydration-dependent photosynthetic production of lichens: what do laboratory studies tell us about field performance? // Journal of Experimental Botany. 2001. Vol. 52, no. 363. P. 2033–2042. doi: 10.1093/jexbot/52.363.2033.
  15. Дембицкий В.М. Толстиков Г.А. Органические метаболиты лишайников: монография. Новосибирск: Гео, 2005. 134 c.
  16. Валитова Ю.Н., Хабибрахманова В.Р., Уваева В.Л., Рахматуллина Д.Ф., Галеева Е.И., Трифонова Т.В.. Изменение липидного состава лишайника Peltigera canina при действии неблагоприятных температур // Устойчивость растений и микроорганизмов к неблагоприятным факторам среды: труды VI Всерос. науч. конф. с междунар. уч. (пос. Большое Голоустное, 3–7 июля 2023 г.). Иркутск, 2023. С. 25. EDN: ALUYDK.
  17. Kuziel S. Influence of sulphur dioxide on chloro-phyll content and catalase activity in some chosen lichen species // Acta Societatis Botanicorum Poloniae. 1974. Vol. 43, no. 4. P. 453–457. doi: 10.5586/asbp.1974.041.
  18. Moyo C.E., Beckett R.P., Trifonova T.V., Minibayeva F.V. Extracellular redox cycling and hydroxyl radical production occurs widely in lichenized Ascomycetes // Fungal Biology. 2017. Vol. 121, no. 6-7. P. 582–588. doi: 10.1016/j.funbio.2017.03.005.
  19. Gumming J.R., Taylor G.J. Mechanisms of metal tolerance in plants: physiological adaptations for exclusion of metal ions from the cytoplasm // Stress responses in plants: adaptation and acclimation mechanisms / eds R.G. Alcher, J.R. Gumming. New York: Wiley-Liss, 1990. P. 329–356.
  20. Мерзляк М.Н. Физиология растений. Т. 6. Акти-вированный кислород и окислительные процессы в мембранах растительной клетки. М.: Изд-во ВИНИТИ АН СССР, 1989. 166 с.
  21. Yu B.P. Cellular defenses against damage from reactive oxygen species. Physiological. Reviews. 1994. Vol. 74, no. 1. P. 139–162. doi: 10.1152/physrev.1994.74.1.139.
  22. Hell A.F., Gasulla F., Gonzalez-Hourcade M., del Campo E.M., Centeno D.C., Casano L.M. Tolerance to cyclic desiccation in lichen microalgae is related to habitat preference and involves specific priming of the antioxidant system // Plant and Cell Physiology. 2019. Vol. 60, no. 8. P. 1880–1891. doi: 10.1093/pcp/pcz103.
  23. Mesa T., Munné-Bosch S. α-Tocopherol in chloroplasts: nothing more than an antioxidant? // Current Opinion in Plant Biology. 2023. Vol. 74. P. 102400. doi: 10.1016/j.pbi.2023.102400.
  24. Fukuzawa K., Fujii T. Peroxide dependent and independent lipid peroxidation: site-specific mechanisms of initiation by chelated iron and inhibition by a-tocopherol // Lipids. 1992. Vol. 27, no. 3. P. 227–233. doi: 10.1007/BF02536183.
  25. Wang X., Quinn P.J. Vitamin E and its function in membranes // Progress in Lipid Research. 1999. Vol. 38, no. 4. P. 309–336. doi: 10.1016/S0163-7827(99)00008-9.
  26. DaSilva E.J., Englund B. Occurrence of tocopherol and ergosterol in Swedish lichens // Lichenologist. 1974. Vol. 6, no. 1. P. 96–99. doi: 10.1017/S0024282974000053.
  27. Dasilva E.J., Jensen A. Choline, ergosterol and tocopherol content of some Norwegian lichens // Journal of the Science of Food and Agriculture. 1971. Vol. 22, no. 6. P. 308–311. doi: 10.1002/jsfa.2740220611.
  28. Britton G. Carotenoid research: history and new perspectives for chemistry in biological systems // Biochimica et Biophysica Acta – Molecular and Cell Biology of Lipids. 2020. Vol. 1865, no. 11. P. 158699. doi: 10.1016/j.bbalip.2020.158699.
  29. Palozza P., Krinsky N.I. Antioxidant effect of carotenoids in vivo and in vitro: an overview // Methods in enzymology. Vol. 213. Carotenoids (Part A. Chemistry, separation, quantitation, and antioxidation) / ed. L. Packer. San Diego: Academic Press, 1992. P. 403–420.
  30. Kennedy T.A., Leibler D.C. Peroxyl radical scav-enging by β-carotene in lipid bilayers: effect of oxygen partial pressure // Journal of Biological Chemistry. 1992. Vol. 267, no. 7. P. 4658–4663.
  31. Böhm F., Edge R., McGarvey D.J., Truscott T.G. β-Carotene with vitamins E and С offers synergistic cell protection against NOx // FEBS Letters. 1998. Vol. 436, no. 3. P. 387–389. doi: 10.1016/S0014-5793(98)01173-9.
  32. Гомбоева С.Б., Гесслер Н.Н., Шумаев К.Б., Хомич Т.И., Мойсеенок А.Г., Быховский В.Я. Некоторые природные и синтетические антиоксиданты как стабилизаторы превращения β-каротина в витамин А // Биохимия. 1998. Т. 63. N 2. С. 224–229.
  33. Muzzopappa F., Kirilovsky D. Changing color for photoprotection: the orange carotenoid protein // Trends in Plant Science. 2020. Vol. 25, no 1. P. 92–104 doi: 10.1016/j.tplants.2019.09.013.
  34. Kobayashi M., Kakizono Т., Nishio N., Nagai S., Kurimura Y., Tsuji Y. Antioxidant role of astaxanthin in the green alga Haematococcus pluvialis // Applied Microbiology and Biotechnology. 1997. Vol. 48. P. 351–356. doi: 10.1007/s002530051061.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML


Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名 4.0国际许可协议的许可

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».